Khemis, Asma;Chaouche, Abdelmadjid Hacene;Athmani, Allaeddine;Tee, Kong Fah
Structural Engineering and Mechanics
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제59권4호
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pp.739-759
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2016
The failure of civil engineering systems is a consequence of decision making under uncertain conditions. Generally, buried flexible pipes are designed for their transversal behavior to prevent from the important failure mode of buckling. However, the interaction effects between soil and pipe are neglected and the uncertainties in their properties are usually not considered in pipe design. In this regard, the present research paper evaluates the effects of these uncertainties on the uncertainty of the critical buckling hoop force of flexible pipes shallowly buried using the subgrade reaction theory (Winkler model) and First-Order Second-Moment (FOSM) method. The results show that the structural uncertainties of the studied pipes and those of the soil properties have a significant effect on the uncertainty of the critical buckling hoop force, and therefore taking into account these latter in the design of the shallowly flexible pipes for their buckling behavior is required.
Underground flexible pipes for electric cables are subject to external loads and surrounding soil pressure. Particularly, strain of flexible pipes is of great concern in terms of safety and maintenance for electric cables. In this paper, stress and strain of flexible pipes with various depth are calculated using traditional formula and FEM analysis. The results show that theoretical values are more conservative in strain whereas FEM analysis gives larger stress. Considering the strain criteria - 3.5 %, maximum, flexible pipes can be buried at the range of 50cm to 5m in depth without additional soil improvement.
Alzabeebee, Saif;Chapman, David N.;Faramarzi, Asaad
Geomechanics and Engineering
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제15권2호
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pp.755-767
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2018
This paper uses a finite element based approach to provide a comprehensive understanding to the behaviour and the design performance of buried uPVC pipes with different diameters. It also investigates pipes with good and poor haunch support and proposes minimum safe wall thicknesses for these pipes. The results for pipes with good haunch support showed that the maximum pipe wall stress and deformation increase as the diameter increased. The results for pipes with poor haunch support showed an increase in the dependency of the developed vertical displacement on the haunch support as the diameter or the backfill height increased. Additionally, poor haunch support was found to increase the soil pressure, with the effect increasing as the diameter increased. The design of uPVC pipes for both poor and good haunch support was found to be governed by critical buckling. A key outcome is a new design chart for the minimum wall thickness, which enables the robust and economic design of buried uPVC pipes. Importantly, the methodology adopted in this study can also be applied to the design of flexible pipes manufactured from other materials, buried under different conditions and subjected to different loading arrangements.
Most of existing buried pipes are composed of reinforced concrete. Reinforced concrete pipes have many problems such as aging, corrosion, leaking, etc. The polyethylene (PE) pipes have advantages to solve these problems. The plastic pipes buried underground are classified into a flexible pipe. National standard that has limited the long-term vertical deformation of the pipe to 5% for flexible pipes including PE pipe. This study presents a prediction for the long-term behavior of the polyethylene pipe based on ASTM D 5365. This prediction method is presented to estimate by using the statistical method from the initial deflection measurement data. We predict the behavior of long-term performance on the double-wall pipe and multi-wall pipe. As a result, it was found that the PE pipe will be sound enough more than 50 years if the compaction of soil around the pipe is more than 95% of the standard soil compaction density.
연성관은 관의 강성과 주변 지반의 강성을 이용하여 외부하중에 저항하는 특성을 가지고 있으며, 기존의 콘크리트 관에 비해 중량이 가볍고, 내구성이 우수하기 때문에 최근 각광받고 있다. 이 연구에서는 대표적인 연성관인 폴리에틸렌 관을 대상으로 지중에서의 거동 특성을 검토하였다. 폴리에틸렌 관은 이중벽관과 다중벽관을 사용하였으며, 폴리에틸렌 관의 구조적 거동은 연성관의 설계기준에서 제시하고 있는 관 직경의 5% 변형을 기준으로 평가하였다. 폴리에틸렌 관은 원강성시험을 통해 관의 재료적 특성을 파악하고, 지중매설 모사실험을 통해 지중에서의 거동 특성을 검토하였다. 또한 지중매설 모사실험 결과를 토대로 유한요소해석모델을 개발하였으며, 개발한 유한요소해석모델과 설계식을 사용하여 지반조건에 따른 폴리에틸렌 관의 거동 특성을 평가하였다. 연구 결과 지중매설 폴리에틸렌 관은 관 자체의 성능과 주변 지반의 다짐 정도가 구조적 성능을 결정하는 주요 인자임을 확인하였다.
