Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Исследование процесса взаимодействия конического расширителя с грунтом и разрушаемой трубой при бестраншейной замене коммуникаций

Диссертация: Исследование процесса взаимодействия конического расширителя с грунтом и разрушаемой трубой при бестраншейной замене коммуникаций
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Конкретное личное участие автора в получении результатов. изложенных в диссертаиии. Личный вклад автора заключается: в постановке и проведении экспериментов по выявлению закономерностей деформирования и разрушения труб коническим расширителемв обработке экспериментальных результатов и их математической интерпретации, количественно описывающей процесс разрушения труб при их замене бестраншейным… Читать ещё >

Содержание

  • 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
    • 1. 1. Краткий обзор способов реконструкции трубопроводов
      • 1. 1. 1. Восстановление (санирование, реновация) существующих трубопроводов
      • 1. 1. 2. Бестраншейная замена трубопроводов
    • 1. 2. Обзор исследований по взаимодействию с грунтом различных тел внедрения
    • 1. 3. Постановка задач исследований
  • 2. ЛАБОРАТОРНЫЕ И ПОЛЕВЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО
  • РАЗРУШЕНИЮ ТРУБ СТАТИЧЕСКИМИ И ДИНАМИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ
    • 2. 1. Постановка и описание экспериментов по разрушению труб из хрупких материалов коническим расширителем с концентраторами напряжений и без них
      • 2. 1. 1. Исследование влияния конфигурации расширителя на величину усилия, необходимого для образования трещины
      • 2. 1. 2. Зависимость радиальных перемещений от прикладываемых нагрузок
      • 2. 1. 3. Оценка достоверности результатов измерений
    • 2. 2. Полевые эксперименты по разрушению стальных труб гидровзрывом
  • Выводы
  • 3. НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ТРУБ ПРИ НАГРУЖЕНИИ КОНИЧЕСКИМ РАСШИРИТЕЛЕМ С КОНЦЕНТРАТОРАМИ НАПРЯЖЕНИЙ
    • 3. 1. Расчет радиальных перемещений тонкостенной трубы, нагруженной изнутри распределенной нагрузкой
    • 3. 2. Задача о нагружении толстостенной упругой трубы самоуравновешенной парой сил
    • 3. 3. Анализ полей напряжений в сечении толстостенной трубы при ее нагружении сосредоточенными силами
  • Выводы
  • 4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАСШИРЕНИЯ ПОЛОСТИ В ГРУНТЕ КОНИЧЕСКИМ РАСШИРИТЕЛЕМ С ПРИЛОЖЕННЫМИ К НЕМУ СТАТИЧЕСКИМИ УСИЛИЯМИ
    • 4. 1. Математическая модель процесса расширения полости в грунте коническим расширителем
    • 4. 2. Анализ численных результатов моделирования и

Исследование процесса взаимодействия конического расширителя с грунтом и разрушаемой трубой при бестраншейной замене коммуникаций (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность темы

Необходимость бестраншейных методов реконструкции различных инженерных коммуникаций у нас в стране и за рубежом обусловлена высокими темпами урбанизации и развития инфраструктуры, а так же стимулируется экономическими соображениями и требованиями по охране окружающей среды. С точки зрения экологических последствий проблема замены пришедших в негодность трубопроводов, расположенных на глубине нескольких метров под дорожными коммуникациями и строительными объектами, в ближайшие годы станет сопоставимой по значимости с такими проблемами окружающей среды, как загрязнение атмосферы, отравление рек и морей, многолетнее скопление мусора. В странах с высоким уровнем развития доля работ по замене и реконструкции существующих трубопроводов на территории городов достигает 30% от общего объема ремонтных работ и имеет тенденцию к росту. В России более 300 тыс. км водопроводных и канализационных сетей отслужили нормативный срок, из которых свыше 50 тыс. км находятся в аварийном состоянии и требуют немедленной замены.

Бестраншейная реконструкция таких сетей — это, пожалуй, единственный на сегодня экономически оправданный путь решения проблемы, поэтому разработка новых научно обоснованных конструктивных и технических решений, направленных на повышение эффективности технологии бестраншейной замены коммуникаций, является актуальной научно-технической задачей.

Цель работы. Целью работы является выявление закономерностей деформационных процессов, происходящих в массиве грунта и разрушаемой трубе при нагружении коническим расширителем.

Идея работы состоит в использовании квазистатического приближения при описании динамического процесса взаимодействия расширителя с внешней средой при постоянно действующем тяговом усилии лебедки.

