地下管廊中金属管道壁受力分析研究

为研究地下管廊中金属管道在受到外载荷作用时壁面的受力情况,以弹性理论为基础,结合有限元方法,对受力时管道壁的状态进行分析.结果表明:管道壁上最大等效应力和最大位移均发生在荷载作用点,且最大等效应力随着荷载的增加呈现出线性增加趋势,而最大位移则呈现出曲线增加趋势,并给出了相应增加趋势的拟合方程.     

预制地下管廊内非连续管道的横向抗震分析

本文为研究预制地下管廊内非连续管道的横向抗震性能,采用实体单元模拟混凝土管廊和廊内管道支墩,桁架单元模拟预制混凝土管廊配筋,壳单元模拟管道和支墩抱箍,非线性弹簧模拟管廊预应力企口接头和管道承插口接头,非线性土弹簧模拟土-管廊相互作用,考虑混凝土塑性损伤,基于ABAQUS软件建立土-管廊-管道系统模型。求解土-管廊-管道系统的自振频率和模态,计算在设计地震作用下管廊内管道的内力和变形。研究表明,管道和管廊自振特性存在明显差异,管道和管廊之间存在明显相互作用,支墩抱箍对管廊内管道受力影响不可忽视,开展管廊内管道的抗震分析需要对土-管廊-管道整体系统建模分析。研究对于预制地下管廊内非连续管道的横向抗震设计具有一定参考价值。     

综合管廊供水管道弯管支墩连接体系受力分析

随着综合管廊在我国的逐步实施,各种市政管道将逐步敷设于管廊中发挥其城市基础设施作用,其中作为带压管道代表的供水管道运营安全成为需要综合管廊系统重点关注的问题。本文针对综合管廊中供水管道支墩连体系接受力,从国内外对管道支墩受力与止推方式的思考与研究入手,对综合管廊内支墩受力及支墩连接体系受力状态进行分析,总结支墩连接设计重点,从保障管道运营安全角度提出设计建议,为保障综合管廊运营安全提供技术支撑。     

地下综合管廊新型抗震支墩动力学特性研究

为降低地震对城市地下综合管廊内部管道运营安全的影响,设计了两种新型抗震支墩并建立了围岩-管廊传统支墩体系和围岩-管廊抗震支墩体系的动力有限元模型;在地震波作用下,对围岩-管廊支墩体系进行了动力学特性数值模拟分析和时程分析。动力学特性数值模拟分析结果表明:围岩-管廊传统支墩体系和围岩-管廊抗震支墩体系的前10阶固有频率均较低,受地震波影响易产生共振,影响管线的安全;结构体系的固有频率不受内部支墩结构和布置形式的影响,可以根据技术要求改变支墩形式,提高其抗震性能。动力时程分析结果表明:与传统支墩体系相比,抗震支墩A体系中管道的最大应力、最大加速度和最大位移分别降低了62%、45%、52%;抗震支墩B体系中则降低了51%、31%、36%,两种新型抗震支墩的抗震性能均显著优于普通支墩,能有效保障管线在地震作用下的安全性。     

综合管廊燃气舱燃气管道热补偿计算温差的计算

分析综合管廊燃气舱燃气管道热补偿计算温差(燃气管道安装温度与运行温度的差)的计算方法,分别计算不同管内天然气流速下,6种规格燃气管道在夏季安装冬季运行、冬季安装夏季运行、夏季安装夏季运行、冬季安装冬季运行4种情况的计算温差。相同公称直径时,计算温差随天然气流速的增大而减小。相同天然气流速时,计算温差随着燃气管道公称直径的增大而减小。燃气管道在夏季安装冬季运行情况下的计算温差最大。在对燃气管道进行热补偿设计时,应选用夏季安装冬季运行情况下的计算温差。     

综合管廊水气共舱情况下燃气爆炸对同舱管道影响的研究

综合管廊“水气共舱”情况下,若燃气管道泄漏引发爆炸,可能导致同舱给水管道失效破坏。为研究燃气爆炸对同舱管道的影响,采用由非线性有限元程序ANSYS/LS-DYNA定义甲烷-空气混合气体的方法,通过数值模拟研究燃气爆炸作用下同舱管道应变、应力、振动速度及位移变化情况,依据椭圆化失效判定标准,对管道壁厚、内压、弹性模量和屈服强度等4类影响因素进行定量分析。结果表明：燃气爆炸作用下,同舱管道椭圆度与管道壁厚、内压、弹性模量和屈服强度整体均呈现负相关,屈服强度对同舱管道椭圆度影响最小,均低于临界无量纲椭圆度3%;当影响因素变化率由2.5%增加至15%时,管道壁厚与弹性模量对同舱管道椭圆度影响程度较高,管道内压与屈服强度对同舱管道椭圆度影响程度较低。研究结论可为综合管廊“水气共舱”规划设计和相关规范完善提供参考。     

