ИСПЫТАНИЯ В ЦЕНТРИФУГЕ ТРУБ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ТЯЖЕЛЫХ ГРУЗОВ

Борис Ракитин, Су Минг

Аннотация


Трубы большого диаметра, так же как автомобили большой грузоподъемности, получают все более широкое распространение, что вызывает неопределенность в отношении проектирования трубы. В данной статье описаны процедура и результаты серии геотехнических испытаний в центрифуге, которые проводились на железобетонной трубе диаметром 140 мм на фундаменте под воздействием тяжелого транспорта. Изучены влияние глубины грунта, положение и нагрузка транспортного средства на изгибающий момент трубы. В большинстве тестов был смоделирован тяжелый грузовик с максимальной погрузкой 850 кНм, а также грузовик средней грузоподъемности в 252 кНм. Результаты испытаний в центрифуге соответствуют результатам испытаний в натуральном масштабе. Наиболее сильное влияние на трубу обнаружено в положении, когда самая тяжелая ось грузовика находилась точно над сечением трубы. В более глубоких слоях грунта первоначальное давление в трубе сильнее, в то время, как меньше нагрузка от транспортного средства. Однако даже при глубине грунта в 4 мм изгибающий момент трубы значительный под воздействием тяжелого транспортного средства, что необходимо учитывать при проектировании трубы. Проведен сравнительный анализ результатов испытаний в центрифуге и некоторых широко используемых методов проектирования, получены неожиданные результаты расчетов для жестких труб большого диаметра на небольшой глубине грунта под воздействием транспортного средства большой грузоподъемности.


Ключевые слова


взаимодействие сооружения с грунтом, железобетонная труба, грузы тяжелого транспортного средства, геотехническое испытание в центрифуге, испытания в натуральном масштабе

Полный текст:

PDF

Литература


Cohen B. Fixing America’s Crumbling Underground Water Infrastructure: Competitive Bidding Offers A Way Out. Competitive Enterprise Institute. Washington, DC. 2012.

Ministry of Housing and Urban-Rural Development, P.R. China. China Urban Construction Statistical Yearbook 2009, China Planning Press. 2010.

Recio J.M.B., Guerrero P.J., Ageitos M.G., Narvaez R.P.; Estimate of energy consumption and CO2 emissions associated with the production, use and final disposal of PVC, HDPE, PP ductile iron and concrete pipes. Barcelona, 2005.

Clayton C.R.I., Xu M., Whiter J.T., Ham A. and Rust M. Stresses in cast – iron pipes due to seasonal shrink – swell of clay soils. Water Management, 2010, 163 (WM3): 157–162.

Davies J.P., Clarke B.A., Whiter J.T., Cunningham R.J. Factors influencing the structural deterioration and collapse of rigid sewer pipes. Urban Water, 2001, 3 (1-2): 73–89.

Lester J., and Farrar D.M. 1979. An examination of the defects observed in 6 km of sewers. TRRL Supplementary Report 531.

Trott J.J., and Gaunt J. Results of some recent field experiments on underground pipelines. In Proceedings of the Symposium: Research and Development sewerage and drainage design. India, 14 May 1975, Institution of public health Engineers, 1975.

U.S. Federal Highway Administration. 2000. Comprehensive Truck Size and Weight Study. Publication Number: FHWA-PL-00-029.

Boussinesq J. Application des potentials a l’etude de l’equilibre et du mouvement des solides elastiques, Gauthier-Villars, Paris, 1883.

Young O.C., and O`Reilly M.P. A guide to design loadings for buried rigid pipes. TRRL, Department of Transport, 1993.

British Standards Institution. 1998. BS EN 1295-1: Structural design of buried pipelines under various conditions of loading: Part 1 General requirements, BSI, London.

Marston A., and Anderson A.O. The theory of loads on pipes in ditches and tests of cement and clay drain tile and sewer pipes. Bulletin 31. Ames (Iowa): Iowa Engineering Experiment Station, 1913.

Spangler M.G. The supporting strength of rigid pipe culverts. Bulletin 112. (IA): Iowa State College, 1933.

Burns J.Q., and Richard R.M. Attenuation of stresses for buried cylinders. In Proceedings of the symposium on soil–structure interaction. Tucson (AZ): University of Arizona Engineering Research Laboratory, 8–11 June 1964. American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA, 1964, pp. 379–392.

