主权项 |
1.一种水下埋设管线受邻近施工振动影响的安全监测评估方法,所述邻近施工为近海工程施工,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:确定监测路径、监测点位置及监测点数量;步骤2:根据工程资料,通过有限元软件建立土体-混凝土管线的局部精细化模型,并定义其损伤本构关系,最终得出管线的起始损伤速度;土体-混凝土管线的局部精细化模型损伤本构关系的具体表达式如下:<maths num="0001"><![CDATA[<math><mrow><mi>σ</mi><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>d</mi><mo>)</mo></mrow><mover><mi>σ</mi><mo>-</mo></mover></mrow></math>]]></maths><maths num="0002"><![CDATA[<math><mrow><mover><mi>σ</mi><mo>-</mo></mover><mo>=</mo><msubsup><mi>D</mi><mn>0</mn><mrow><mi>e</mi><mn>1</mn></mrow></msubsup><mrow><mo>(</mo><mi>ϵ</mi><mo>-</mo><msup><mi>ϵ</mi><mrow><mi>p</mi><mn>1</mn></mrow></msup><mo>)</mo></mrow></mrow></math>]]></maths><maths num="0003"><![CDATA[<math><mrow><msup><mover><mi>ϵ</mi><mover><mo>~</mo><mo>·</mo></mover></mover><mrow><mi>p</mi><mn>1</mn></mrow></msup><mo>=</mo><mi>h</mi><mrow><mo>(</mo><mover><mi>σ</mi><mo>‾</mo></mover><mo>,</mo><msup><mover><mi>ϵ</mi><mo>~</mo></mover><mrow><mi>p</mi><mn>1</mn></mrow></msup><mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><msup><mover><mi>ϵ</mi><mo>·</mo></mover><mrow><mi>p</mi><mn>1</mn></mrow></msup></mrow></math>]]></maths><maths num="0004"><![CDATA[<math><mrow><msup><mover><mi>ϵ</mi><mo>·</mo></mover><mrow><mi>p</mi><mn>1</mn></mrow></msup><mo>=</mo><mi>λ</mi><mfrac><mrow><mo>∂</mo><mi>G</mi><mrow><mo>(</mo><mover><mi>σ</mi><mo>-</mo></mover><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mo>∂</mo><mover><mi>σ</mi><mo>-</mo></mover></mrow></mfrac></mrow></math>]]></maths>式中,σ为名义应力;d为总的损伤指标;<img file="FDA0000441644870000015.GIF" wi="48" he="56" />为有效应力;<img file="FDA0000441644870000016.GIF" wi="79" he="78" />为材料的弹性本构矩阵;ε为材料应变;<img file="FDA0000441644870000017.GIF" wi="63" he="66" />为塑性应变;h为硬化函数;<img file="FDA0000441644870000018.GIF" wi="66" he="70" />为等效塑性应变率;<img file="FDA0000441644870000019.GIF" wi="67" he="66" />为等效塑性应变;<img file="FDA00004416448700000110.GIF" wi="67" he="66" />为塑性应变率;λ为塑性乘子;G为塑性势函数;在模型中引入刚度退化指标,通过以下公式定义总的损伤指标:(1-d)=(1-s<sub>t</sub>d<sub>c</sub>)(1-s<sub>c</sub>d<sub>t</sub>) 0≤s<sub>t</sub>,s<sub>c</sub>≤1<maths num="0005"><![CDATA[<math><mfenced open='' close=''><mtable><mtr><mtd><msub><mi>s</mi><mi>t</mi></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><msub><mi>ω</mi><mi>t</mi></msub><msup><mi>r</mi><mo>*</mo></msup><mrow><mo>(</mo><msub><mover><mi>σ</mi><mo>-</mo></mover><mn>11</mn></msub><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><mn>0</mn><mo>≤</mo><msub><mi>ω</mi><mi>t</mi></msub><mo>≤</mo><mn>1</mn></mtd></mtr></mtable></mfenced></math>]]></maths><maths