不同填埋深度下大型塑料检查井刚强度研究.pdf
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1、第5期(总第2 4 0 期)2023年10 月机械工程与自动化MECHANICAL ENGINEERING A U T O M A T I O NNo.5Oct.文章编号:16 7 2-6 4 13(2 0 2 3)0 5-0 0 7 3-0 2不同填埋深度下大型塑料检查井刚强度研究纪海宾1,孟宪凯2(1.徐州工业职业技术学院机电工程学院,江苏徐州2 2 10 0 6;2.江苏大学机械工程学院,江苏镇江212013)摘要:以大型塑料检查井流槽式汇合三通井座为研究对象,针对现场施工过程中土质和填埋深度对其刚强度影响较大的情况,运用ANSYS和Origin软件进行数据分析,研究了并座受到垂直方向下
2、力时填埋深度、土质对井座应力、应变值的影响规律,获得了在同一填埋深度下,各土质对井座应力、应变值的影响程度为:粘性土C软土A湿陷性黄土B沙土D。研究结果为大型塑料检查并结构优化设计提供了理论支持。关键词:填埋深度;刚强度;塑料检查井中图分类号:TP391.7文献标识码:A0引言城市管网是城市基础设施必不可少的组成部分品。塑料检查井作为市政管网和小区排水管网系统的组成部分,工作环境复杂,各种不可控因素如地面的交通载荷、回填土的土方压力等均会导致其发生变形而影响使用寿命。近年来,国内外科技工作者对塑料检查井进行了深人的研究,如张伟等3 分析了结构对检查井刚强度的影响,饶勤波4 研究了冲击载荷下的检
3、查井残余应力及残余变形计算方法,魏春食等5进行了塑料检查井结构的刚强度计算,师彩云等6 进行了多目标参数下塑料检查井井座参数优化。目前国内外对塑料检查井在不同土质下、不同填埋深度下刚强度的研究还不充分,为此,本文针对软土、湿陷性黄土、粘性土和沙土分别作为回填土时,研究了在不同填埋深度下塑料检查井的刚强度。1建立大型塑料检查井模型及试验方案1.1建立分析模型根据市政某大型塑料检查井(如图1所示)流槽式汇合三通井座参数(表1所示),使用Pro/E创建三维模型(图2 所示),采用实体六面体单元划分网格,如图3所示。井座支管图1大型塑料检查井米徐州工业职业技术学院院级科研课题(XGY2022A001)
4、;中国博士后科学基金面上项目(2 0 2 1M691309)收稿日期:2 0 2 3-0 3-0 8;修订日期:2 0 2 3-0 6-2 3作者简介:纪海宾(198 6-),男,江苏盐城人,讲师,硕士,主要从事先进制造技术研究。1.2试验方案本试验研究软土(A)、湿陷性黄土(B)、粘性土(C)、沙土(D)四种回填土在不同填埋深度下对塑料检查井井座的受力变形影响规律及同一填埋深度下土质对井座受力变形的影响规律。依据建筑小区、城乡市政、工业园区等范围内埋地塑料检查井填埋深度不大于8 m的使用要求,本次试验中选取填埋深度分别为2m、4 m、6 m 和8 m。表2 为此次试验所使用的A、B、C、D
5、四种回填土内摩擦角及与井筒外壁之间的摩擦因数。表1井座参数井座内径井座高度子管位置高度支管内径10001000图2 井座三维模型井盖井座受到的载荷为轴向力,沿井座一周垂直向下施加,其所受载荷计算公式如下:一井筒HiPal=(1.21kp.2其中:Pai为作用于井筒壁的下曳力,设下电力大小、方向不变由井筒传递至井座,故井座受到垂直方向的下电力Pa=Pal;k为主动土压力系数,k=tan(4 5g/2);ps为回填土的重力密度,取p.=18kN/m;d。为井筒外径,m;H 1为地面至井盖底部的垂直距离,一般取70mm;H 为地面至井筒底部的垂直距离;H,为井筒mm壁厚200500图3 井座网格划分
6、模型Hkps元d.H,:2574与回填土接触的高度,m。表2 四种回填土内摩擦角及与井筒外壁之间的摩擦因数土质内摩擦角()A5B10C15D25经计算得到的不同填埋深度和土质下的Pd值如表3 所示。表3 不同填埋深度和土质下的P值填埋深度(m)土质2A14.6064B16.3307C17.0706D14.70862试验结果与讨论运用ANSYS软件分析不同土质、不同填埋深度下塑料检查井井座在垂直方向下电力作用下的应力、应变情况。图4 为填埋深度为6 m、土质为湿陷性黄土Pa作用下井座的应力云图和应变云图。由图4 可以看出,塑料检查井井座的应力、应变最大值出现在支管处。1NODALSOLUTION
