一种管道多病害复杂环境下服役性能评估方法技术

本发明专利技术涉及一种管道多病害复杂环境下服役性能评估方法，包括步骤：S1、使用有限元分析法根据不同的设计工况构建得到若干个管道应力计算模型，并分别计算得到不同设计工况下的管道最大应力；S2、得到管道评估表达方程；S3、对所述管道评估表达方程进行回归系数求解；S4、分别得到各个工况变量与管道最大应力的关系曲线，同时取得各个工况变量对应的缺陷的年均递增速率；S5、测量得到每个管道的实际工况测量数据，得到在每种工况变量情况下管道的剩余寿命。本发明专利技术提出的管道服役性能评估方法假设条件少、所需数据获得简单，对于管道性能评价是根据不同工况下不同缺陷类型进而得到管道的服役剩余寿命的，使管道的剩余寿命的评估在理论上得到支持。

【技术实现步骤摘要】
一种管道多病害复杂环境下服役性能评估方法
本专利技术涉及管道性能评估领域，尤其涉及一种管道多病害复杂环境下服役性能评估方法。
技术介绍
混凝土管道作为一种力学性能和经济性能优良的管材在中国被大量修建。然而，部分混凝土管道埋设时间久远，一些情况下超过50年，在各种内部(安装不规范、酸性环境等)和外部因素(交通荷载、地下水等)耦合作用下诱发多种缺陷，导致造成不可预估风险的可能性剧增。因此，如何处理这些老旧的混凝土排水管道已成为市政和水务机构面临的棘手问题，主要体现在如何准确评估管道失效的临界状态，管道的剩余寿命及修复的优先级等。因此，准确评估内外部因素耦合作用下管道的服役性能对在役老旧管道的运维非常重要。目前使用最为广泛的管道应力计算公式有弹性环理论和Spangler公式。弹性环理论主要用于刚性管道应力的求解，该理论根据是否考虑相邻土体横向支撑分为两类，一类用于获取埋设在松散土体中刚性管道的应力，另一类用于计算埋设在密实土体中刚性管道的应力。而Spangler应力公式主要用于柔性管道应力计算。然而，研究表明使用以上提到的公式通常在不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种管道多病害复杂环境下服役性能评估方法，其特征在于，包括步骤：/nS1、使用有限元分析法根据不同的设计工况构建得到若干个管道应力计算模型，并分别计算得到不同设计工况下的管道最大应力；所述设计工况包括工况变量和工况常量；/nS2、对所述管道应力模型中的工况变量进行无量纲处理，基于π理论确定无量纲变量的个数，并结合根据有限元计算得到管道最大应力进行多元非线性拟合，得到管道评估表达方程；/nS3、对所述管道评估表达方程进行回归系数求解；/nS4、通过所述管道评估表达方程与不同设计工况的管道最大应力，分别得到各个工况变量与管道最大应力的关系曲线，同时取得各个工况变量对应的缺陷的年均递增速率；/n...

【技术特征摘要】
1.一种管道多病害复杂环境下服役性能评估方法，其特征在于，包括步骤：
S1、使用有限元分析法根据不同的设计工况构建得到若干个管道应力计算模型，并分别计算得到不同设计工况下的管道最大应力；所述设计工况包括工况变量和工况常量；
S2、对所述管道应力模型中的工况变量进行无量纲处理，基于π理论确定无量纲变量的个数，并结合根据有限元计算得到管道最大应力进行多元非线性拟合，得到管道评估表达方程；
S3、对所述管道评估表达方程进行回归系数求解；
S4、通过所述管道评估表达方程与不同设计工况的管道最大应力，分别得到各个工况变量与管道最大应力的关系曲线，同时取得各个工况变量对应的缺陷的年均递增速率；
S5、测量得到每个管道的实际工况测量数据，进而根据所述关系曲线和所述年均增速率得到在每种工况变量情况下管道的剩余寿命。


2.根据权利要求1所述的管道多病害复杂环境下服役性能评估方法，其特征在于，所述工况变量包括：腐蚀长度(Cl)、腐蚀深度(Ch)、腐蚀宽度(Cw)、裂缝长度(Ll)、裂缝深度(Lh)、脱空长度(Vl)、脱空深度(Vh)、脱空宽度(Vw)、埋深(h)、侧向土压力系数(k)、管基强度(Eb)、回填土强度(Ec)、地下水位(hw)、交通荷载(P)；
所述工况常量包括：管径(D)、壁厚(t)、管道总长(L)、管道弹性模量(Ep)、土体重度(γ)。


3.根据权利要求2所述的管道多病害复杂环境下服役性能评估方法，其特征在于，所述管道评估表达方程为：



其中，σmax为最大应力；α1、……α14为管道评估表达方程的系数；β1、……β14为管道评估表达方程的指数参数；Cl为腐蚀长度、Ch为腐蚀深度、Cw为腐蚀宽度、Ll为裂缝长度、Lh为裂缝深度、Vl为脱空长度、Vh为脱空深度、Vw为脱空宽度、h为埋深、k为侧向土压力系数、Eb为管基强度、Ec为回填土强度、hw为地下水位、P为交通荷载；D为管径、t为壁厚、L为管道总长、Ep为管道弹性模量、γ为土体重度。


4.根据权利要求3所述的管道多病害复杂环境下服役性能评估方法，其特征在于，对所述管道评估表达方程的系数求解步骤如下：
获取数值模拟控制变量si(j)；
对所述控制变量si(j)进行无量纲化得到无量纲控制变量xi(j)，定义所述管道评估方程的模型输入X和模型输出Y；
选取所述管道评估表达方程的初值beat0，并根据所述初值beat0、所述模型输入X和所述模型输出Y利用最小二乘法原理求解方程回归系数。


5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：方宏远，李斌，杨康建，王甫，谭佩玲，郭晓向，
申请(专利权)人：郑州大学，坝道工程医院平舆，
类型：发明
国别省市：河南;41