New lifetime prediction techniques for buried polymer pipes

埋地聚合物管道寿命预测新技术

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2018-04681
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 6.27万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2022-01-01 至 2023-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Polymer (i.e. plastic) pipes are vital components of Canada's municipal buried infrastructure for stormwater and drinking water applications. Design of these buried structures requires consideration of both the soil and the polymer structure, as well as the soil-structure interactions that develop between the two. But, just how long will they last? Currently, no one can say with certainty. Polymer materials are used with the expectation that they will last at least 75 years', often based on limited data obtained under idealized conditions or educated guesses. While a reasonable first step, Canadian municipal engineers and city planners need more. Whether a polymer water pipe will last 75 or 150 years has billion-dollar ramifications for our ageing and growing urban centres. The overarching vision of this Discovery research program is therefore to create new fundamental engineering science knowledge, train 15 highly qualified personnel, and develop rational predictive techniques all to evaluate how long the polymer components of Canada's municipal buried infrastructure will last. For the first time, long-term soil-structure interactions will be simulated using full-scale physical experiments at elevated temperature, conducted on actual structures in their buried configurations, and where polymer degradation has been accelerated. This highly-original approach will allow us to remove the speculation and finally identify the failure mechanism, the time it occurs, factors affecting it, and what can be done to prolong lifetime. This would be a groundbreaking advancement in how Canadian municipalities, and cities world-wide, manage our vast and ageing sewer and water pipe networks. Knowing how pipes can fail and having tools to predict how long a new pipe will last, or the remaining life of an existing pipe, are essential inputs to management plans that engineers use to increase longevity of these public assets and optimize investments in repair and replacement. The new lifetime prediction techniques will also be used by manufacturers and engineers to investigate specific classes of buried structures. Equipped with new understanding of the underlying mechanisms controlling service life, geometry refinements or materials improvements can be developed to extend the service life of newly built infrastructure. Manufacturers and users will, for the first time, have rational estimates of service lives, replacing index values and judgement'. This will allow utilities to choose products more wisely, and Canadian manufacturers to develop and market products internationally more effectively. This Discovery research program will also provide exceptional training opportunities for 15 highly-qualified personnel (5 PhD, 5 MASc, 5 BASc) with buried infrastructure expertise that is in very high demand by geotechnical and civil engineering consultants.
聚合物(即塑料)管道是加拿大市政埋藏基础设施的重要组成部分,用于雨水和饮用水应用。 这些掩埋结构的设计需要考虑土壤和聚合物结构,以及两者之间发展的土壤结构相互作用。 但是,它们将持续多久? 目前,没有人可以肯定地说。 聚合物材料的期望是它们至少可以持续75年,通常是基于在理想化的条件或受过教育的猜测下获得的有限数据。 虽然是合理的第一步,但加拿大市政工程师和城市规划师还需要更多。 聚合物水管是否持续75年或150年,我们的老化和不断增长的城市中心会产生十亿美元的影响。 因此,该发现研究计划的总体愿景是创建新的基本工程科学知识,培训15名高素质的人员,并开发理性的预测技术,以评估加拿大市政埋藏的基础设施的聚合物组件将持续多长时间。 首次将使用在较高温度下进行的全尺度物理实验模拟长期的土壤结构相互作用,并在其埋入的构型中进行的实际结构进行,并加速了聚合物降解。 这种高度原始的方法将使我们能够消除猜测,并最终确定失败机制,发生的时间,影响它的因素以及延长寿命的能力。 这将是加拿大市和全球城市如何管理我们广阔而老化的下水道和水管网络的开创性进步。 知道管道如何失败并拥有工具来预测新管道将持续多长时间,或者现有管道的剩余寿命,这是管理计划的重要输入,工程师用来增加这些公共资产的寿命并优化维修和更换的投资。 制造商和工程师还将使用新的终身预测技术来研究特定的埋藏结构类别。 可以开发出对控制服务寿命的基本机制的新了解,可以开发几何形状或材料改进,以延长新建造的基础设施的使用寿命。 制造商和用户将首次对服务生活进行合理的估计,取代指数价值和判断。这将使公用事业公司能够更明智地选择产品,加拿大制造商可以更有效地开发和销售国际产品。 该发现研究计划还将为15名高度合格的人员(5 phd,5 MASC,5 BASC)提供出色的培训机会,并具有埋藏的基础设施专业知识,这是岩土技术和土木工程顾问的需求很高的。

项目成果

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