范永平 马妹英 吕晓腾

某浅埋压力钢管三维有限元分析

范永平 马妹英 吕晓腾

浅埋压力钢管计算一般利用结构力学方法进行计算，设计过程中未考虑钢管加劲环对钢管加固的空间受力，计算结果偏保守。采用整体有限元方法，对某工程浅埋钢管进行了分析，较好地反应了钢管的实际的受力状态，为施工图设计提供了依据。

压力钢管 浅埋 有限元分析

1 工程概况

某水电站工程压力钢管布置在电站前池至厂房间，随压力变化分段设计，钢管壁厚由12 mm增大到36 mm，均采用16MnR钢制作，钢管沿线均设置加劲环，加劲环间距2.0 m，采用厚16 mm的16MnR钢制作，加劲环高100 mm。压力钢管采用浅埋回填管，管底部设置40 cm厚钢筋混凝土垫板，垫板底部铺设10 cm厚的素混凝土垫层，垫板宽3.6 m，布置在开挖的沟槽内。管顶平均回填深度2.0 m，回填料为开挖的砂砾石土。压力钢管及钢筋混凝土垫板结构如图1所示，为了简化计算且避免端部效应，计算模型取15环。

为了探求压力钢管设计的合理性，本文采用有限单元法，以压力钢管(圆形断面)为基础，针对钢材采用线弹性本构模型，研究其在自重、内水压力、土压力及外压荷载作用下的变形和应力响应，从而为施工图设计提供依据，并且结构体系更加合理化。计算采用ANSYS程序。

图1 浅埋压力钢管结构图(单位：mm)

2 计算条件及边界条件

2.1 计算参数

在对压力钢管进行三维有限元分析时，有关材料参数如表1所示。

2.2 计算荷载

(1)自重：压力钢管、加劲肋、混凝土垫座均考虑自重影响。……