Zinc galvanized steel plates(sections) of annular corrugations have been used in buried steel culverts. These structures are referred to by a variety of names such as flexible pipes, buried pipes, soil-steel bridges, corrugated steel culverts, and etc. Buried corrugated steel structures show flexible behaviour under the soil load. compared with concrete box structures. Finite element analysis was performed to suggest the reasonable connecting method between the flexible steel culverts and the rigid concrete box. It was predicted that perfectly constrained connections could induce the excessive stress in steel plates. Therefore elastic bearing connections that allow vertical displacement at the connecting point were applied.
Recently, underground pipes are utilized in various fields of applications such as sewer lines, drain lines, water mains, gas lines, telephone and electrical conduits, culverts, oil lines, etc. Most of pipes are installed for long-term purposes and they should be safely installed in consideration of installation conditions because there are unexpected various terrestrial loading conditions. In this paper, we present the result of investigation pertaining to the structural behavior of glass fiber reinforced thermosetting polymer plastic (GFRP) flexible pipes buried underground. The mechanical properties of the GFRP flexible pipes produced in the domestic manufacturer are determined and the results are reported in this paper. In addition, ring deflection is measured by the field tests and the finite element analysis (FEA) is also conducted to simulate the structural behavior of GFRP pipes buried underground. From the field test results, we predicted long-term, up to 50 years, ring deflection of GFRP pipes buried underground based on the method suggested by the existing literature. It was found that the GFRP flexible pipe to be used for cooling water intake system in the nuclear power plant is appropriate because 5% ring deflection limitation for 50 years could be satisfied.
Response of buried flexible pipe-soil system is studied, through numerical analysis, with respect to deflection and buckling in a spatially varying soil media. In numerical modeling procedure, soil parameters are modeled as two-dimensional non-Gaussian homogeneous random field using Cholesky decomposition technique. Numerical analysis is performed using random field theory combined with finite difference numerical code FLAC 5.0 (2D). Monte Carlo simulations are performed to obtain the statistics, i.e., mean and variance of deflection and circumferential (buckling) stresses of buried flexible pipe-soil system in a spatially varying soil media. Results are compared and discussed in the light of available analytical solutions as well as conventional numerical procedures in which soil parameters are considered as uniformly constant. The statistical information obtained from Monte Carlo simulations is further utilized for the reliability analysis of buried flexible pipe-soil system with respect to deflection and buckling. The results of the reliability analysis clearly demonstrate the influence of extent of variation and spatial correlation structure of soil parameters on the performance assessment of buried flexible pipe-soil systems, which is not well captured in conventional procedures.
In this paper, we present the result of an investigation pertaining to the pipe stiffness of buried flexible pipes. Pipe stiffness (PS) formula for the parallel plate loading condition is derived based on the elasticity theory. Vertical and horizontal displacements are also derived. Vertical deflection is always larger than the horizontal deflection because some of energy due to overburden load is stored in the pipe but the difference is negligibly small. In the study, mechanical properties of the flexible pipes produced in the domestic manufacturer are tested and the results are reported in this paper. In addition, pipe stiffness is determined by the parallel plate loading tests and the finite element analysis. The difference between test and analysis is less than 14% although there are significant variations in the mechanical properties of the pipe material. Therefore, it was found that the finite element analysis can be used to predict the pipe stiffness instead of conducting parallel plate loading test.
Methods for estimating structural reliability using probability ideas are well established. When the residual ultimate strength of a buried pipeline is exceeded the limit, breakage becomes imminent and the overall reliability of the pipe distribution network is reduced. This paper is concerned with estimating structural failure of underground flexible pipes due to corrosion induced excessive deflection, buckling, wall thrust and bending stress subject to externally applied loading. With changes of pipe wall thickness due to corrosion, the moment of inertia and the cross-sectional area of pipe wall are directly changed with time. Consequently, the chance of survival or the reliability of the pipe material is decreased over time. One numerical example has been presented for a buried steel pipe to predict the probability of failure using Hasofer-Lind and Rackwitz-Fiessler algorithm and Monte Carlo simulation. Then the parametric study and sensitivity analysis have been conducted on the reliability of pipeline with different influencing factors, e.g. pipe thickness, diameter, backfill height etc.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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