滑坡作用下海底管道分析模型的改进算法

针对RANDOLPH提出的用于求解滑坡对管道影响的解析方法中存在的管道弯矩不连续和在一定情况下求解位移函数存在奇异的问题,提出通过修改边界条件来改进该解析算法。在考虑管道位移边界条件的基础上,利用管道弯矩与位移函数之间的关系,将弯矩连续的性质转化为位移函数的边界条件并代入求解,以避免管道弯矩求解结果的不连续。随着新边界条件的引入,位移函数中的待定系数可直接由边界方程推导而出,避免求解位移函数时存在的奇异问题,提高方法的适用范围。经验证,利用改进的边界条件求解的结果符合管道真实的内力变化规律,也与有限元模拟结果一致。分析各参数对计算结果的影响规律,可为进一步研究滑坡对管道的影响提供参考。     

基于有限元方法的滑坡地段输气管道应力分析

为了保障天然气长输管道的安全运行,需要探寻输气管道穿越滑坡地段的应力分布规律并采取应对措施,为此,采用CAESAR II软件和ANSYS软件对埋地输气管道纵向和横向穿越滑坡段进行了应力分析,并研究了滑坡体的位移量、土壤性质,管道外径、壁厚、内压和管材等对管道应力应变的影响。研究结果表明:1 CAESAR II的应力与位移计算结果均趋于保守,但对分析结果可以进行更为详尽的分析和考虑,而ANSYS软件处理非线性问题更为准确;2纵向滑坡作用下,管线的最大等效应力应变和位移量均出现在弯管处,说明弯管是应力危险截面;3滑坡体位移量越大,管道承受的应力越大,失效的可能性也越大;4径厚比越小,管道安全稳定性越好;5相对于纵向滑坡,横向滑坡则要危险得多,很可能会造成管线的局部屈曲变形甚至拉伸断裂;6处在滑坡区的管道屈曲变形程度很大,因此建议使用浅埋方式穿越滑坡多发地段和古滑坡区。     

埋地管道在地震载荷作用下的动力响应分析

在建立地震载荷作用下埋地管道数学模型的基础上,建立了管道和土壤相互作用的有限元模型,并以某一Ⅶ级近源地震载荷作用下的某埋地管道为例,做了轴向(x)和横向(y)激励的动力响应分析。得出如下结论:(1)埋地管道的轴向位移响应远远大于横向位移响应,管道的横向位移响应幅值基本不变,而轴向位移响应变化较大;(2)管道在考虑土壤作用下的位移响应要比不考虑土壤作用下位移响应大,这是由于土壤柔性的原因;(3)埋地管道工程施工时,要尽可能地把管道安置在土壤相对密实的区域,以减少由于地震带来的危害。     

牙轮钻头镶齿结合面应力分析的边界元法

应用二维弹性问题边界元法的基本理论，对过盈配合结合面间的应力状态进行了分析，用分块子矩阵的形式推导出相应的系统方程。以牙轮钻头镶齿过盈配合结合面间的应力状态分析为实例，编制了相应的过盈配合通用计算程序。计算结果表明，应用边界元法得到的牙轮钻头镶齿和孔之间的应力和位移的数值解与弹性力学的解析解相当接近。     

坍塌和冲沟作用下埋地管道大变形分析

埋地管道在坍塌、冲沟两种典型的地质破坏作用下可能会发生纵、横向大变形,由此造成管道的断裂,从而对埋地管线的正常运行构成威胁。因此,详细地分析这两种典型地质破坏作用下的埋管大变形具有非常重要的工程意义。将处于坍塌、冲沟作用下的管段视作受常值当量轴力S作用的大挠度梁,根据管道的纵横弯曲性质,并结合管梁几何方程的非线性进行埋管的大变形理论分析,推导得到变形位移和内力的计算公式。再结合专业管道应力分析软件CAESAR Ⅱ,以西气东输工程用管为例进行仿真计算,对理论分析的结果进行对比、验证,从中总结出一系列重要结论,并提出了几点相关建议。     

埋地输油管道锚固力分析

本文对埋地管道进行了应力分析,参考沙特阿美石油公司标准所述计算方法对埋地管道锚固力进行了计算,并使用CAESARⅡ进行了校核,该计算方法在工程实践中得到了较好的应用。     

