Analyse des contraintes et des déformations du processus de construction de levage intégral de l'arche de tuyaux en acier de pliage d'un pont en arc à poutres continues
Introduction
La construction de ponts en arc à poutres continues est devenue de plus en plus populaire en raison de leur capacité à couvrir de grandes distances tout en offrant intégrité structurelle et attrait esthétique.. Parmi les différentes techniques de construction, le processus de levage intégral consistant à cintrer les arcs de tuyaux en acier s'est révélé être une méthode importante pour ériger ces structures. Cet article vise à fournir une analyse complète des caractéristiques de contrainte et de déformation associées à ce processus de construction., mettant l’accent sur les comportements mécaniques qui influencent les performances et la sécurité du pont.
Arrière-plan
Les ponts en arc à poutres continues se composent d'une série d'arcs qui soutiennent le tablier du pont., répartir efficacement les charges sur toute la structure. L'utilisation d'arcs en tube d'acier pour le cintrage offre plusieurs avantages, y compris un poids réduit, durabilité améliorée, et une meilleure résistance aux facteurs environnementaux. Le processus de levage intégral consiste à soulever l'ensemble de l'arc en position comme une seule unité., qui présente des défis uniques en termes de répartition des contraintes et de comportement de déformation pendant la construction.
Énoncé de thèse
Cette analyse explorera les modèles de contrainte et de déformation dans les arches de tuyaux en acier pliées pendant le processus de construction de levage intégral des ponts en arc à poutres continues.. En utilisant des données empiriques et des cadres théoriques, cet article vise à fournir un aperçu de la performance structurelle, modes de défaillance potentiels, et implications pour les pratiques de conception et de construction.
Corps
1. Cadre théorique
1.1. Analyse des contraintes
La contrainte est définie comme la résistance interne offerte par un matériau à la déformation lorsqu'il est soumis à des forces externes.. Dans le cadre du cintrage d’arcs de tubes en acier, les principaux types de stress à considérer comprennent:
- Contrainte axiale: Cela se produit lorsque des forces sont appliquées sur toute la longueur de l’arc.. Il est crucial d'évaluer les contraintes axiales pour garantir que l'arc peut résister aux forces de compression et de traction sans se déformer ni céder..
- Contrainte de flexion: Les moments de flexion agissant sur l'arc provoquent sa déformation. La contrainte de flexion maximale se produit généralement à mi-portée de l'arc., où le moment est le plus grand. Comprendre la répartition des contraintes de flexion est essentiel pour prédire les points de rupture potentiels.
- Contrainte de cisaillement: Les contraintes de cisaillement se développent en raison de forces transversales agissant perpendiculairement à la longueur de l'arc.. Il est important d'évaluer la contrainte de cisaillement pour éviter la rupture par cisaillement, ce qui peut compromettre l'intégrité structurelle de l'arc.
La répartition des contraintes dans l'arc peut être analysée à l'aide des principes de la mécanique classique, en particulier la théorie des poutres d'Euler-Bernoulli, qui fournit une base pour comprendre comment les poutres se déforment sous diverses conditions de chargement.
1.2. Caractéristiques de déformation
La déformation fait référence au changement de forme ou de taille d'un élément structurel en raison des charges appliquées.. Les principaux types de déformation pertinents pour cette analyse comprennent:
- Déformation élastique: Il s'agit d'une déformation temporaire qui se rétablit lors de la suppression de la charge. La relation entre contrainte et déformation élastique peut être décrite par la loi de Hooke., qui stipule que la contrainte est proportionnelle à la déformation dans la limite élastique du matériau.
- Déformation plastique: Cela se produit lorsque le matériau cède au-delà de sa limite élastique., entraînant une déformation permanente. Comprendre le début de la déformation plastique est essentiel pour garantir la performance à long terme du pont.
2. Méthodologie
2.1. Analyse par éléments finis (FEA)
Évaluer avec précision la contrainte et la déformation dans les arcs de tuyaux en acier pliés pendant le processus de levage intégral, une analyse par éléments finis (FEA) l'approche est employée. FEA permet la simulation de géométries et de conditions de chargement complexes, fournir des informations détaillées sur le comportement structurel de l'arc.
- Modélisation: L'arche du pont est modélisée à l'aide d'un logiciel capable de FEA, intégrant les propriétés des matériaux, conditions aux limites, et scénarios de chargement. Le modèle doit refléter avec précision la géométrie de l'arc et les détails de connexion au tablier du pont..
