بررسی تاثیر بارهای وارده و بافت پیرامونی بر لوله فولادی در شبکه آب شهری با مدل اجزاء محدود Ansys

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مهندسی آب- سازه‌های آبی، مدرس گروه آب و خاک، دانشگاه پیام نور،

2 دانشیار و عضو هیئت علمی گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ایران

3 مربی و عضو هیئت علمی گروه مهندسی آب، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

بروز مشکلات ناشی از تاثیر نیروهای داخلی و خارجی وارده بر لوله‌ها در شریان‌های اصلی انتقال و توزیع آب شرب شهری، سالانه خسارات زیادی را به شرکت‌های آب و فاضلاب کشور وارد می‌سازد. بنابراین تجزیه و تحلیل نیروهای وارده از اهمیت بالائی برخوردار است. در استقرار لوله در ترانشه، مصالح و بافت پیرامونی لوله در اثر اعمال بار تمایل به فرونشست داشته و نشست مجرا روی بستر خود سبب می‌شود تا ستون خاک واقع در ترانشه و بالای مجرا، نسبت به خاک‌های دست نخورده جناحین به سمت پایین حرکت نماید. در بسیاری از طراحی‌های خطوط لوله آب‌بر، پدیده مذکور و مدل‌سازی آن مورد بررسی قرار نمی‌گیرد. لذا با هدف رفع این نقیصه، طرح مطالعاتی حاضر ارائه گردید. برای ارزیابی مدل مطالعاتی مذکور، اطلاعات خط لوله فولادی انعطاف پذیر با قطر بزرگ از شرکت آبفای مشهد اخذ و با فشار داخلی شبکه برابر پنج اتمسفر در نرم‌افزار اجزاء محدود انسیس مدل‌سازی شد. در جهت اطمینان بیشتر و برای انتخاب المان صحیح، دو المان Plane 42 و Plane 82 در محیط انسیس مدنظر قرار گرفت. نتایج خروجی مدل، میانگین نشست حدود 5/8 میلیمتری را در لوله و نیز نشست 5 سانتیمتری را در آسفالت سطح گزارش کرد. مقدار نشست در المان Plane 42 در حدود 6/0 میلیمتر کمتر بدست آمد. فرآیند نشست در هر دو المان مشابه بود که با فرضیات حاکم بر محیط مسئله تطابق داشت. مشخص شد که المان Plane 82 بعلت اعمال کلیه خواص میرایی و تغییرحجمی خاک، از کارآیی بیشتری نسبت به المان دیگر در تعیین رفتار و تغییرشکل بستر اطراف لوله برخوردار بوده و از سویی لوله‌های انعطاف‌پذیر توانایی تحمل تغییر شکل و جلوگیری از ایجاد تمرکز تنش را نسبت به مجاری صلب بیشتر دارند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Considering the effect of loads and surrounding texture on steel pipeline in potable municipal water networks with Ansys Finite Element Model

نویسندگان [English]

  • Armin Boostani 1
  • Hassan Golmaei 2
  • Mohammadreza Akbarzade 3
1 MSc (Water Structure) of Soil & Water Department, Pnu University Of Sabzevar
2 Associate Professor, Water Engineering Department, Sari Agricultural Sciences & Natural Resources University;
3 MSc (hydraulic Structure) of Water Engineering Department, Ferdowsi University of Mashhad
چکیده [English]

The effect of internal and external forces on the transmission and distribution networks of potable municipal water makes more problems in the Iran water and waste water Corporation. Therefore, analyzing loaded forces is very important. Pipe insertion in the trenches, the channel filler material tend to have subsidence because of its reload and the channel subsidence on its bed causes trenches and the soil column above the channel move downward compared to adjacent undisturbed soils.  The mentioned phenomena and its modeling are not considered along with many water pipeline designs. Thereafter, the current case study is presented. In order to evaluating this research, the data of flexible steel pipeline with large diameter is gathered from Mashhad Abfay company and its modeling is done with 5 atmospheres internal pressure in Ansys finite element software. The more credibility is satisfied with selecting the current elements of Ansy’s Plane 42 and Plane 82. The output results showed 8/5 mm mean subsidence in the pipe and also 5 cm in the asphalt surface. Amount of subsidence in the element Plane 42 was about 0/6 mm less than average. Subsidence process was similar in both elements and was in accordance with the assumptions. In one hand, Plane 82 element was found that due to damping by considering the characteristics and volume of soil, more efficient than other element in determining the substrate deformation behavior and around the tube and on the other hand, the flexible pipes are tolerant to deformation and its preventive force against to stress concentration is higher than rigid channels.