安装偏角对城市综合管廊支架受力影响分析

为了分析城市综合管廊支架安装偏角对支架受力产生的影响,对支架进行了偏角度受力实验,并用ABAQUS进行验证和分析。结果表明:悬臂端挠度随着偏转角度先减小后增加;应力最大处随着偏转角度的增加由下部靠近固定端椭圆开孔处的中间位置变成偏转方向一侧的下部焊脚,应力更大且分布更加集中。研究结果对于支架施工具有重要借鉴意义。     

地震载荷工况下输油管道应力分析

我国输油管道工程沿线地形地貌多变。在途经地震带时,由地震的偶然载荷引发的地震作用会对管道增加应力,造成一定程度的破坏。为探究地震对输油管道安全的影响,根据ASCE 7提供的方法,将地震作用转化为地震加速度,采用CAESAR II应力分析软件对某区地震带的输油管道建模并进行应力和位移分析,得出了地震工况下管道的应力、位移分布情况及应力集中关键点的位置。提出建议:对地震带输油管道采取减震措施时,应重点对横向的地震载荷进行控制。     

城市综合管廊燃气管道风险评估指标体系构建

针对综合管廊燃气管道能否入廊和入廊后能否安全运行问题,构建规划可研阶段燃气管道失效可能性指标体系、运维管理阶段燃气管道失效可能性指标体系、燃气管道失效后果指标体系。采用层次分析法建立专家权重计算模型,构建以专家职称、工作年限、指标熟悉程度为准则层的专家能力指标体系,确定综合管廊燃气管道风险评估专家权重,并对专家打分进行处理,得到规划可研阶段、运维管理阶段燃气管道失效可能性指标权重和管道失效后果指标权重。基于综合管廊燃气管道实际情况,确定管道失效可能性指标得分和管道失效后果指标得分,结合指标权重计算得出管道失效可能性分值和管道失效后果分值,根据管道风险等级划分原则,确定综合管廊燃气管道风险等级。     

地面沉降荷载对埋地管道安全影响研究

基于ABAQUS有限元软件建立地面沉降荷载作用下含内压管道有限元模型,探究地面沉降荷载作用下含内压管道的应力和变形特征,研究沉降位移和沉降区尺寸对运行状态下埋地管道力学性能的影响规律。该模型综合考虑材料非线性应力应变特征和管土非线性相互作用,较为真实地模拟地面沉降荷载作用下含内压管道的受力情况。研究表明：地面沉降荷载作用下含内压管道最大Mises应力和最大竖直位移均发生在沉降区中心处;管道最大Mises应力随着沉降位移增大而不断增加,其应力增大速率不断降低;沉降区尺寸对管道最大Mises应力的影响没有沉降位移显著。     

核电厂地下循环水管廊地震动力分析

循环水管廊是保证核电厂正常运行的重要地下钢筋混凝土结构,管廊在地震荷载作用下的受力和变形特性很有必要进行专门的研究。通过有限元动力法计算,对核电站地下管廊在地震作用下的应力、内力和变形进行了分析,为结构设计提供了可靠依据。     

综合管廊内蒸汽管道节能支座的研究

综合管廊内的蒸汽管道采用传统支座,存在很大的热桥效应,不仅使系统输送效率降低,还会使管廊热环境变差,有必要采用新型节能支座。新型节能支座需要满足隔热性能和受力性能要求。对于综合管廊内的滑动支座、导向支座,特点为数量多、受力小,因此减小或消除滑动支座、导向支座的热桥效应是提高蒸汽管道输送效率、改善管廊内热环境的主要途径。新型节能滑动支座、导向支座采用硬质复合保温结构,有足够的强度来支撑工作钢管,将支座与工作钢管隔开,可切断热桥效应,实现滑动支座、导向支座的绝热效果。对于综合管廊中的固定支座,特点为数量少、受力大,很难做到节能,对提高管道输送效率、改善廊内热环境的贡献很小,主要目标是在满足承受和传递推力的前提下,尽量减小热桥效应。因此,提出了2种新型节能固定支座:环形斜肋板固定支座和肋板剪力钉固定支座。环形斜肋板固定支座热损失较小,但是焊接强度低、受力条件差、稳定性差、承受推力小;肋板剪力钉固定支座焊接强度高、受力条件好、稳定性好、承受推力大,但是热损失较大。环形斜肋板固定支座适合综合管廊内小管径、小推力的工况,肋板剪力钉固定支座适合综合管廊内大管径、大推力的工况。     

翻转内衬修复技术在燃气管道上的适用性分析

本文针对城镇燃气管道的运行工况,综合分析了燃气管道的主要缺陷类型及载荷特性,建立了不同载荷工况下燃气管道的失效判据,提出了翻转内衬法修复适用性的分析内容。对无外载荷或高压管道,只需采用第三强度理论评估管道的环向应力是否满足强度要求;对外载作用超过内压的管道,需要采用径向变形极限和第三强度理论分别评估管道的刚度和强度,对满足评估条件的管道才适于使用翻转内衬法修复。     

综合管廊燃气爆炸冲击波压力及动态响应研究

采用流固耦合算法,建立6种体积甲烷-空气混合燃气在综合管廊内发生爆炸的有限元模型,计算空气冲击波峰值压力、混凝土管廊的应力和位移时程曲线.并对各空气单元的压力峰值进行统计分析,提出相同燃气体积距燃气边缘不同距离的空气冲击波超压峰值曲线的数学解析式.对6种工况下管廊内距燃气边缘不同距离的空气冲击波超压峰值进行拟合,提出不...     