- Conditions de chargement: Diverses conditions de chargement sont simulées, y compris les charges mortes (poids propre de la structure), charges vives (trafic), et charges dynamiques (vent, activité sismique). L'analyse doit également prendre en compte les effets des changements de température et du tassement potentiel des fondations..
2.2. Collecte de données
Des données empiriques sont collectées à partir de projets de ponts existants utilisant des arches de tuyaux en acier cintrées.. Ces données comprennent:
- Propriétés matérielles: Informations sur la limite d'élasticité, module d'élasticité, et autres propriétés mécaniques pertinentes de l'acier utilisé dans l'arc.
- Données de performances historiques: Mesures de contraintes et de déformations lors du processus de levage provenant de projets similaires, fournir une base de comparaison et de validation des résultats de la FEA.
- Conditions environnementales: Données sur la température, humidité, et d'autres facteurs environnementaux qui peuvent influencer les performances de l'arche pendant la construction.
3. Résultats et discussion
3.1. Analyse de la répartition des contraintes
Les résultats de la FEA révèlent la répartition des contraintes sur l'arc du tuyau d'acier plié pendant le processus de levage.. Les principales conclusions comprennent:
- Concentration maximale de contraintes: L'analyse identifie les concentrations de contraintes maximales à mi-portée de l'arc., où les moments de flexion sont les plus grands. Cette constatation souligne la nécessité d’une surveillance attentive et d’un renforcement potentiel dans ces régions pour éviter les échecs..
- Redistribution du stress: Alors que l'arc est levé, déplacement des concentrations de stress, nécessitant une évaluation en temps réel pour éviter de dépasser la limite d’élasticité du matériau. Les résultats de la FEA indiquent que la redistribution des contraintes peut conduire à des modes de défaillance inattendus si elle n'est pas correctement gérée..
3.2. Modèles de déformation
L'analyse de déformation indique:
- Déformation élastique: Principalement observé lors de la phase de levage initiale, avec des souches récupérables notées. L'analyse montre que l'arc subit une déformation élastique importante avant d'atteindre des niveaux de contrainte critiques..
- Risques de déformation plastique: Mis en évidence dans les régions connaissant des moments de flexion excessifs, suggérant la nécessité de renforcer ou de modifier la conception pour atténuer le risque de déformation permanente.
4. Implications pour la conception et la construction
Les résultats de cette analyse ont des implications significatives pour la conception et la construction de ponts en arc à poutres continues.:
- Sélection des matériaux: Le choix d’un acier de pliage présentant une limite d’élasticité appropriée est crucial pour atténuer les risques de déformation plastique.. Les ingénieurs doivent donner la priorité aux matériaux à haute limite d'élasticité et ductilité pour améliorer les performances dans des conditions de charge dynamique..
- Techniques de construction: Des techniques de levage améliorées qui minimisent les charges soudaines peuvent réduire les concentrations de contraintes. La mise en œuvre de méthodes de levage progressif et l'utilisation de supports temporaires pendant le processus de levage peuvent aider à répartir les charges plus uniformément sur l'arche..
5. Orientations futures de la recherche
Les recherches futures devraient se concentrer sur:
- Surveillance à long terme: Mettre en œuvre une technologie de capteurs pour surveiller les contraintes et les déformations en temps réel pendant la durée de vie du pont. Ces données peuvent éclairer les pratiques de maintenance et améliorer la sécurité.
- Matériaux avancés: Explorer l'utilisation de matériaux composites ou d'acier à haute résistance pour améliorer les performances dans des conditions de chargement dynamique. La recherche sur des matériaux innovants peut conduire à des conceptions de ponts plus résilientes.
- Modélisation numérique: Développer des modèles numériques plus sophistiqués qui tiennent compte du comportement non linéaire des matériaux et des scénarios de chargement complexes. Des techniques de modélisation améliorées peuvent améliorer la précision des prévisions de contraintes et de déformations.
Références
- Timochenko, S. P., & Geré, J.. M.. (1961). Théorie de la stabilité élastique. McGraw-Hill.
- Chen, W. F., & Duan, L. (2007). Manuel d'ingénierie des ponts. Presse CRC.
- Zhang, L., & Wang, Oui. (2015). Analyse par éléments finis des ponts en arc. Journal de l'ingénierie des ponts, 20(3), 04014071.
- Liu, H., & Zhao, Oui. (2018). Analyse des contraintes des structures en acier. Construction en acier, 11(2), 100-108.
L’utilisation de pieux tubulaires dans la construction de fondations est un choix populaire depuis de nombreuses années. Les pieux tubulaires sont utilisés pour transférer la charge d’une structure vers une structure plus profonde, couche de sol ou de roche plus stable.
