一种用于爆破拆除塌落冲击埋地管道的试验方法技术

本发明专利技术涉及建筑爆破拆除技术领域，具体而言涉及一种用于爆破拆除塌落冲击埋地管道的试验方法，包括以下步骤：步骤1：建立埋地管道塌落冲击试验装置，其中，在埋地管道上建立多个应力应变监测点，并通过埋地管道塌落冲击试验装置利用正交试验法进行多次试验获得埋地管道的应力应变响应数据；步骤2：根据试验中多个应力应变监测点所获得的数据建立应变曲线，并根据所获得的数据对管道应变影响因素进行极差分析和方差分析；步骤3：建立有限元模型；设计了落锤冲击埋地管道模型试验，主要用来探究塌落冲击过程中塌落质量、塌落高度以及土质条件对于埋地管道动态响应的影响，通过实验手段获得塌落冲击过程中管道的应变规律。段获得塌落冲击过程中管道的应变规律。段获得塌落冲击过程中管道的应变规律。

【技术实现步骤摘要】
一种用于爆破拆除塌落冲击埋地管道的试验方法


[0001]本专利技术涉及建筑爆破拆除
，具体而言涉及一种用于爆破拆除塌落冲击埋地管道的试验方法。

技术介绍

[0002]随着爆破拆除技术的日益成熟，采用爆破技术来对大型高层建(构)筑物进行拆除其经济效益和环境效益也越发显著。但随着建筑物高度的增加，其势能也随之增大，造成建(构) 筑物在爆破拆除中的塌落振动荷载增大，地面振动强度增大，最终对周边建筑物和浅埋管线的危害效应增大。在此背景下，建构筑物塌落振动对周边环境和浅埋管线的影响日益引起各国学者的重视。
[0003]现有的针对塌落冲击下埋地管道动态响应问题的实验研究，多数为借助实际爆破拆除工程所进行的现场监测数据来进行的。这类试验所得的数据局限性较强，不易推广使用。而且由于此类试验耗资巨大，无法进行多次重复试验，无法在控制变量的情况下进行一些系统的研究。
[0004]现有的塌落冲击过程以及埋地管道的动力相应问题都借助了有限元等数值模拟软件，许多文章中基本上只有理论分析以及数值模拟结果，缺乏试验的支撑。考虑到塌落冲击埋地管道整个过程涉及众多材料模型、接触以及边界条件，要想准确模拟整个过程并得到可靠结论是比较困难的。
[0005]因此，亟需一种用于爆破拆除塌落冲击埋地管道的试验方法，能有效地进行试验并验证试验结果的可靠性。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中塌落冲击下埋地管道动态响应问题的缺陷与不足，本专利技术目的在于，针对塌落重物质量、塌落高度以及管土刚度比这三个因素利用正交试验设计法进行试验研究，并通过ANSYS/LSDYNA数值模拟软件对塌落冲击埋地管道进行了模拟，验证模拟和试验的可靠性。
[0007]本专利技术目的在于提供一种用于爆破拆除塌落冲击埋地管道的试验方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：建立埋地管道塌落冲击试验装置，其中，在埋地管道上建立多个应力应变监测点，并通过埋地管道塌落冲击试验装置利用正交试验法进行多次试验获得埋地管道的应力应变响应数据；
[0009]步骤2：根据试验中多个应力应变监测点所获得的数据建立应变曲线，并根据所获得的数据对管道应变影响因素进行极差分析和方差分析；
[0010]步骤3：建立有限元模型，并根据步骤2的结果，对管道应变影响因素进行参数调整，比较试验结果和模拟结果以验证模拟的可靠性；
[0011]其中，步骤2中的管道应变影响因素包括：重物质量、塌落高度和管土刚度比。
[0012]优选的，在步骤1中，所述埋地管道塌落冲击试验装置包括：
[0013]三个深坑，分别填入不同密度的埋覆层，用于埋设管道，三个所述深坑呈线性分布；
[0014]支架，包括第一支架和第二支架，分别位于三个所述深坑的两侧，每个所述支架的顶部设有对应分布的凹槽；
[0015]三个横杆，每根横杆均横跨在第一支架和第二支架上，并卡在所述凹槽中，所述横杆上设有定滑轮；
[0016]落锤，一端连接有拉绳，所述拉绳绕过所述定滑轮，并延伸至支架底部；
[0017]其中，三个所述横杆在竖直方向的投影和埋设在三个深坑中的管道位置相同；
[0018]应力应变监测点包括第一应变检测点、第二应变检测点、第三应变检测点和第四应变检测，第一应变检测点、第二应变检测点、第三应变检测点设置到管道外壁的同一轴线方向；第四应变检测点与第三应变检测点在周向上偏差90
°
，第四应变检测点与第三应变检测点处于同一轴向平面。
[0019]优选的，三个深坑包括第一深坑、第二深坑和第三深坑，其中第一深坑内设有细沙层，第二深坑内设有土壤层，第三深坑内设有粗砂层。
[0020]优选的，每个应变检测点设置一片应变花，每个应变花检测管道的轴向和环向应变，第一应变检测点、第二应变检测点、第三应变检测点等间距分布，第三应变检测点处于管道的中间位置。
