Tuberías

1. Extracto
3. Modelo de la tubería
4. Cargas
5. Análisis
6. Resultados para una tubería concreta Pretensada de gran diámetro No cilíndrica
7. Resultados para una tubería concreta Pretensada cilíndrica
8. Conclusiones
9. Reconocimiento
10. Referencias
11. Anexo

El modelar del Finite-element de la falta de PCCP con los alambres quebrados sujetados a Cargas combinadas

2002

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Finite-Element Modeling de la falla de PCCP con alambres quebrados sujetos a cargas combinadas

Mehdi S. Zarghamee *, F. ASCE, Daniel W. Eggers *, mañana ASCE, y Rasko P. Ojdrovic * 1, M.

ASCE

EXTRACTO

El análisis no lineal del finite-element se utiliza para predecir el funcionamiento de la tubería concreta pretensada de la presión con los alambres quebrados en una tubería. Un modelo no lineal del finite-element de la tubería se desarrolla y sujeto a efectos combinados de la presión interna, la tubería y los pesos del líquido y carga de la tierra como pierde tensión debido al número de aumento gradual de alambres quebrados. El modelo incorpora una relación no lineal del stress-strain para el concreto que incluye las no linealidades debido al choque compresivo, extensible ablandamiento y a agrietarse. El modelo de la tubería consiste en elementos de la cáscara con muchos puntos de integración a través de la pared de la tubería para permitir capturar de su comportamiento no linear en la pared de la tubería que se dobla como las grietas concretas o los golpea. El primer modelo sujeta la tubería a los efectos combinados de presión pretensada, los pesos de la tubería y del líquido, carga de la tierra, y presión interna, y entonces la pretensión se quita gradualmente. Los resultados del análisis demuestran patrones de la grieta, anchura de la grieta, profundidad de la grieta, la desviación de la tubería, el cambio en la tensión en los alambres, y el choque concreto como a la función de pretensa longitud de la pérdida. Los resultados del análisis para un gran diámetro no-cilíndrico de la tubería con presión interna baja una presión interna fija y aumentando la pérdida de pretensión demuestran que el modo final de falla de la tubería es de hecho en forma de progresión de alambres quebrados debido al aumento en las tensiones en los alambres, más aun que el choque del concreto o el derrame mas importante. Los resultados del análisis para un diámetro más pequeño de PCCP sujeto a una pérdida de la pretensión y al aumento de la presión interna muestran que la fuerza del enclavijarse de la base externa agrietada y fuerza del último cilindro de acero, más que progresión de la fractura del alambre, gobierna la fuerza de la tubería. Para tuberías con un gran número de roturas de alambre, el agrietarse estructuralmente puede ocurrir exponiendo el cilindro de acero a los ambientes corrosivos del suelo. La corrosión del cilindro de acero puede dar lugar al derrame y a la falla prematura del cilindro de acero.

Los resultados de los análisis no lineales del elemento finito se utilizan para validar los criterios y los procedimientos de la ingeniería usados para el análisis del riesgo y la determinación de las prioridades de la reparación de tuberías con los alambres quebrados y para la comparación con la prueba de la confirmación de la tubería con los alambres quebrados.

Palabras claves: Concreto, tubería de concreto Pretensada, análisis del Finite-element, no linear Finite-element que modela el análisis, análisis de la falta, análisis del riesgo

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1 ingeniero principal, mayor y encargado de proyecto, respectivamente, Simpson Gumpertz y Heger mayores

Inc., Arlington, mA02474

Introducción

El propósito de este estudio es evaluar el riesgo de la falta que resulta de pérdida de pretensión debido a la fractura del alambre en tubería concreta pretensada de la presión usando un modelo del finite-element de la tubería concreta. Específicamente, los efectos de la combinación de la presión interna, cargas muertas (los pesos de la tubería y del líquido, y carga de la tierra), pretensión, y aumento de la pérdida de pretensión que resulta de roturas graduales del alambre en seguridad estructural se computan. En este análisis, la relación constitutiva no lineal del cilindro de acero y del concreto en tres dimensiones ambas en compresión y en tensión, como las micro grietas y las grietas se explican.

