Tuberías

Enviado por Giuliana Myrick

Partes: 1, 2

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.

Partes: 1, 2

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Introducción

Modelo de la tubería

Modelo de la
tubería