Avantages des fermes de tuyaux L'utilisation de fermes de tuyaux dans la construction offre plusieurs avantages notables: Résistance et capacité de charge: Les fermes de tuyaux sont réputées pour leur rapport résistance/poids élevé. Les tuyaux interconnectés répartissent les charges uniformément, résultant en une structure robuste et fiable. Cela permet la construction de grandes portées sans avoir besoin de colonnes ou de poutres de support excessives..
La norme pour les tuyaux sans soudure transportant des fluides dépend du pays ou de la région dans laquelle vous vous trouvez., ainsi que l'application spécifique. Cependant, Certaines normes internationales largement utilisées pour les tuyaux sans soudure transportant des fluides sont: ASTMA106: Il s'agit d'une spécification standard pour les tubes sans soudure en acier au carbone destinés à un service à haute température aux États-Unis.. Il est couramment utilisé dans les centrales électriques, raffineries, et autres applications industrielles où des températures et des pressions élevées sont présentes. Il couvre les tuyaux de qualité A, B, et C, avec des propriétés mécaniques variables selon la nuance. API 5L: Il s'agit d'une spécification standard pour les conduites utilisées dans l'industrie pétrolière et gazière.. Il couvre les tubes en acier sans soudure et soudés pour les systèmes de transport par pipeline, y compris les tuyaux pour le transport du gaz, Eau, et de l'huile. Les tuyaux API 5L sont disponibles en différentes qualités, comme X42, X52, X60, et X65, en fonction des propriétés du matériau et des exigences de l'application. ASTMA53: Il s'agit d'une spécification standard pour les tuyaux en acier noir et galvanisés à chaud sans soudure et soudés utilisés dans diverses industries., y compris les applications de transport de fluides. Il couvre les tuyaux en deux qualités, A et B, avec des propriétés mécaniques et des utilisations prévues différentes. DEPUIS 2448 / DANS 10216: Il s'agit de normes européennes pour les tubes en acier sans soudure utilisés dans les applications de transport de fluides., y compris l'eau, gaz, et autres fluides. En savoir plus
Les tuyaux sans soudure transportant des fluides sont conçus pour résister à différents types de corrosion en fonction du matériau utilisé et de l'application spécifique.. Certains des types de corrosion les plus courants auxquels ces tuyaux sont conçus pour résister comprennent: Corrosion uniforme: C'est le type de corrosion le plus courant, où toute la surface du tuyau se corrode uniformément. Pour résister à ce type de corrosion, les tuyaux sont souvent fabriqués à partir de matériaux résistants à la corrosion, comme l'acier inoxydable ou doublé de revêtements protecteurs. Corrosion galvanique: Cela se produit lorsque deux métaux différents sont en contact l'un avec l'autre en présence d'un électrolyte., conduisant à la corrosion du métal le plus actif. Pour éviter la corrosion galvanique, les tuyaux peuvent être faits de métaux similaires, ou ils peuvent être isolés les uns des autres à l'aide de matériaux ou de revêtements isolants. Corrosion par piqûres: Les piqûres sont une forme localisée de corrosion qui se produit lorsque de petites zones à la surface du tuyau deviennent plus susceptibles d'être attaquées., conduisant à la formation de petites fosses. Ce type de corrosion peut être évité en utilisant des matériaux à haute résistance aux piqûres., tels que les alliages d'acier inoxydable avec du molybdène ajouté, ou en appliquant des revêtements de protection. Corrosion caverneuse: La corrosion caverneuse se produit dans des espaces étroits ou des espaces entre deux surfaces, tel En savoir plus
Écrans en fil de cale, également connu sous le nom d'écrans en fil profilé, sont couramment utilisés dans diverses industries pour leurs capacités de criblage supérieures. Ils sont construits à partir de fil de forme triangulaire,
2 7/8dans J55 K55, le tuyau de cuvelage de puits perforé est l'un des principaux produits de nous en acier, ils peuvent être utilisés pour l'eau, huile, champs de forage de puits de gaz. Les épaisseurs peuvent être fournies entre 5,51 et 11,18 mm en fonction de la profondeur du puits du client et des propriétés mécaniques requises.. Normalement, ils sont fournis avec un raccord fileté, comme NUE ou EUE, qui sera plus facile à installer sur le site. La longueur des tuyaux de tubage perforés de 3 à 12 m est disponible pour les différentes hauteurs des plates-formes de forage du client.. Le diamètre du trou et la zone ouverte sur la surface sont également personnalisés. Les diamètres de trous populaires sont de 9 mm, 12mm, 15mm, 16mm, 19mm, etc..
