dc.description.abstract | Denne 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.abstract | This 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. | |