Задачи исследований: выполнить анализ напряженного состояния толстостенной трубы при внутреннем нагружении самоуравновешенной парой сил и установить локализацию зон повышенной концентрации растягивающих напряженийподтвердить экспериментально и дать теоретическое обоснование эффекту снижения разрушающих нагрузок при оснащении конического расширителя продольными ребрами жесткостипостроить модель взаимодействия расширителя с окружающим грунтовым массивом и оценить влияние упругой реакции (отдачи) грунта на кинематику исследуемого процессавыявить основные энергоемкие стадии процесса расширения полости в грунте и определить диапазон эффективных значений усилий натяжения троса лебедки в зависимости от основных технологических параметров.

Методы исследований: лабораторные и полевые экспериментыизучение экспериментального материала и построение рабочих гипотезматематическое моделирование процессов разрушения труб и деформирования грунтового массива при бестраншейной заменеполучение расчетной схемы и численный счетанализ и сопоставление полученных результатов исследований с эмпирическими данными.

Научные положения. выносимые на защиту: концентрация напряжений в разрушаемой трубе, обусловленная наличием пары жестких ребер на коническом расширителе, приводит к снижению на порядок энергозатрат, требуемых для разрушенияпри нагружении изнутри упруго-деформируемой. трубы самоуравновешенной парой сил, локализация зон максимальных растягивающих напряжений зависит от отношения ее толщины к диаметрув тонкостенной трубе эти зоны расположены на ее внешней поверхности в плоскости действия нагружающих усилийвзаимодействие расширителя с грунтом представляет собой процесс, обусловленный, с одной стороны, необратимым уплотнение грунта и, с другой стороны, упругой реакцией грунтового массиваградиент скорости перемещения конического расширителя в грунте резко уменьшается с увеличением тяговых усилий троса лебедки по достижении последними силы упругой реакции грунта.

Достоверность результатов проведенных исследований.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована корректностью постановок задач в рамках теории упругости и механики грунтов, экспериментальной проверкой результатов аналитических исследований и удовлетворительной их сходимостью с экспериментальными данными и результатами испытаний.

Научная новизна работы заключается: в экспериментальном и теоретическом обосновании эффективности разрушения труб из хрупких материалов посредством конического расширителя с ребрами жесткостив описании механизма взаимодействия расширителя с грунтовым массивом, учитывающем упруго-пластическое поведение грунта при уплотнении и упругую отдачу на стадии разгрузкив предложенном методе расчета силовых и энергетических параметров используемой технологии в зависимости от требуемой скорости проходки, механических свойств грунта и диаметров заменяемого и вновь прокладываемого трубопроводов.

Конкретное личное участие автора в получении результатов. изложенных в диссертаиии. Личный вклад автора заключается: в постановке и проведении экспериментов по выявлению закономерностей деформирования и разрушения труб коническим расширителемв обработке экспериментальных результатов и их математической интерпретации, количественно описывающей процесс разрушения труб при их замене бестраншейным способомв разработке рекомендаций к проектированию отдельных узлов типового комплекта оборудования по бестраншейной замене подземных коммуникаций.

Практическая иенность: предложен алгоритм расчета скорости движения конического расширителя при бестраншейной замене трубопроводов, который может использоваться для выбора технологических параметров данного процессаданы рекомендации по конструированию отдельных узлов комплекта оборудования по бестраншейной замене трубопроводов, направленные на повышение эффективности процесса замены.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на научных семинарах лабораторий ИГД СО РАН, на объединенном семинаре лабораторий ИГД СО РАН и на Международном научно-практическом семинаре 'Ъестраншейные методы замены канализационных и водопроводных подземных коммуникаций" (Новосибирск, 1998 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 4 печатных работах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы. Она содержит 106 страниц машинописного текста, 34 рисунка, 3 таблицы и 93 наименования работ отечественных и зарубежных авторов.

Выводы.

1. Лебедка с пневмодвигателем обеспечивает постоянство тяговых усилий и их регулировку в широком диапазоне и может эксплуатироваться в особо тяжелых условиях рабочего процесса (частое реверсирование, резкие колебания внешней нагрузки, вибрация и т. д.).

2. Разработанная математическая модель процесса взаимодействия конического расширителя с грунтом и разрушаемой трубой позволяет с приемлемой для практических приложений точностью определить величины основных технологических параметров (тяговое усилие, энергия ударной машины, скорость проходки), обеспечивающих наибольшую эффективность работ по бестраншейной замене коммуникаций.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертации предложено новое решение актуальной научной проблемы, заключающееся в выявлении закономерностей взаимодействия элементов системы «расширитель — разрушаемая труба — грунтовый массив — лебедка» при бестраншейной замене коммуникаций и разработке подхода к выбору технологических и конструктивных параметров отдельных узлов и механизмов, используемых при реализации данной технологии.

Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. Установлено, что оснащение конического расширителя дополнительными концентраторами напряжений в виде продольных диаметрально расположенных ребер позволяет снизить усилие разрушения труб из хрупких материалов в 4 — 7 раз для керамики и 11 — 14 раз для чугуна.

2. При внутреннем нагружении упруго-деформируемой трубы самоуравновешенной парой сил расположение зон повышенной концентрации напряжений зависит от величины отношения ее толщины к внешнему радиусу Н/Ъ. Если оно не превышает 0.2, то максимальные растягивающие напряжения локализованы на внешней границе трубы вдоль линии действия сосредоточенных сил. При Н/Ь > 0,2 максимальные растягивающие напряжения сконцентрированы на внутренней поверхности трубы в плоскости, ортогональной линии действия сил.

3. Эффективность процесса расширения полости в грунте коническим расширителем определяется как энергией удара, так и величиной постоянно действующих статических усилий, приложенных к расширителю и компенсирующих упругую реакцию грунта. При этом приложение избыточных усилий, превышающих предельный уровень упругой реакции грунта не эффективно.

4. На основе предложенного механизма расширения полости в грунте коническим расширителем рассчитаны эффективные соотношения технологических параметров бестраншейной замены подземных коммуникаций, связывающие рекомендуемые усилия натяжения троса лебедки с энергией удара пневмоударной машины, диаметром заменяемой трубы и размерами расширителя.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Кюн Г., Шойбле Л., Шлик X. Закрытая прокладка непроходных трубопроводов. -М.: Стройиздат, 1993.
  2. ASCE Specialty Conference on Robotics for Challenging Environments. 1994. Publ by ASCE, New York, NY, USA, p. 383−391.
  3. Ю.В. Инспекция и ремонт трубопроводов специальными роботами. Бестраншейные технологии обслуживания трубопроводов //РОБТ 1996 — № 2.
  4. П. Обзор выставки NO-DIG LIVE'96 в Абингдоне //РОБТ -1996-№ 2.
  5. NO-DIG INTERNATIONAL V 7 р 12 -14 November 11 '96.
  6. Hayword P. Renewing a 100 year old non-circular sewer //NO-DIG INTERNATIONAL V 7 February 1997.
  7. NO-DIG INTERNATIONAL p 19 -26 April 1997.
  8. Л.М., Бобылев А. Л. Современное оборудование для бестраншейного ремонта трубопроводов //РОБТ 1996 — № 2.
  9. Э. Фирма «Noell service und maschinentechnik GmbH» //RSST 1996 -№ 3.
  10. B.C. Ремонт ветхих трубопроводов с использованием цементно-песчаного покрытия //Механизация строительства -1996 -1
  11. Я. Успех на протяжении 25 лет //РОБТ 1996 — № 2.
  12. Pipe Line Industry. V 77 р 57 59 August' 94.
  13. Pipe Line Industry. V 77 p 27 28 Decemder' 94.14. international Conference on Trenchless Construction for Utilities, Vereinigtes Koenigreich, London, Apr. 1985, Nr 1.
  14. ENR V 234 p 41 31 June 12'95. Underground construction.
  15. Plant Engineering V 49 p 66 68 June 5'95.
  16. Ю.В. Инспекция и ремонт трубопроводов специальными роботами. Бестраншейные технологии обслуживания трубопроводов //РОБТ 1996 — № 2.
  17. П. Обзор выставки NO-DIG LIVE'96 в Абингдоне //РОБТ 1996 — № 2.
  18. NO-DIG INTERNATIONAL V 7 р 12 -14 November 11 '96.
  19. Hayword P. Renewing a 100 year old non-circular sewer //NO-DIG INTERNATIONAL V 7 February 1997.
  20. NO-DIG INTERNATIONAL p 19 -26 April 1997.
  21. B.M., Крысанов O.H. и др. Устройство для ремонта трубопровода //Международная заявка на изобретение РСТ/КВ 95/153.
  22. Яч Р. Разрушение труб в техасских торфяниках //РОБТ-1996 № 2
  23. Clarke J. Meeting the replacement challenge //NO-DIG INTERNATIONAL V 7 August 8'97.
  24. Способ и устройство для разрушения проложенного в грунте трубопровода. ЕР 0411 278 В1.
  25. Способ для замены проложенного в грунте трубопровода и устройство для осуществления способа. DE 3832 214 Cl.
