埋地高分子柔性管的受力形态分析研究
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摘要
随着管道的发展和高分子材料在管道中的应用，作为一种新型管材，塑料管道正在逐渐替代传统的管道。在水利工程中，塑料管材的应用也很广泛，随着低压管道输水灌溉技术的发展，需要研制出适用于农田管道输水系统的轻型薄壁硬塑料管，以降低管材的造价。
本文对管道受力分析的国内、外发展概况进行了总结，提出改进的方法。应用材料力学、弹性力学的理论和有限元原理，分析了管、土材料的材料性能和应力—应变关系。对埋地高分子柔性管的工作原理，管、土系统共同工作的规律和管道受力形态进行了分析研究。采用有限元分析方法，结合柔性管的特点，将管、土接触面处理与一般分析相结合，考虑各种影响因素，对埋地高分子柔性管的受力形态进行了分析，得出柔性管变形、应力与埋深、壁厚的关系，应力的分布规律，并通过实验与其结果相比较。采用的分析方法合理，计算结果真实可靠。此分析方法可进一步推广到各种埋地柔性管的理论分析，为新型塑料管材的研制、开发提供了可靠的依据。
With the development of pipe and the use of high-molecule material in the pipe, the plastics pipe is instead of traditional pipe which is made of other material. In the irrigation works, the plastics pipe is used in many areas. With the development of technology of low pressure pipe in the irrigation, we need to manufacture new plastics pipe which is used in the irrigation system.
The paper applies theories of material mechanics, elasticity mechanics and finite element analyses method. According to the characteristics of flexible pipe, analyze material natural and relation of stress-strain.It discuss the basic working principle of flexible pipe and law of pipe-solid system.The finite element analyses method has been used in the paper. Think over the boundary condition taken into consideration in general equation, consider the every kind of influence factor with general analysis. The theoretical result shows it comply with the similar law of stress, strain and soil pressure distribution as experimental data. This analyses method can further expand kinds of flexible pipe, and supply the dependable basis for manufacture of new plastics pipe. That added the new content to the theoretical analyses.
本文对管道受力分析的国内、外发展概况进行了总结，提出改进的方法。应用材料力学、弹性力学的理论和有限元原理，分析了管、土材料的材料性能和应力—应变关系。对埋地高分子柔性管的工作原理，管、土系统共同工作的规律和管道受力形态进行了分析研究。采用有限元分析方法，结合柔性管的特点，将管、土接触面处理与一般分析相结合，考虑各种影响因素，对埋地高分子柔性管的受力形态进行了分析，得出柔性管变形、应力与埋深、壁厚的关系，应力的分布规律，并通过实验与其结果相比较。采用的分析方法合理，计算结果真实可靠。此分析方法可进一步推广到各种埋地柔性管的理论分析，为新型塑料管材的研制、开发提供了可靠的依据。
With the development of pipe and the use of high-molecule material in the pipe, the plastics pipe is instead of traditional pipe which is made of other material. In the irrigation works, the plastics pipe is used in many areas. With the development of technology of low pressure pipe in the irrigation, we need to manufacture new plastics pipe which is used in the irrigation system.
The paper applies theories of material mechanics, elasticity mechanics and finite element analyses method. According to the characteristics of flexible pipe, analyze material natural and relation of stress-strain.It discuss the basic working principle of flexible pipe and law of pipe-solid system.The finite element analyses method has been used in the paper. Think over the boundary condition taken into consideration in general equation, consider the every kind of influence factor with general analysis. The theoretical result shows it comply with the similar law of stress, strain and soil pressure distribution as experimental data. This analyses method can further expand kinds of flexible pipe, and supply the dependable basis for manufacture of new plastics pipe. That added the new content to the theoretical analyses.
