竖向荷载作用下承插式球墨铸铁供水管道接口破损试验与数值模拟研究∗

管道接口是影响市政供水管网日常运行安全的关键薄弱环节。然而,目前的研究大多集中于地震荷载和轴向荷载作用下管道接口的力学性能,对于竖向荷载作用下承插式球墨铸铁供水管道接口的弯曲力学性能研究较少,造成这一类型的管道接口无法进行全面的综合评价。鉴于此,以承插式球墨铸铁供水管道接口为主要研究对象,开展了竖向荷载作用下的破损试验和数值模拟。研究结果表明：(1)接口橡胶密封圈接触失效是管道出现渗漏的主要原因;(2)管道接口的相对转角与竖向荷载整体呈正相关关系;(3)管道发生漏水时的相对转角为 12°左右。 因此,为避免管道接口在接触滑移、旋转、拉拔等不同受力情景下的失效,建议对供水管道的接口构造,尤其是橡胶密封圈进行精细化设计,以提高管道接口的最大允许转角,同时发挥橡胶密封圈良好的压缩和变形能力。     

温度影响下供水管道力学行为数值模拟研究∗

夏冬季节供水管道漏损和爆管事故频发,表明温度是影响供水管道结构运行安全的重要因素。然而,已有研究大多忽视温度变化对供水管道力学行为的影响。因此,本文采用有限元数值模拟方法,建立了考虑管?土相互作用的热力耦合三维数值模型,研究了地表温度变化对供水管道周围土壤温度场的影响,分析了供水管道因土壤与水温差异造成的力学行为变化,研究了不同温度影响下埋深、管径和壁厚三个因素对供水管道力学行为的影响。 最后,采用均匀试验设计方法,通过大量的有限元数值模拟,建立了供水管道最大应力、最大竖向位移和地表温度变化之间的经验预测方程。研究结果表明：土壤的温度变化幅度小于地表的温度变化幅度,即存在“冬暖夏凉”的效果。因土壤与水体的温度差异,供水管道容易出现“热胀冷缩”的现象,使得供水管道发生漏损或爆管。本文建立的经验预测方程和有限元模拟结果拟合较好,可直接用于评估供水管道不同季节的结构运行风险和沉降风险。