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超高分子逃生管道壁厚设计与变形大小论证
点击次数:460 发布时间:2018-01-12

超高分子逃生管道壁厚设计与冲击变形关系论证 


     薄壁圆管在受到隧道顶部大能量块石侧向冲击的过程中,结构下半部分的整体弯曲变形较小,变形以冲击点局部凹陷为主。 

    根据Hertxz接触力学理论,采用Thornton假设,超高分子逃生管道材料具有理想弹塑性,则两接触物体之间的接触压力,在能量分析的基础上,圆管受到侧向冲击时局部凹陷值△与侧向载荷 P之间的关系,则可推出圆管受到侧向冲击时局部凹陷值,为圆管材料的屈服应力;H为圆管的厚;D为圆管的直径。 
     超高分子逃生管道(分子量约为250万),规格为Φ800*30其主要参数取值为:屈服强度σ1=3.7GPa,弹性模量:E1=700MPa;泊松比ν1=0.42;密度:ρ1=950kg/m3。冲击试件为块状花岗岩,初步选定岩块直径为0.87m,岩体参数取值为:弹性模量 E2=40GPa,泊松比ν2=0.2 ,密度ρ2=2500kg/m3。岩块重量 W=611kg。 

     取隧道中心及边顶部到圆管顶部的高度的极限值H为7m和5m,将块石自由释放,分别对超高分子逃生管道和钢管进行冲击,此时可根据能量守恒定律计算出岩块下落速度,分别为v1=11.7m/s和v1=9.9m/s。取不同圆管壁厚H进行计算,不同壁厚尺寸的圆管冲击变形值得计算结果。

检测实验中,不同壁厚尺寸的超高分子逃生管道冲击变形值

    从测量数据对比可以看出,随着圆管壁厚的增加,块石下落引起的圆管凹陷变形值越来越小。当块石下落高度h=7m时、壁厚H=24mm时,超高分子逃生管道的凹陷变形值Δ=0.048m,约为圆 管直径的8%;当下落高度h=5m时、壁厚H=24mm时,凹陷变形值 Δ=0.038m,变形值更小。此时,超高分子逃生管道变形凹陷后,管内的通行空间为740mm,满足人体工程学要求,人能安全通过应急通道。当壁厚较小时,变形值增大,可能不安全,当壁厚更大时,尽管安全性增加,但管材重量 也随之增加,致使成本上升,搬运困难。 因此,设计中取超高分子逃生管道壁厚为30mm是适宜的。 

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