The Freedonia Group. Large Diameter Pipe to 2016 – Industry Market Research, Market Share, Market Size, Sales, Demand Forecast, Market Leaders, Company Profiles, Industry Trends. Industry Study 2974. 2012.

Pocock R.G., Lawrence G.J.L., and Taylor M.F. Behaviour of a shallow buried pipeline under static and rolling wheel loads. TRRL Laboratory Report 954. 1980.

Taylor M.E., and Lawrence G.J.L. Measuring the effects of traffic induced stresses on small diameter pipeline. Pipe and pipeline international, 1985, 30 (2): 15–19.

Arockiasamy M., Chaallal O., and Limpeteeprakarn T. Full-scale field tests on flexible pipes under live load application. Journal of Performance of Constructed Facilities, 2006, 20 (1): 21–27.

Moore I.D., Becerril Garcia D., Sezen H. and Sheldon T. Structural design requirements for culvert joints, NCHRP Web-only document 190, Contractor’s Final Report for NCHRP Project 15–38, April 2012 Transportation Research Board, Washington D.C., 2012.

Allan H.A. Structural design of buried rigid pipelines a comparative study of international practice. In Proceedings of the International conference on the planning, construction, maintenance and operation of sewerage systems, Reading, UK, September 1984.

Saiyar M. Behaviour of buried pipelines subject to normal faulting. Ph.D. thesis, Department of Civil Engineering, Queen’s University, Kingston, Ontario, Canada, 2011.

White D.J., Barefoot A.J. and Bolton M.D. Centrifuge modeling of upheaval buckling in sand. International Journal of Physical Modelling in Geotechnics, 2001, 1 (2): 19–28.

Cheuk C.Y., Take W.A., Bolton M.D. and Oliveira, J.R.M.S. Soil restraint on buckling oil and gas pipelines buried in lumpy clay fill. Engineering Structures, 2007, 29 (6): 973–982.

Trott J.J., Taylor R.N., and Symons I.F. Tests to validate centrifuge modeling of flexible pipes. In Proceedings of a symposium on the application of centrifuge modeling to geotechnical design, Manchester, 16–18 April 1984. A.A. Balkema, Rotterdam, Boston, 1985, pp. 223–251.

Marshall A.M., Klar A., and Mair R.J. Tunneling beneath buried pipes: view of soil strain and its effect on pipeline behavior. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2010, 136 (12): 1664–1672.

Schofield A.N. Cambridge geotechnical centrifuge operations. Géotechnique, 1980, 30 (3): 227–268.

Hu Y., Zhang G., Zhang J.M. and Lee C.F. Centrifuge modeling of geotextile-reinforced cohesive slopes. Geotextiles and Geomembranes, 2010,

(1): 12–22.

British Standards Institution. 2002. BS EN 1916: Concrete pipes and fittings, unreinforced, steel fibre and reinforced, BSI, London.

Rajani B., and Abdel-Akher A. Performance of Cast-Iron-Pipe Bell-Spigot Joints Subjected to Overburden Pressure and GroundMovement. Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice, 2013, 4 (2): 98–114.

SNIP. 2006. 2.02.01-83*, Foundations of buildings and structures. The Center of Construction Design Documentation, Moscow.

Rakitin B.A. Stress-strain state of large diameter non-pressure reinforced concrete pipes. Ph.D. thesis, Department of Civil Engineering, South Ural State University, Chelyabinsk, Russia, 2010.

American Concrete Pipe Association (ACPA). 2011. Concrete Pipe Design Manual [e-book]. Available at: http://www.concrete-pipe.org/ pages/design-manual.html. [accessed 7 May 2013].

Di Prisco C., and Galli A. Soil-pipe interaction under monotonic and cyclic loads: experimental and numerical modeling. In Proceedings of the First Euromediterranean Symposium on Advances in Geomaterials and Structures, Hammamet, Tunisia, 3–5 May, 2006. Commission universitaire pour le developpment, Tunis, 2006, pp. 755–760.

McAffee R.P., and Valsangkar A.J. Field performance, centrifuge testing, and numerical modelling of an induced trench installation. Canadian Geotechnical Journal, 2008, 45 (1): 85–101.

Watkins R.K., and Anderson L.R. Structural mechanics of buried pipes. CRC Press LLC, Boca Raton London New York Washington, D.C. 2000.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.