Vis enkel innførsel

dc.contributor.advisorEmdal, Arnfinn
dc.contributor.authorFjæstad, Daniel
dc.date.accessioned2019-11-01T15:02:39Z
dc.date.available2019-11-01T15:02:39Z
dc.date.issued2019
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11250/2626193
dc.description.abstractDenne hovedoppgaven undersøker effektene av en ekstern last på nedgravede rør. Fokuset er på forsyvninger på langs av røret. Numeriske og eksperimentelle forsøk er utført, og resultatene are sammenlignet med en ny anaytisk løsning laget av oppgavens eksterne veileder. En rekke beregningsmodeller er tilgjengelig i vitenskapelig literatur, men de involverer hovesakelig forskyvninger som følge av tunnelutbygging. Literaturstudiet i denne oppgaven introduserer derfor de viktigste bergningsmodellene for forskyvninger over en tunnel og laster generelt. I 2018 utledet Klar en elastisk kontinuum løsning med Fourier serier. Denne løsninger tillater både forskyvninger som følge av tunnelutbygging eller en hvilken som helst tilfeldig last. Rørlinjenes respons kan til slutt beskrives med en romlig frekvens avhengig stivhet istedenfor den konstante stivhetskoeffisienten man typisk fra den mye brukte Winkler-modellen. Rørlinjene blir påført en punklast i denne oppgaven. Dette første til oppløfting og en variabel forskyvningsprofil på langs med rører som ble målt med Particle Image Velocimetry (PIV). Eksperimentelle forsøk prøver å dra rørlinjene ut av grunnen og bilder er tatt kontinuerlig med økende last. I tillegg til å undersøke den elastiske kontinuum løsningen, blir resultatene også sammenlignet med en rekke beregningsformler for uttrekning av rør og den maksimale mobiliseringsdistansen. Samtlig beregningsformler antar at rører er ubøyelige i lengderetning, men situasjonen med en punklast og en variabel forskyvingsprofile forekommer ofte i felten. Testene indikerer hvor godt beregningsformelene fungerer for et rør som ikke har variabel forsyvning i lengderetning. Den numeriske studien dreier seg kun om elastiske deformasjoner i løsmassen fordi dette er nødvendig i den elastisk kontinuerlig løsningen. En romlig frekvens avhengighet ble etablert basert på de numeriske modellene og verdiene var i overensstemmelse med teoretiskanalytiske beregninger. Dette viser at Winkler-modellen mister informasjon når stivheten blir bestemt. Målinger fra eksperimentelle forsøk med tøyninger som overstiger terskelen for lineær oppførsel i løsmasser viser at stivheten blir konstant med romlig frekvens og er i samme størrelsesorden som Winkler-modellen. Et nytt eksperimentelt oppsett ble designet som en del av hovedoppgaven. Modellen er laget for eksperimenter i sentrifugen men de fleste eksperimentene ble utført uten at sentrifugen ble akselerert. Eksperimentene i 1g er ment som konseptbevis, men resultatene er analysert fra disse. Designet av sentrifugemodellen er dokumentert i denne oppgaven. Fremtidige prosjekter kan henvise til dette dokumentet hvis hele modellen eller deler av komponentene brukes. Pilottester viste at modellen har enkelte problemer i centrifugen. Nødvendig forbedringer til modellen er gitt i slutten av oppgaven.
dc.description.abstractThis thesis investigates the effects of an external load on buried pipelines. The focus is on transverse, vertical displacements of the pipeline itself. Experimental and numerical studies the pipeline response and compares the results to a new analytical solution developed by the supervisor of this thesis. Several prediction models for transverse displacements of pipelines have been developed; most of them concern the response to tunnel induced displacements. Therefore, the literature review in this thesis presents the history of tunnel induced pipeline displacements before tying it in with general external loads. In 2018, Klar (2018) presented an elastic continuum solution using Fourier expansion. This allows the input of tunneling-induced Greenfield displacements or any arbitrary load. The pipeline response can ultimately be described using a spatial frequency-dependent stiffness rather than a constant stiffness seen in the commonly used Winkler-model. In this thesis, a point load is applied to the pipelines. This caused uplift and transverse displacements of the pipeline, which has been measured using particle image velocimetry. The experiments are effectively attempting to pull the pipeline out of the soil, but images are taken continuously to get the response with increasing loads. In addition to the continuum solution, prediction formulas for the pullout response of pipes are investigated. Pullout capacity and maximum mobilization distance the experiments are compared to the predicted values. All of these formulas assume a perfectly rigid pipe, but the point load situation and transverse deflection profile of this pipe commonly occur in the field. The tests establish the validity of current practices for estimating the pullout response of a pipe. The numerical study only concerns linear elastic strains as the elastic continuum solution works in the linear-elastic range of the soil. A spatial frequency dependency for the stiffness was established from the numerical studies, and the values are in good agreement with the elastic continuum solution. This shows that the stiffness in the commonly used Winklermodel is missing information on the soil-structure response. Measurements from the experiments with strains exceeding the linear threshold indicate that the spatial frequency-dependent stiffness reverts to a constant and is in the same range as the Winkler-model. More tests are needed to confirm this. A new experimental set up was designed for this thesis. The model is intended for centrifuge experiments, but three out of four experiments are not carried out during flight. The 1g experiments are both intended as a proof of concept, but the results are also analyzed. The design of the centrifuge model is documented in this thesis. Future projects can refer to this document if the setup or one of its components are used. The pilot tests show that the model had some issues during flight. Necessary improvements to the set up are also given.
dc.languageeng
dc.publisherNTNU
dc.titleTransverse displacements of buried pipelines subjected to external loading
dc.typeMaster thesis


Tilhørende fil(er)

Thumbnail

Denne innførselen finnes i følgende samling(er)

Vis enkel innførsel