7、STEP=1SUB=5TIME=1SEOV,(AVG)SMX=.i54e+12DMX-1,075580342E+11683E+11102E+12137E+12.171E+11.512E+11.854E+11.120E+12.154E+12(a)应力云图NODALSOLUTIONSTEP=1SUB=5TIME=1EPELEQVZ(AVG)DMX=1:07558SMN-OSMX=.6646290143251286502-1.429753.573004.071625214876.358127.501378.644629(b)应变云图图4 填埋深度6 m、土质为湿陷性黄土Pa作用下井座的应力和应变云图
8、各土质不同填埋深度下塑料检查井井座在垂直方向下电力作用下的最大应力、应变分别如表4、表5所示。表4 各土质不同填埋深度下井座的最大应力MPa填埋深度(m)土质2A0.137X105B0.153X105C0.160X105D0.138X105运用Origin软件对数据进行处理,获得了四种土质不同填埋深度对井座最大应力、应变值的影响规律,分别如图5、图6 所示。分析图5、图6 可得出:机械工程与自动化(1)对于A、B、C、D 四种土质,同一土质下随着填埋深度的增加,井座的应力、应变值增大。摩擦因数(2)比较A、B、C、D 四种土质,在填埋深度为2 m、0.124m时,井座的应力、应变值差别不大,随
9、着填埋深度0.16的增加,应力、应变值差距逐渐增大。0.2(3)对比A、B、C、D 四种土质,随着填埋深度的增0.25加,填埋C土质的井座应力、应变值增加最为明显,填埋D土质的井座应力、应变值增加最小,各土质对井座应力、应变值的影响程度为:粘性土C软土A湿kN陷性黄土B沙土D。表5各土质不同填埋深度下塑料检查井井座的最大应变4656.5144125.724263.1859140.565866.0487146.934456.9099126.6039XYX40.615X1050.593X1050.620X1050.620X1052023年第5期8填埋深度(m)土质222.2355248.47022
10、59.7277223.7907680.118X1060.242X1060.154X1060.233X1060.138X1060.283X1060.119X1060.210X1062A0.045712B0.051 141C0.053458D0.0460613.010112.510111.51011.010115.01010图5四种土质不同填埋深度对井座最大应力的影响1.2A1.0F0.80.60.40.202图6 四种土质不同填埋深度对井座最大应变的影响运用Minitab进行均值和变量分析,从而确定各土质因素对井座应力、应变的影响程度。表6 和表7分别为四种土质在不同填埋深度下井座应力、应变均值
11、响应,分析可得出:井座埋于粘性土C土质下,承受的应力、应变值最大,其次为软土A、湿陷性黄土B、沙土D,与前述分析结果一致。表6 各土质不同填埋深度下井座的应力均值响应埋深(m)A20.830X101140.950X101160.109X101280.140X1012均值0.571X1011排秩2综上所述,土质和填埋深度均对井座刚强度有较大影响,其中D土质在相同填埋深度下井座应力、应变值最小,同一土质条件下填埋深度为2 m时井座应力、应变值最小。(下转第7 7 页)40.258 3040.1978720.2068370.260112A24填埋深度/m46填埋深度/m土质BC0.875X10110
12、.796X10110.985X10110.911X10110.992X10110.110X10120.142X10120.146X10120.544X10110.668X10113160.3937170.6446290.4601380.3964716880.849X10110.970X10110.111X10120.491X10120.491X1011481.015 750.778 1071.187 110.700821PaD2023年第5期备喷嘴模块的射流冲击壁面流场及换热特性进行了数值模拟,得到以下结论:(1)射流冲击速度越大,冲击壁面的换热系数值越高。换热系数最大值在紊流区,随着向外扩散
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