背向沉管下沟管道应力计算解析模型及验证

摘要

考虑沉管下沟过程中的管土耦合作用，基于弹性地基梁理论，通过运用挠曲线方程与变形协调条件，构建背向沉管下沟管道应力解析模型。为验证解析模型的准确性，利用ABAQUS建立考虑土体塑性本构关系的有限元模型进行对比分析。对比规范模型、解析模型及有限元模型关于拱起管段长度、悬空管段长度、管道最大应力及最大弯矩等参数的结果可知，解析模型与有限元模型的误差分别为3.58%、3.50%、4.89%和3.52%,而规范模型与有限元模拟的误差最大可达13.40%。结果表明，管道下沟过程中，最大应力首先出现在沉管中间位置处，开挖80 m后出现在管沟开挖端部；在接触沟底前，管道出现3个应力集中点，在接触沟底后，管道出现4个应力集中点。这种基于相互作用机理的建模方法能够更准确地表征管道-土体系统的力学响应特性，从工程实践角度而言，该模型的建立显著提升了管道系统力学分析的精度，对保障长输管道的结构完整性和运行安全性具有重要的工程应用价值。

关键词

背向沉管 / 应力分析 / 解析模型 / 数值验证

基金资助

山东省自然科学基金资助项目(ZR2021ME024); 中央高校基本科研业务费专项基金资助项目(19CX02034A)