[發明專利]一種不均勻地層沉降引起埋地管道縱向力學響應的確定方法

有效

• 申請號: 201910760664.0
• 申請日: 2019-08-16
• 公開（公告）號: CN110457844B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 張丙強;陳福全;王啟云;羅才松;姚志雄
• 申請（專利權）人: 福建工程學院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14;G06F113/14
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 錢莉;蔡學俊

1.一種不均勻地層沉降引起埋地管道縱向力學響應的確定方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：確定管道縱向彈性地基梁模型的彎曲剛度及地基彈性系數；

步驟S2：測出埋地管道下方的地層累計沉降值，建立沉降坐標系，將累計沉降值繪于坐標系中，并對曲線進行擬合；

步驟S3：將埋地管道分為非地層沉降影響區接地段、地層沉降影響區接地段、以及地層沉降影響區懸空段三部分，確定不均勻地層沉降引起埋地管道縱向力學響應的計算模型；

步驟S4：確定地層沉降影響區內懸空段與接地段分段處管道截面的轉角和沉降表達式；

步驟S5：利用中間懸空段連續梁微元的平衡方程，通過對方程兩端依次進行一至三次積分，并聯合分段處邊界條件，確定懸空段剪力、彎矩、截面轉角和沉降表達式；

步驟S6：根據埋地管道結構對稱性以及分段處邊界連續條件，確定埋地管道懸空段與接地段分段處截面彎矩和剪力表達式；

步驟S7：對地層累計沉降項u(x)進行傅里葉余弦級數展開，獲取地層累計沉降項u(x)的傅里葉余弦級數展開式及相應的傅里葉系數，確定分段處截面彎矩和懸空段沉降值；不斷修正懸空段長度，直到接地段和懸空段分段處管道沉降等于地層累計沉降，從而確定懸空段長度t、分段處截面彎矩M_i和剪力Q_i；

步驟S8：將懸空段長度t、分段處截面彎矩M_i和剪力Q_i分別回代至懸空段沉降、彎矩和剪力表達式，確定懸空段截面沉降、彎矩和剪力；根據Winkler地基上半無限長彈性地基梁理論，確定地層沉降引起埋地管道接地段截面沉降、彎矩和剪力表達式；利用地層累計沉降項u(x)的傅里葉余弦級數展開式及相應的傅里葉系數，確定接地段截面沉降、彎矩和剪力；

步驟S8中，接地段截面沉降滿足以下公式：

式中，ψ₁(αx)＝e^-αx[cos(αx)+sin(αx)]；

接地段截面彎矩滿足以下公式：

接地段截面剪力滿足以下公式：

式中，ψ₃(αx)＝e^-αx[cos(αx)-sin(αx)]，ψ₄(αx)＝e^-αxcos(αx)；q₁為彈性地基梁所受豎向土柱壓力，q₂為彈性地基梁自重，t為彈性地基梁懸空段長度，x表示管道水平坐標，δ表示管道水平坐標變量，Q₁表示分段處梁截面左側的剪力，M₁表示分段處梁截面左側的彎矩，EI表示彈性地基梁模型的彎曲剛度，θ₁表示分段處梁截面左側的轉角，w₁表示分段處梁截面的沉降，k表示地基彈性系數，α表示彈性地基梁特征系數，s表示地基沉降區水平長度，u(δ)表示接地段管道下方地層累計沉降。

2.根據權利要求1所述的一種不均勻地層沉降引起埋地管道縱向力學響應的確定方法，其特征在于，步驟S1中，

所述管道縱向彈性地基梁模型的彎曲剛度滿足以下公式：

式中，E是管線的彈性模量，D為管線外直徑，d′為管線內直徑；

所述管道縱向彈性地基梁模型的地基彈性系數滿足以下公式：

式中，E_s是地基彈性模量；μ是地基泊松比；η_a為系數，滿足以下條件：H/D≤0.5時，η_a＝4-5μ；H/D＞0.5時，η_a＝1+D/H，式中H為管線軸線到地面的垂直距離。

3.根據權利要求1所述的一種不均勻地層沉降引起埋地管道縱向力學響應的確定方法，其特征在于，步驟S3中，將接地段視為Winkler地基上半無限長梁，將懸空段簡化為兩端約束的連續梁，則所述不均勻地層沉降引起埋地管道縱向力學響應的計算模型為：

式中，w(x)為管道沉降，q₁為彈性地基梁所受豎向土柱壓力，q₂為彈性地基梁自重，t為彈性地基梁懸空段長度，k表示地基彈性系數，x表示管道水平坐標。