埋地输油管道在线大修应力应变分析

建立了埋地输油管道在线大修时，开挖、直接重埋和支平后重埋工况下的力学模型。建立了埋地输油管道三维梁单元有限元应力应变计算力学模型，并给出了求解方法。提出了节点摩擦力循环迭代法和土壤弹塑性分区计算方法，解决了土壤与管道相互作用问题。建立了管道有效计算长度的确定方法。考虑管道内压，给出了管道综合应力计算方法。     

地震波动下悬空管道的动力响应分析

在分析管道振动原因和控制指标的基础上,采用ABAQUS有限元软件对悬空管道进行了模态分析,并以模态分析为基础,采取谱分析方法对悬空管道进行了动力响应分析。以兰成渝兰州段某段悬空管道为对象,分析了7级和8级罕见地震作用下管道的最大应力和位移。分析结果表明,8级地震作用下管道的最大应力和位移为7级地震的2.2倍,不同烈度下管道的横向位移和应力响应要远远大于轴向位移和应力响应;对于大多数悬空管道,地震造成的影响较小,在工程安全判定中地震的影响作验证即可。最后就管道的不同部位,提出了几点防震措施。     

地震波动下悬空管道的动力响应分析

在分析管道振动原因和控制指标的基础上,采用ABAQUS有限元软件对悬空管道进行了模态分析,并以模态分析为基础,采取谱分析方法对悬空管道进行了动力响应分析。以兰成渝兰州段某段悬空管道为对象,分析了7级和8级罕见地震作用下管道的最大应力和位移。分析结果表明,8级地震作用下管道的最大应力和位移为7级地震的2.2倍,不同烈度下管道的横向位移和应力响应要远远大于轴向位移和应力响应;对于大多数悬空管道,地震造成的影响较小,在工程安全判定中地震的影响作验证即可。最后就管道的不同部位,提出了几点防震措施。     

爆炸地震波作用下埋地油气管道动力响应研究

针对炸药库发生意外爆炸后地震波的传播及埋地油气管道动力响应振动过程进行了三维动态数值模拟计算分析,获得了管道的振动速度响应特性。考虑不同炸药库当量、场地介质特性、埋地管道材料及尺寸等影响因素,根据大量不同工况下的计算结果,结合振动安全判据量化分析,得到了各工况条件下埋地管道安全距离。该研究成果对于保证管道的安全可靠运行具有理论指导意义和工程应用价值。     

沿海成品油输油站内管道应力释放的措施

针对浙江沿海某成品油输油管道站场站外埋地管线受到侧向和轴向推力,且管线两侧均无法移动,导致站内管线应力集中,造成部分管线位移的问题,采取了站内外管线上方降低荷载、站内管线更换可调节管托、固定墩增加混凝土方桩支护、站外管线平衡压带更换配重块等措施,释放了管线应力,保证了管线的安全运行。     

大直径埋地管道应力应变有限元分析与计算

利用通用分析软件ABAQUS,应用“生死单元” 技术,模拟了基坑开挖、填埋过程对Φ1 620 mm×20 mm大直径埋地管线应力应变的影响。通过对不同埋深管体应力应变的有限元分析,得出施加内压2.5 MPa,埋深8 m时,管体受到的等效应力最大（130 MPa）,未超过材料的屈服强度,管体并未发生塑性变形,管体横向最大位移为2.47 mm。通过理论计算校核,埋深8 m时,管体水平方面最大变形量为12.5 mm,远小于标准规定的48.6 mm,管体径向稳定性可靠。     

水下采油树内部输油管应力分析

根据API 17D规范,对深水水下采油树零部件中容易损坏的输油管进行受力分析,建立不同水深、水温等条件下的输油管应力计算模型,用ABAQUS软件进行应力的有限元计算。结果表明,随着水深增加,油管固定边界对输油管强度的作用逐渐增大。因此在进行深水采油树输油管设计时,应合理设计输油管与采油树主管或与阀门之间的距离,提高边界对输油管强度的加强作用。     