num="0006"><![CDATA[<math><mfenced open='' close=''><mtable><mtr><mtd><msub><mi>s</mi><mi>c</mi></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><msub><mi>ω</mi><mi>c</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><msup><mi>r</mi><mo>*</mo></msup><mrow><mo>(</mo><msub><mover><mi>σ</mi><mo>-</mo></mover><mn>11</mn></msub><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><mn>0</mn><mo>≤</mo><msub><mi>ω</mi><mi>c</mi></msub><mo>≤</mo><mn>1</mn></mtd></mtr></mtable></mfenced></math>]]></maths><maths num="0007"><![CDATA[<math><mrow><msup><mi>r</mi><mo>*</mo></msup><mrow><mo>(</mo><msub><mover><mi>σ</mi><mo>-</mo></mover><mn>11</mn></msub><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>H</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mover><mi>σ</mi><mo>-</mo></mover><mn>11</mn></msub><mo>)</mo></mrow><mfenced open='' close=''><mtable><mtr><mtd><mo>=</mo><mfenced open='{' close=''><mtable><mtr><mtd><mn>1</mn></mtd><mtd><mi>if</mi></mtd><mtd><msub><mover><mi>σ</mi><mo>-</mo></mover><mn>11</mn></msub><mo>></mo><mn>0</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mi>if</mi></mtd><mtd><msub><mover><mi>σ</mi><mo>-</mo></mover><mn>11</mn></msub><mo><</mo><mn>0</mn></mtd></mtr></mtable></mfenced></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow></math>]]></maths>式中,d<sub>t</sub>为受拉损伤指标;d<sub>c</sub>为受压损伤指标;s<sub>t</sub>和s<sub>c</sub>分别为应力状态的函数,用来描述应力状态改变即拉压互相转换时对刚度退化的影响;ω<sub>t</sub>和ω<sub>c</sub>分别为权重因子;<img file="FDA00004416448700000114.GIF" wi="74" he="68" />为施加冲击速度作用的X方向的有效应力;<img file="FDA00004416448700000115.GIF" wi="154" he="71" />为自变量<img file="FDA00004416448700000116.GIF" wi="68" he="68" />的Heaviside函数;<img file="FDA00004416448700000117.GIF" wi="151" he="78" />为用于计算应力状态的函数,通过<img file="FDA00004416448700000118.GIF" wi="146" he="71" />来赋值;在土体-混凝土管线的局部精细化模型边界施加冲击速度,计算冲击速度变化过程中的损伤情况;若总的损伤指标d>0,即管线出现损伤,此时的冲击速度即为管线的起始损伤速度;步骤3:利用海上施工船舶进行水上定位,在预定振动监测位置,进行水下钻孔并埋设振动传感器;步骤4:在工程施工全过程中实时采集监测的振动数据,结合管线的起始损伤速度来计算管线安全状态的评估值θ<sub>min</sub>,评估管线安全,具体如下:401,对第i个监测点,管线的起始损伤速度记为V<sub>i</sub>,根据监测的振动数据所得振动峰值为V'<sub>i</sub>,计算管线安全状态的相对值θ<sub>i</sub>,具体公式为:<maths num="0008"><![CDATA[<math><mrow><msub><mi>θ</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><msub><mi>V</mi><mi>i</mi></msub><msubsup><mi>V</mi><mi>i</mi><mo>′</mo></msubsup></mfrac></mrow></math>]]></maths>式中,i为自然数;402,管线安全状态评估值选取各监测点的管线安全状态的相对值的最小值:θ<sub>min</sub>=min(θ<sub>1</sub>,θ<sub>2</sub>,…,θ<sub>i</sub>,…)则θ<sub>min</sub>即为管线目前所处的总体安全状态,用以评估近海工程施工振动对邻近水下埋设管线安全影响;若θ<sub>min</sub>小于1,表明管线出现损伤;否则表明管线处于安全状态。 |