  26. Устройство для разрушения трубопровода. ЕР 0 368 079 Al.
  27. Способ для замены магистралей. US 4 738 565.
  28. Способ и устройство для разрушения трубопровода. DE 3 620 021 Al.
  29. Замена или подготовка к замене существующей магистрали новой магистралью. UK 2 152 624 А.
  30. Способ бестраншейного удаления проложенных под землей труб и устройство для выполнения способа. DE 3 940 354 Al.
  31. Способ восстановления сточных трубопроводов и устройство для его осуществления. DE 3 603 238 А1.
  32. Ю.Б., Плавских В. Д., Григоращенко В. А. и др. Способ бестраншейной замены трубопроводов. А.с. № 1 730 892.
  33. М.В., Клименко В. А., Григоращенко В. А. и др. Способ бестраншейной замены трубопроводов. А.с. № 1 778 424.
  34. М.В., Исаков A.JL, Григоращенко В. А. и др. Способ бестраншейной замены подземного трубопроводов. А.с. № 1 780 380.
  35. Ю.Б., Сырямин В. Д., Григоращенко В. А. и др. Способ замены подземного трубопроводов. Патент № 2 003 917.
  36. М.В., Клименко В. А., Григоращенко В. А. и др. Устройство для замены подземного трубопровода. Патент № 2 062 941.
  37. Muccio Т. Swagelining technique restores aged gas main // Pipeline & Gas Journal V 221 p 52−54 April'94.
  38. No-dig method contains rehab costs // Civil Engineering V 64 p 86 November'94.
  39. Trenchless technologies produce bottle-tight sewer system // Public Works V 126 p 52−54 July'95.
  40. Insituform uses textiles to reclaim deteriorating sewers (uses a needled felt tube to repair underground pipelines) // Textile World V 141 p 49−50 October'91.
  41. Marozzo J. Brooklyn Union develops tool for replacing steel, cast iron main // Pipe Line Industry V 77 p 27−28 December'94.
  42. Zlokovitz R., Fisk A. Replacing steel mains with PE by bursting // Pipeline & Gas Journal V 220 p 28−32 June'93.
  43. А.Е., Рейфисов Ю. Б., Григоращенко В. А. и др. Устройство для бестраншейной прокладки трубопроводов. Патент № 2 057 856. Опубл. в БИ, 1996, № Ю.
  44. A.C. Опыт определения усилий внедрения и местоположения в грунте головного снаряда при проколе. //Водоснабжение и санитарная техника. 1958. — № 1.
  45. A.C. Проходка горизонтальных скважин под кабелепроводы вибропроколом и гидромеханизированным способом. //Сб. Подземное строительство. Госстройиздат, 1961.
  46. Н.В. Закрытая проходка трубопроводов. М.: Недра, 1964.
  47. Н.В., Шор Д.И. Расчет усилий для прокладки трубопроводов способом прокола и продавливания. //Сб. Подземное строительство. М.: Госстройиздат, 1961.
  48. Н.Я., Минаев Б. И. Проходка горизонтальных и вертикальных скважин ударным способом. М.: Недра, 1984.
  49. O.A., Лускин А. Я. Вибрационный метод погружения свай и его применение в строительстве. Л.: Госстройиздзт, 1960.
  50. Л.Н. Экспериментальное исследование горизонтального виброударного продавливания труб. //Основание, фундаменты и механика грунтов. 1967. — № 1.
  51. Д.Д. Виброметод в строительстве. М.: Госстройиздзт, 1959.
  52. А.Н. Основы разрушения грунтов механическими методами. -М.: Машиностроение, 1968.
  53. М.Б. Исследование процесса виброударной проходки горизонтальных скважин в грунте. //Канд. диссертация. Киев, 1968.
  54. И.И. Исследование процесса вибрационной забивки свай и шпунтов. //Инж. сборник АН СССР т. 19 — 1964.
  55. О .Я. Определение параметров зависимости между напряжениями и перемещениями при ударном испытании свай. Труды НИИОСП, Вып. 55.-М.: Госстройиздат, 1964.
  56. К.К. О процессе взаимодействия пневмопробойников с грунтом. // ФТПРПИ. 1980. — № 4.
  57. E.H. Исследование процесса проходки скважин пневмопробойниками. //Канд. диссертация. Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1970.
  58. В.А. Об одном варианте расчета пневмопробойника в грунте. //Горные машины. Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1980.