地下管道的纵向地震响应分析与抗震设计研究

基于与盾构结构地下管道(简称盾构管道)纵向变形性能相似的梁单元建立管道的纵向等价连续化模型,该模型将管道简化为黏弹性地基上的连续梁,用非线性弹簧和阻尼器来模拟土与管道结构之间的相互作用。为了探讨盾构管道的纵向地震响应特性,采用地层-管道三维等价连续化有限元模型对某过江盾构管道的地震响应进行了分析。利用动态显式算法进行地震作用分析,主要研究了合理的管道力学模型、管道与地层之间的相互作用以及管道的振动特性。计算结果反映了地基土和盾构管道在地震工况下的相互作用和变形,得出了盾构管道水平位移和应力分布及其随时间变化的曲线,并将计算结果与基于拟实仿真有限元模型的结果进行了对比。     

车辆载荷作用下大口径埋地钢管力学性状分析

为了研究大口径埋地钢管在车辆载荷作用下的力学特性,利用ANSYS有限元软件建立车辆-道路-管道耦合系统的三维有限元模型,模拟车辆在行驶过程中埋地管道位移和应力随时间变化的规律,定性分析车速、车辆轮压和车辆载荷作用位置等因素对管道力学性状的影响,并对比讨论了车辆载以静载荷和动载荷两种不同方式加载时对管道产生的不同影响。研究表明,管道位移和应力随着车速增加而减小,随着轮压增大而增大,因此应避免车辆低速超载的情况。该研究可为车辆载荷作用下埋地管道的设计与防护提供理论参考。     

采空塌陷区管道最大轴向应力计算及统计分析

采空塌陷对埋地油气管道的安全完整性构成了严重威胁。为此,在分析采空塌陷区管道变形基本特征和简化采空塌陷区管道半空间受力分析模型的基础上,对非沉陷区和沉陷区分别构建了计算模型,计算了不同工况条件下不同塌陷区长度、不同沉降量所对应的管道内部最大轴向应力,根据相关规范并采用最小二乘法,分别得出了只考虑管道内压不考虑强度折减系数和既考虑管道内压也考虑强度折减系数的沉陷区长度与对应的管道极限下沉量的统计关系,并得出以下结论：①在开采沉陷区,当没有发生塌陷时,埋地管道所承受的应力主要是其内压产生的轴向拉应力;②而当发生塌陷时,埋地管道所承受的应力主要是其内压和因塌陷产生的管道轴向拉应力之和;③在沉降区边缘的管道上部承受的应力值最大,其次是沉陷中心的管道下部,并承受着拉伸应力;④沉降盆地边缘的管道下部和沉陷中心的管道上部承受着压缩应力。     

爆炸载荷对埋地输气管道的动力响应和极限载荷分析

定量分析临近管道爆破对埋地输气管道产生的动力响应有助于合理制定输气管道的安全保护措施。利用LS-DYNA 3D有限元程序,根据准静定理论计算爆腔半径,在爆腔内壁施加压力时程,建立了爆腔-岩土介质-输气管道动力相互作用模型,基于多种工况下的数值模拟分析,探讨了埋地输气管道动态响应过程中管道质点速度和动应力峰值分别和装药量、爆心距的关系,以两倍弹性斜率准则确定管道在特定工况下的极限载荷,进一步建立了装药量和施工安全距离的经验关系式,此式可以作为输气管道在近距离爆破施工条件下的破坏判据。该模型为埋地输气管道在第三方荷载作用下的风险评估提供了一个计算平台,对埋地输气管道的设计、施工和完整性管理具有一定的参考价值。     

基于频谱分析的地震带输气管道应力分析方法

地震是输气管道失效的重要原因之一,强烈的地壳运动带动土壤错动,载荷作用于输气管道上极易引起管道变形,而目前国内外对地震带输气管道的动态应力分析研究较少。为此,基于地震频谱分析方法,采用CAESAR II软件对XX地震带输气管道进行了动态应力分析,并校核了在强震作用下输气管道的位移、应力是否符合规范。结果表明:①轴向、横向、纵向及综合地震作用对输气管道的横向位移影响最大,且最大横向位移明显高于最大轴向及纵向位移;②地震作用下最大纵向位移和横向位移均产生在坡顶,设计时需重点对坡顶输气管道的位移量进行校核;③综合地震作用较任一单方向地震作用所产生的管道位移、应力更高,综合地震载荷对输气管道的破坏最大。据此提出建议:地震带输气管道设计过程中,可通过极限设计的方法提高输气管道的抗震能力且应重点对输气管道的横向位移进行监测,可通过改变管道敷设线路或减小土壤压实度的方法来控制输气管道的位移。