引文
[1] 黄清猷：《地下管道计算》，湖北科学技术出版社，1987年7月
[2] 水利部农村水利司，中国灌溉排水技术开发培训中心，《管道输水工程技术》，北京：中国水利水电出版社
[3] 许其昌主编，王登镛主审，给水排水管道工程施工及验收规范实施手册，北京，中国建筑工业出版社，1998
[4] 张小群，我国塑料管材应用与发展前景，辽宁化工，2001年3月
[5] Spangler, M.G. Underground Conduits- an Appraisal of mondern research, Trans of ASCE, Vol. 113,1948,316～374
[6] 冯忠居、顾安全，大型沟埋式管道侧向土压力的研究，西安公路学院学报，第15卷，第一期，1995年3月
[7] 田文铎，地下管垂直土压力计算探讨，水利水电技术，1994年第三期，9～13
[8] 上海市政工程设计院等编著，给水排水工程结构设计手册，北京，中国建筑工业出版社
[9] 岛村一训，西尾宣明，突出条件下埋设管工作用土压[A]，土木学会论文集，日本土木学会论文集编辑委员会 NO．388／Ⅲ-8，日本东京，土木学会，1987(12)，179～188，
[10] 北京市市政设计院《给水排水工程结构设计规范》管理组，给水排水工程结构设计规范(GBJ69-84)编制说明，1984
[11] Wang Xiu Ii, Zhu Yan peng, Zhou Ming ru, et al. Experimental of UPVC plastic pipe in underground installation conditions. Journal of Gansu University of Technology, 1997, E-1(1): 113～116
[12] 王秀丽，朱彦鹏，方有珍，大直径柔性管的有限元分析与研究，甘肃工业大学学报，第25卷，第一期，1999年3月，84～88
[13] 克列恩，地下管计算，中国工业出版社，1965
[14] 杨敏，陈剑锋，刘全林，开槽埋设柔性管竖向土压力计算探讨，西部探5工程，2001年增刊
[15] 周仕刚，柔性管设计中壁厚直径比的确定，特种结构，1994年2月，15～19
[16] 吴大鸣等编著，特种塑料管材，中国轻工业出版社，2000．7
[17] 龙文保，积极开发应用塑料管材，中国塑料工程信息中心，1998．9
[18] 高立新等，我国塑料管道生产和应用现状分析研究，建设部科技发展促进中心，1999．5
[19] 张玉川，建设用管材和管件调查研究报告，北京市塑料工业协会，1999．7
[20] 杨明锦等，节水灌溉农业与塑料工业，塑料，1999(6)，39
[21] 地下管强度计算，莫斯科，1964年
[22] 谢礼贵，孙雪峰，郭建民，HPVC薄壁管性能测试及管土系统承载能力分析，灌溉排水，1989年2期，16～23
[23] 奚绍中，郑世瀛编，应用弹性力学，中国铁道出版社，1981年
[24] 王绍周、关文吉、王维新编著，管道工程设计施工与维护，中国建材工业出版社
[25] 黄清猷，填埋式地下圆形结构物周边土压力分布的有限元解，土木工程学报，第15卷第3期
[26] 杨小平主编，土力学，华南理工大学出版社，2001．7，71～89
[27] 鞠建英主编，特种结构地基基础工程手册，中国建筑工业出版社，2000．3第一版，489～515
[28] 徐芝纶，弹性力学(第二版)，高等教育出版社，1980．1
[29] 钱家欢主编，土力学(第二版)，河海大学出版社，1998．8
[30] 唐志玉，徐佩弦主编，塑料制品设计师指南，国防工业出版社，1993．9
[31] 张发祥，拱形涵洞的受力分析和选型，河海大学学报，第23卷第3期，1995年5月，58～62
[32] 中华人民共和国国家标准，热塑性塑料管材通用壁厚表，GB10798—89，ISO4065—1978
[33] 吉晔，日本的农用输水管道结构设计，灌溉排水，第16卷，1997年第3期，55～58
[34] 余玲，刘群昌，程先军，余根坚编著，塑料在节水灌溉中的应用，化工工业出版社，材料科学与工程出版中心，北京，2002年10月，30～142
[35] 王勖成，邵敏编著，有限单元法基本原理和数值方法，清华大学出版社，1997年3月，1～258
[36] 博嘉科技编著，有限元分析软件—ANSYS融会与贯通，中国水利水电出版社，2002年11月
[37] 张玉川，聚乙烯管材管件的发展综述，特种结构，2001年第3期，24～28
[38] 张如一，陆耀桢主编，实验应力分析，机械工业出版社，1981年9月
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