ANSYS软件在非开挖铺设给排水管道中的应用研究

摘要

非开挖铺设塑料给水排水管道，是伴随着塑料管的逐渐推广和非开挖技术的日益成熟而发展起来的一种管线施工新方法。由于管道材料的新颖性和施工方法的创新性，传统的管道结构设计方法遭到质疑。因此，探索一种行之有效的设计方法有着十分重要的意义。 管、土相互作用是塑料埋管的重要工作特征，使其既有别于露置塑料管的工作状态，又不同于刚性管道的工作机理。管周土体既是管壳上主动荷载的施加者，同时又是抵抗管道变形的阻尼介质。因此塑料埋管的设计应该综合考虑管、土构成的超静定体系。与传统的明挖施工法不同，非开挖铺管需要考虑初始地应力这一重要的土体初始条件，正确地确定各施工阶段初始地应力的释放，是保证分析结果可靠的前提。 ANSYS是一种大型通用有限元软件，其应用范围涉及到桥梁、坝体以及隧道等诸多工程领域，通过它可以对这些结构在各种外荷载条件下的受力、变形、稳定性以及各项动力特性做出全面分析。地下塑料管道的性能极限通常是与变形有关，安全系数的选取也往往是根据变形进行选择。本文立足于对地下塑料管道的变形进行分析，在合理建构管、土超静定体系的基础上，利用ANSYS软件模拟非开挖铺管工况，探索各主要因素影响下管道变形随埋深的变化规律，得到了影响管道变形的敏感性因素。本文敏感性分析成果可用于指导市政管线工程的设计和施工。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1研究意义

1.2国内外研究现状

1.3主要工作与技术路线

第2章塑料管与非开挖技术简介

2.1引言

2.2塑料管

2.2.1塑料管的发展

2.2.2塑料管的分类

2.2.3塑料管的优势

2.3非开挖技术

2.3.1非开挖技术的定义

2.3.2非开挖技术的发展

2.3.3非开挖技术的优势

2.3.4非开挖技术的应用

2.3.5非开挖技术的可持续发展

第3章地下塑料管的结构设计

3.1管土结构体系

3.1.1管土相互作用的性状

3.1.2管土相互作用的影响因素

3.2管顶垂直土压力的计算

3.2.1隧道土压力公式

3.2.2土柱公式

3.3管侧水平土压力的计算

3.4塑料管的变形计算：

3.4.1 Spangler公式

3.4.2藤田博爱刚度计算公式(日本)

3.4.3《58规范》(前苏联)

第4章非开挖铺设给排水管道的有限元分析

4.1引言

4.2有限元分析的几个问题

4.2.1材料非线性

4.2.2几何非线性

4.2.3状态非线性

4.2.4施工过程模拟

4.2.5初始地应力释放模拟

4.2.6单元类型的选择

4.3 ANSYS的应用举例与探讨

4.3.1模型的选择和边界约束的假定

4.3.2建模及网格划分

4.3.3初始地应力的模拟

4.3.4非开挖施工

4.3.5 ANSYS分析结果

4.3.6埋深～直径变形率曲线

4.4小结

第5章地下管道变形的影响因素分析

5.1土体变形模量

5.2标准尺度比值

5.2.1管壁厚度

5.2.2管径

5.2.3标准尺度比值

5.3管道弹性模量

5.4敏感性分析

5.5小结

总结与研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文