  59. А.Л. Расчет процесса ударного погружения свай в грунт. //ФТПРПИ 1989. — № 4.
  60. Х.Б. О проходке скважин в грунте пневмопробойниками // ФТПРПИ.-1991.-№ 6.
  61. Г. И., Федоров И. С. Действие удара и взрыва в деформируемых средах. М.: 1967.
  62. H.A. Экспериментальные данные о погружении и извлечении шпунта и свай вибрированием в песчаных грунтах. М.: Труды НИИОснований, 1968.
  63. Е.М. Об изменении истинных характеристик внешнего и внутреннего трения движения грунтов под влиянием вибрации. Труды ВНИИГС, вып. 17.-М.: Стройиздат, 1964.
  64. A.JI. Деформации в грунтах при погружении свай. М.: Стройиздат, 1967.
  65. В.Г. Исследование метода глубинного уплотнения просадочных грунтов. Труды НИИОСП, вып. 66. М.: Стройиздат, 1962.
  66. А.Ф. Уплотнение грунтов при различной влажности. М.: Строивоенмориздат, 1959.
  67. Х.А., Сагомонян А. Я., Алексеев H.A. Вопросы динамики грунтов. М.: МГУ, 1964.
  68. В.К. Влияние формы наконечника на усилие прокола. //Строительство трубопроводов. 1968. — № 4.
  69. .В. О сопротивлении грунта при вдавливании свай. //Основания, фундаменты и механика грунтов. 1966. — № 6 .
  70. Г. Н. Закрытая прокладка трубопроводов. М.: Стройиздат, 1964.
  71. Н.М. Определение сопротивления свай . Т. 4. М.: Стройвоенмориздат, 1959.
  72. .П. Обобщение формул для определения сопротивления свай. //Сб. Механика грунтов. -М.: Стройвоенмориздат, 1959.
  73. Г. И., Федоров И. С. Действие удара и взрыва в деформируемых средах. -М.: Стройиздат, 1967.
  74. Кох В. А. Создание навесного оборудования для устройства набивных свай в водонасыщенных грунтах методом уплотнения. //Канд. диссертация. Новосибирск: ИГД СО РАН, 1989.
  75. А.Д. Исследование и состояние пневматических машин ударного действия для пробивания скважин в грунте. //Докторская диссертация. Новосибирск: ИГД СО РАН, 1971.
  76. В.Н., Земцова А. Е., Исаков А. Л., Изотов A.C. Исследования процесса разрушения тонкостенных труб коническими расширителями //ФТПРПИ. 1997. — № 6, стр. 72−77.
  77. Н.И., Ширкевич М. Г. Справочник по элементарной физики. М.: Наука, 1976.
  78. Г. С., Яковлев А. П., Матвеев В. В. Справочник по сопротивлению материалов. Киев: Наукова думка, 1988.
  79. А.Н. Элементарные оценки ошибок измерений. JL: Наука, 1967.
  80. X. Теория инженерного эксперимента. М.: Мир, 1972.
  81. Руководящий технический материал. РТМ 36.22.91. М.: Минмонтажспецстрой СССР, 1991.
  82. Г. М. Волны в грунтах и пористых многокомпонентных средах. -М.: Наука, 1982.
  83. Vibrations generated by traffic and building construction activities.//Swedish Council for Building Research, Stockholm, Sweden, 1984.
  84. .В. Локальные задачи прочности цилиндрических оболочек. М.: Машиностроение, 1983.
  85. A.C., Исаков А. Л., Земцова А. Е. Задача о нагружении толстостенной трубы из хрупкого материала самоуравновешенной парой сил //ФТПРПИ. 1998. — № 2.
  86. А.Н., Самарский A.A. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1972.
  87. А.Л., Земцова А. Е. Задача о расширении грунтовой полости при бестраншейной замене подземных коммуникаций //ФТПРПИ. 1998. — № 3.
  88. А.Я. Проникание. М.: МГУ, 1974.
  89. Х.А., Сагомонян А. Я., Алексеев H.A. Вопросы динамики грунтов. М.: МГУ, 1964.
  90. А.К. Разработка метода расчета несущей способности набивных свай, отформованных пневмопробойниками. //Канд. диссертация. Новосибирск: ИГД СО РАН, 1997.
  91. О.Н., Иванов В. И., Трифонова Г. О. Приводы автоматизированного оборудования. -М.: Машиностроение, 1991.
  92. В.А., Земцова А. Е., Чехович М. Ю. и др. Бестраншейная замена канализационных труб из хрупких материалов диаметром 100−355 мм на пластмассовые трубы диаметром 160−355 мм. ТК-1−97. Новосибирск: Сибгипрокоммунводоканал — ИГД СО РАН, 1997.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!