The elastic stability of shallow buried tubes

Abstract

Theoretical solutions exist for buried tube buckling, but the influence of the depth of burial on the critical hoop forces is not well understood. Consequently a study of shallow buried tube buckling is carried out using both analytical and numerical methods. If the ground surrounding a shallow buried tube is approximated by a circular cylinder of soil which extends to the ground surface, then it is possible to develop analytical solutions for the hoop forces which elastically destabilize the structure. Three such solutions are examined, based on both subgrade and elastic continuum representations of the soil material. A finite element solution is also examined, which yields a solution for more realistic ground support conditions. That solution is used to undertake a parametric study of the problem, where the effects of ground and structural stiffness, burial depth and distribution of hoop forces around the tube circumference are examined. A procedure is also developed which permits the straightforward estimation of distributions of hoop compression which elastically destabilize shallow buried tubes. Des solutions théoriques existent concernant la déformation des tubes enterrés mais l'influence exercée par la profondeur d'enfouissement sur les forces de frettage critiques n'est pas bien comprise. Par conséquent on a étudié la déformation des tubes enterrés peu profondément à l'aide de méthodes analytiques et numbriques. Si le terrain entourant un tube faiblement enterré est représenté approximativement par un cylindre circulaire de sol qui s'étend jusq'á la surface du terrain, il est possible de développer des solutions analytiques pour les forces de frettage qui détstabilisent la structure de façon élastique. On examine ainsi trois solutions qui sont basées sur des représentations du sol sous l'aspect de la fondation et du continuum élastique. On considère aussi une solution à éléments finis qui donne un réultat pour des conditions d'appui du sol plus réalistes. Cette solution est utilisée pour effectuer une étude paramétrique du problème, dans laquelle on évalue les effets de la rigidité du terrain et de la structure, de la profondeur d'enfouissement et de la distribution des forces de frettage autour de la circonférence du tube. Une procédure est présentée qui permet une évaluation des distributions de compression qui déstabilisent les tubes faiblement enfouis de façon élastique.