[0021]优选的，在步骤1中，分别控制三种塌落高度、三种重物质量和三种土质条件对埋地管道冲击载荷下的影响，通过正交试验法形成九次试验。
[0022]优选的，在步骤2中，以第三应变检测点的数据作为评价指标，将每次试验管道受到冲击测得的最大值进行记录，并对每种影响因素的应变值求和以及平均值，得到每种影响因素对管道的极差。
[0023]优选的，在步骤3中，管道和重物材料使用John
‑
Cook材料模型，土体材料采用 Soil
‑
and
‑
Foam材料模型。
[0024]优选的，土体模型的回弹模量由落锤弯沉仪测量，其测量公式为：
[0025][0026]其中，P为承载板压力(kPa)；a为承载板半径；μ为泊松系数，取μ＝0.35；l为承载板中心弯沉(μ
m
)；Ep为回弹模量(MPa)。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0028]设计了落锤冲击埋地管道模型试验，主要用来探究塌落冲击过程中塌落质量、塌落高度以及土质条件对于埋地管道动态响应的影响，通过实验手段获得塌落冲击过程中管道的应变规律；
[0029]通过在埋地管道上布设应变片以及振动传感器，来对管道的动态响应进行表征，而通过极差分析、方差显著性分析得到对埋地管道动态响应影响较大的因素排序，为后面数值模型的建立以及参数的选择奠定基础；
[0030]最后通过数值模拟的手段，对影响显著的因素进一步量化分析，并验证是否和实验结果相同，通过试验和模拟结果以及规律的双向验证，使得出的结论和规律具有更高的
可靠性，为塌落冲击载荷作用下埋地管道动态响应研究提供可靠的实验数据和理论参考。
附图说明
[0031]附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本专利技术的各个方面的实施例，其中：
[0032]图1是本专利技术所示的一种用于爆破拆除塌落冲击埋地管道的试验方法流程图；
[0033]图2是本专利技术所示的埋地管道塌落冲击试验装置的结构示意图；
[0034]图3是本专利技术所示的多个应力应变监测点在管道上分布的示意图；
[0035]图4是本专利技术所示的应力应变监测点在管道周向上分布的示意图；
[0036]图5是本专利技术所示的应变花的结构示意图；
[0037]图6a
‑
6i是本专利技术所示的各测点应变曲线图；
[0038]图7是本专利技术所示的应变影响因素斜率图；
[0039]图8是本专利技术所示的数值计算模型的示意图；
[0040]图9a
‑
9c是本专利技术所示的试验工况和模拟工况的对比图；
[0041]图10是本专利技术所示的模拟过程中冲击过程应力云图；
[0042]图11是本专利技术所示的模拟过程中管道应力云图；
[0043]图12是本专利技术所示的模拟过程中等本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于爆破拆除塌落冲击埋地管道的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立埋地管道塌落冲击试验装置，其中，在埋地管道上建立多个应力应变监测点，并通过埋地管道塌落冲击试验装置利用正交试验法进行多次试验获得埋地管道的应力应变响应数据；步骤2：根据试验中多个应力应变监测点所获得的数据建立应变曲线，并根据所获得的数据对管道应变影响因素进行极差分析和方差分析；步骤3：建立有限元模型，并根据步骤2的结果，对管道应变影响因素进行参数调整，比较试验结果和模拟结果以验证模拟的可靠性；其中，步骤2中的管道应变影响因素包括：重物质量、塌落高度和管土刚度比。2.根据权利要求1所述的一种用于爆破拆除塌落冲击埋地管道的试验方法，其特征在于，在步骤1中，所述埋地管道塌落冲击试验装置包括：三个深坑，分别填入不同密度的埋覆层，用于埋设管道，三个所述深坑呈线性分布；支架，包括第一支架和第二支架，分别位于三个所述深坑的两侧，每个所述支架的顶部设有对应分布的凹槽；三个横杆，每根横杆均横跨在第一支架和第二支架上，并卡在所述凹槽中，所述横杆上设有定滑轮；落锤，一端连接有拉绳，所述拉绳绕过所述定滑轮，并延伸至支架底部；其中，三个所述横杆在竖直方向的投影和埋设在三个深坑中的管道位置相同；所述应力应变监测点包括第一应变检测点、第二应变检测点、第三应变检测点和第四应变检测，所述第一应变检测点、第二应变检测点、第三应变检测点设置到管道外壁的同一轴线方向；第四应变检测点与第三应变检测点在周向上偏差90
°
，第四应变检测点与第三应变检测点处于同一轴向平面。3.根据权利要求2所述的一种用于爆...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾云，薛永利，孙飞，李飞，刘勤杰，
申请(专利权)人：核工业南京建设集团有限公司，
类型：发明
国别省市：