落石冲击载荷作用下大口径埋地管道应变规律研究

针对大口径薄壁埋地管道在冲击载荷作用下易发生弯曲失效的问题,基于管土耦合分析模型,采用有限元数值仿真技术模拟了冲击载荷作用下埋地管道的动态响应,分析了大口径薄壁管的截面椭圆化变形与应变分布,以应变准则为依据校核管道安全性。在此基础上,探讨了管道埋深、径厚比、冲击载荷、管沟填充土等工程参数对管道应变的影响规律。研究表明,增大管道埋深,提高管道径厚比,减小落石冲击速度,回填土采用粘性较大的软质土等能够减小管道应变,研究所得规律对于大口径薄壁管道抗灾设计与防治措施制定有指导意义。     

崩塌落石对不同埋深输气管道的冲击影响

管道埋深是管道设计时需考虑的重要因素之一,不同地域有不同的要求,在崩塌落石地区,由于落石对管道的冲击作用,管道容易发生破坏。文章利用ANSYS／LS—DYNA有限元软件,通过对参数的合理设置,选取适当的材料模型,对埋地输气管道不同埋深时落石对它的动力响应进行了三维数值模拟,得出管道在不同埋深下的响应规律,其计算结果为地质灾害多发地段埋地输气管道的设计施工提供了参考依据。     

悬空长输管道地震反应模拟分析

为研究悬空长输管道在地震载荷作用下的动力响应,利用大型通用有限元软件ABAQUS进行数值模拟。综合分析了地震载荷作用下悬空管道的应力状况和变形特征,同时考察了悬空长度、土壤参数和管径大小以及管壁厚度等参数对悬空管道动力响应的影响。研究结果表明:管道壁厚、悬空长度、土壤参数和管径大小都会对埋地管道的地震反应产生较大影响,其中管径的影响最大;在一定的管径范围内,随着管径的增大,峰值应力及峰值位移会逐渐减小,当到达临界值后,峰值应力会随管径增大而增大。研究成果为悬空长输管道的设计、安全维护及科学管理提供了参考依据。     

输气管道穿越地震活动断层有限元分析研究

断层地震活动对管道的破坏效应包括断层位错、土壤液化以及地面波动,其中断层位错对埋地管道的安全影响最大。用ANSYS建立了输气管道穿越高地震区断层的应力-应变模型,计算了在断层错动作用下的管道应变,研究了各参数变化对管道应变的影响,并分析了其敏感性。结果表明,管道的材质、壁厚、埋深、土壤内摩擦角、管道与断层的交角对管道应变产生重要的影响,因此在管道穿越断层的模型设计中,建议从这几方面改善。     

地震载荷作用下长输管线穿越断层应变设计

穿越活动断层的埋地钢质管道在位移载荷作用下易产生较大甚至过量变形,传统的基于应力的设计准则已经不再适用。针对这种情况,基于应变设计方法,利用有限元软件建立了不同穿越断层工况下的管-土耦合模型,研究了地震烈度、断层错距、管径、壁厚、埋深及土壤内摩擦角对穿越管道最大应变值的影响规律,以及各随机变量对管道安全可靠度的影响程度。研究结果表明,地震烈度是地震波作用下穿越断层埋地管道轴向应变最显著的影响因素,埋深和壁厚次之;当地震烈度为Ⅱ度、断层错距为0.7 m时,强震区穿越埋地管道轴向最大拉伸应变值为2.28%,超过了容许拉伸应变。研究成果可为地震载荷作用下穿越活动断层区的长输管道的可靠性设计提供依据。     

跨断层埋地输气管道应变计算方法研究

为了既能节省时间,又能使计算较好地体现跨断层管道的真实反应,基于所建力学模型,分别对正断层和逆断层作用下埋地输气管道的反应进行分析研究,采用非线性拟合和线性拟合两种方法,对管径、壁厚、管道埋深、管材特性、穿越角、土体内聚力以及管道内压等不同参数进行无量纲修正,同时考虑管道发生塑性应变集中以及管道发生屈曲的情况,提出适用于工程设计的计算埋地输气管道最大应变值的简化计算公式。通过实例对不同计算方法进行了分析比较,计算结果验证了简化计算公式的合理性,进一步证明当断层错动量较大时,采用土弹簧模型对管土作用进行模拟所得到的结果偏不安全。     

坍塌作用下埋地管道数值分析

为了更好地分析土层坍塌下埋地管道的破坏特征,对坍塌段土层采用实体方式建模,以自身重力作用沿竖向自由落下模拟坍塌,通过有限元软件ADINA,研究了动力分析法和静力分析法对管道响应的影响,以及土体坍塌段长度、宽度及管道壁厚对管道造成的影响。研究结果表明,管道的位移、应力、应变随着坍塌段长度及宽度的增加而增大,随着壁厚的增大而减小,管道薄弱位置为坍塌段与土体断开处。因此,在管道工程设计中应选择管壁较厚的管道,根据不同工况,评估管道所能够承受的土体坍塌长度和宽度,加强薄弱位置的防护措施。该研究可为坍塌作用下埋地管道工程设计提供参考。     

冲击载荷作用下埋地长输管道动力响应研究

由于土体的离散性较大,所以从理论上求解埋地管道在冲击载荷作用下的动力响应比较困难,且目前国内外关于埋地长输管道的试验研究也比较缺乏。鉴于此,从试验测试和数值模拟两方面出发,通过制作土箱-管道缩尺模型,进行埋地管道的冲击载荷试验,分析了埋地管道振动加速度的传播规律和应力应变分布情况。研究结果表明:随着距振源距离的增加,管道竖向方向振动加速度逐渐减小;通过试验研究和有限元数值模拟,可以得到在冲击载荷作用下管道竖向方向的振动加速度沿水平方向传播的近似关系式;在冲击载荷作用下,随着冲击高度的增加,管道应变峰值逐渐增大,且管道中部区域应变峰值最大,管道上、下表面应变呈反对称,沿管道两端方向,管道应变峰值逐渐减小;冲击载荷作用下埋地管道动力响应的有限元模拟结果与试验结果很接近。研究结果可为复杂工况下埋地管道抗冲击设计规范的制订提供参考。     

冲击荷载作用下埋地管道基于应变的力学分析

随着管道的设计压力、铜级和口径的大幅度提高以及敷设环境向恶劣地区扩展,传统的应力设计已经不能完全满足工程需要．为此介绍了应变设计的理念,并且与传统的应力设计进行了比较。研究了冲击荷载的作用机理和对管道的危害,提出了冲击荷载作用下的最大应变计算方法,给出了临界环向屈曲应力．编制了表面荷载作用下埋地管道的校核程序,通过算例介绍了使用该程序计算管道受力情况的方法。     

油气集输埋地管道锚固墩设计与选用

1．锚固墩常规设计现状 油气集输埋地管道输送介质温度一般在30～80℃，管道施工安装时与管道投产、运行温度形成温差，正是这个温差在管道投产、运行过程中发生热伸长而产生热应力。为防止热伸长位移而产生超过管道允许应力，以至损坏与之相连的管件、没备，设计中根据温差、管径、壁厚、压力、埋深及土壤类别等参数设计一个相应的锚固墩将管道锚同，从而满足管道安全运行的要求。