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摘要
水下穿越管道在常年服役过程中由于自然、人为等因素易产生裸露、悬空等现象,使得管道部分或全部暴露于水流中,其受力状态发生改变,甚至断裂,严重威胁着管道安全与河流生态健康。为了研究水下穿越管道经水流冲刷露出的悬空段所受水流作用力的受力特性,开展了水工物理模型试验,探究了在流量一定时,流速、管流夹角、管径以及间隙比4种因素对穿越管道悬空段所受水力荷载的影响。试验结果表明:管道迎水面部分受压,部分受拉,管道背水面全部受拉,管道迎水面中点处压力值最大,管顶拉力值约为管底拉力的1.05～1.25倍,管道表面各点压力值与流速、管径、管流夹角呈正相关,与间隙比呈负相关,管道压力分离点位置随流速、管流夹角、管径的增大而前移,随间隙比的增大而后移。单位长度管道所受上升力大小约为水平拖曳力的1/10～1/20,二者均随流速、管流夹角、管径的增大而增大,随间隙比的增大而减小。根据试验数据,结合多元回归模型拟合得到单位长度管道所受水平拖曳力和上升力的计算公式,其公式计算结果与试验结果基本一致,且在实际工程算例中具有良好的普适性。研究成果将为水下穿越管道的布线设计、冲刷防护及运营管理提供一定的理论参考。
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单位土木工程学院; 西南交通大学