کلیدواژه‌ها [English]

  • : Water transmission line
  • Steel Pipe
  • Trench filler materials
  • Ansys
  • Plane 42 & Plane 82 Elements

1. بوستانی، آ.، ک. م. صابری و س. ر. خداشناس. 1389. ارزیابی و مدل‌سازی عددی خطوط انتقال آب در اثر بارگذاری‌های متداول شهری، مجموعه مقالات نهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشگاه تربیت مدرس، آبان 1389.

  1. 2.  بوستانی، آ.، گلمایی و ح. انصاری. 1389. مدل‌سازی نشست سازه‌های سطحی در اثر مجرای تحت فشار حامل جریان زیرسطحی توسط روش اجزا محدود، مجموعه مقالات پنجمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشگاه فردوسی مشهد، اردیبهشت 1389.

3. توفیق، م. م. و س. ط. طباطبایی. 1383. پیش‌بینی نشست منطقه‌ای زمین به روش محاسبه برگشتی و تاثیر نشست بر شبکه فاضلاب، مجله تحقیقات مسکن و ساختمان، وزارت مسکن و شهرسازی، تهران، ص 58-44.

4. گروه نویسندگان و کار گروه ارزیابی وزارت نیرو.، مهندسی خطوط لوله انتقال آب (منطبق بر ضوابط نشریه شماره 185 سازمان مدیریت و برنامه ریزی)، چاپ دوم، انتشارات دانشگاه تهران، 1383.

  1. 5.  مهین‌روستا، ر. و م. یعقوبی. 1387. بررسی پاسخ استاتیکی و دینامیکی مخازن نیمه مدفون با توجه به جنس خاک بستر، چهارمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشگاه تهران، اردیبهشت 1387.
6. Barkahov, E. 2001. “Introduction to The Finite Element Method”., Riga Technical University.

  1. 7.  Brinkgreve, R.B.J. 2003. Plaxis V8.2 Reference manual., Delf University of Technology, Netherlands.
  2. 8.  Dongwei, S., D. Jianbo and Z. Yong. 2001. “Investigation of pressure in pipe subjected to axial-symmetric pulse loading”., International Journal of Impact Engineering, (25)-(523-536).
  3. 9.  Elachachi, S.M., D. Breysse and L. Houy. 2004. “Longitudinal variability of soils and structural response of sewer networks”., Computers and Geotechnics (31).
10. Guarracino, F., A.C. Walker and A. Giordano. 2009. “Effects of boundary conditions on testing of pipes and finite element modeling”., International Journal of Pressure Vessels and Piping., 86, pp:196–206.

11. Hyde, T.H., R. Lou and A.A. Becker. 2009. “Analysis of stresses in pipes indented by long external indentation & subsequent stress variation due to pressure fluctuations”., International Journal of Pressure Vessels and Piping, vol 86 ,pp 428–434.

12. Lofgern, B.E. 1979. Changes in aquifer-system properties with ground water depletion., Proc International Conference on Evaluation and Prediction of Land Subsidence, Pensacola, American Society of Civil Engineers, pp: 26-46.

13. Ozkan, I.F. and M. Mohareb. 2009. Moment resistance of steel pipes subjected to combined loads-International Journal of Pressure Vessels and Piping 86, pp: 252–264.

14. Nowzartash, F. and M. Mohareb. 2004. “An elasto-plastic finite element for steel pipelines”., International Journal of Pressure Vessels and Piping, 81-919–930.