Modelo de la tubería

La tubería concreta pretensada se modela en ABAQUS, un finite-element programa bien adaptado para el análisis no lineal. El modelo consiste en generalmente una mitad de la tubería. Dos diferentes zonas geometrías de la pérdida de tensión se consideran, una zona de la pérdida de pretensión axisimetrica en forma de una venda y zona rectangular de la pérdida de pretensión en forma de un rectángulo. Cuando la zona de la pérdida de la pretensión es axismetrica, el modelo corta a través el plano de la simetría en la corona y lo invierte, y extiende sobre la longitud entera de la tubería. Las condiciones de límite simétricas se imponen a lo largo de los planos de la simetría. Cuando la zona de la pérdida de la pretensión es rectangular, el modelo corta a través de la mitad de la longitud de la tubería.

La pared de la tubería se modela con los elementos compuestos de la cáscara. La cáscara contiene 35 o más puntos de la integración con su grueso, permitiendo la representación exacta del comportamiento no linear en la flexión y de la recuperación de tensiones y de tensiones en cada integración que se señala. Los elementos de la cáscara se ponen en el centro de figura de la sección concreta, excepto la capa. Todas las cargas se aplican a estos elementos de la cáscara. Los elementos de la cáscara son aproximadamente 75 a150 milímetros (3 a 6 pulg.) de tamaño, dependiendo del diámetro de la tubería.

Para la tubería concreta pretensada cilíndrica (PCCP), la pared de la tubería se asume de ser una tubería completamente compuesta en el área pretensada. Sin embargo, en la zona de la pérdida de pretensión, la base interna conservadoramente se asume de ser ineficaz, y el cilindro de acero no está conectado con la base externa, pero la deformación radial del cilindro de acero es obligada para la deformación radial de la base externa.

El modelo concreto usado para los elementos de la cáscara que incluye el choque compresivo, extensible ablandamiento, y el agrietarse. El cuadro 1 demuestra su diagrama stress-strain. La relación del stress-strain en la compresión es de Saenz (1964) y en la tensión es de Zarghamee y de Fok (1990). La tensión – la relación de la tensión en la tensión tiene una pieza linear para las tensiones hasta 123 micro-tensiones y una parte que ablanda extensible donde la tensión en concreto reduce en una cuesta de E/10 hasta que se alcanza una tensión completamente agrietada de la sección. Más allá de esta tensión, el concreto se asume para conservar no o solamente un nivel pequeño de la tensión. En los cálculos que siguen 0 y 1/10 de la tensión extensible máxima del concreto se utilizan sin inestabilidad numérica. Se espera que esta tensión que se agrieta del poste tenga un menor efecto en los resultados del análisis. El análisis para PCCP utiliza un modelo concreto con una tensión extensible completamente agrietada de 0 debido a un modelo de mejor material para las grietas puesto en ejecución por ABAQUS para que reduzca el grado de los problemas numéricos de la inestabilidad debido al material extensible o al ablandamiento compresivo.

El modelo concreto es una serie continua basada en plasticidad, modelo del daño basado en la falta dos mecanismos, el agrietarse extensible y choque compresivo. La evolución de la superficie de la producción es controlada por dos parámetros, designados las tensiones plásticas, ligadas a una superficie de la falta (verifique). El modelo de la producción hace uso la función de la producción de Lubliner (1989) con la modificación de Leeand Fenves (1998) para explicar diversa evolución de la fuerza bajo la tensión y compresión (el endurecer anisotropic). Las superficies típicas de la producción se demuestran en el cuadro 2 para la condición plana de la tensión donde está la tensión p hidrostática de la presión y q es la tensión eficaz equivalente de von Mises, es decir.

La fuerza compresiva máxima concreta ocurre en 34.5 que MPa (5.000 psi) para compresión no confinada, y 39.6 MPA (5.750 psi) para la compresión confinada. La tensión máximo extensible, f t = 7√f'c = 3.4 MPa (495psi) para 34.5 MPA (5.000 psi) de concreto.