弯扭荷载作用下H型钢柱特性分析

以实际工程中的热力管道支架柱为例,根据钢结构稳定性理论,建立起一套H型钢柱双向受力承载力分析和双力矩应力变形计算方法,并运用有限元法中的矩形板壳单元,系统地分析了支架柱在压弯扭荷载共同作用下的钢柱承载力特征和变形状态。综合分析结果表明：支架在受力过程中,特别是在扭矩作用下,会出现小应变、大位移和大转动的情况,具有明显的几何非线性特征;当应力较小时,即构件最大应力小于强度设计值时,采用双力矩方法来分析可以满足工程需要;分析结果与实际较为吻合,该方法具有较好的实用价值。     

浅埋预制钢波纹管城市综合管廊抗震性能研究

针对浅埋预制钢波纹管城市综合管廊工程实例,利用时程分析法分析管廊抗震性能,并与振动台模型试验结果进行对比。研究结果表明,振动台试验与数值模拟得到的加速度时程吻合较好,加速度放大系数及傅里叶幅值谱规律一致,验证了有限元模型的合理性;在地震作用下,管廊结构和土体加速度傅里叶幅值谱几乎相同,管廊结构地震响应服从于周围土体的地震响应,结构和土体之间存在显著的相互作用;管廊结构自身应力较小,即使在地震烈度为9度罕遇地震激励下,最大应力也远低于屈服强度,处于弹性状态;管廊的存在影响了土压力的分布,上覆回填土在管廊肩部附近应力最大;设计时应考虑结构与土的相互作用,以管廊周围土体的破坏作为主要控制因素,并在施工时重视回填土的质量控制。     

中缅管道隧道坍塌工况下的管段应力应变分析

中缅管道在澜沧江段需穿越岩鹰山隧道及江顶寺隧道,隧道所处地质条件复杂,若发生坍塌,会造成管线的变形甚至失效。为保障管道安全运行,对隧道坍塌时的占压载荷与冲击等效载荷进行分析,建立ABAQUS有限元模型,模拟了隧道坍塌工况下成品油、原油与天然气管道的受力状态。通过分析不同坍塌厚度、管道内压对管道的影响,得到了管道应力应变的变化情况。模拟结果表明:随着坍塌岩土厚度的增大,管道的应力也随之增大,求得了成品油管道、原油管道、天然气管道的安全载荷临界坍塌量,同时管道的变形率也随之线性增加;管道内压增加会使得管道应力增加,但却使得管道变形率减小。     

综合管廊天然气管道设计

综合管廊燃气舱内需敷设2条天然气管道,公称直径分别为300 mm、600 mm。设计了一种由短半径90°弯头组成的方形补偿器,通过AUTOPIPE V8i软件对天然气管道进行了应力计算,选取了合适的补偿区间长度,管道固定支座所受轴向推力合理。依据计算得到的固定支座所受轴向推力选取了合适的固定支座形式,两条天然气管道分别采用双面挡板式固定支座和单面挡板式固定支座。提出了双侧对角、轴向交错的天然气管道空间布置方法,该方法可以实现综合管廊内方形补偿器的安装。     

含缺陷管道完整性评价技术

以Spangler-lowa方法为理论基础,结合有限元建模、统计分析、数学拟合及试验验证等方法,对含缺陷管道外载荷承载能力、内压承载能力开展研究。对于完好管道的外载荷承载能力评价,采用Spangler-lowa方法计算得到管道水平直径变形量,然后求得管道水平直径变形率。当管道水平直径变形率超过3%时,认为管道失效。含均匀腐蚀缺陷的管道外载荷承载能力评价:对小管径管道(外直径≤700 mm),可根据GB 50028—2006规定的最小公称壁厚评价;对大管径管道(外直径 700 mm),应该按照Spangler-lowa方法的计算结果进行评价。点蚀缺陷对受外载荷影响的管道变形影响不大,但考虑到对管道气密性等性能的影响,评价时规定燃气管道点蚀穿孔直径不能大于50 mm。对含面蚀缺陷的燃气管道进行完整性结构强度评价时,需要按照燃气管道的压力级别分别考虑:对于中低压燃气管道,主要考虑外载荷的作用,以管道的变形作为外载荷承载能力的评价依据;对次高压燃气管道,分别考虑内压和外载荷的作用,分别以管道的变形和管道缺陷处的应力作为管道承载能力的评价依据;对高压燃气管道,主要考虑内压的作用,以管道缺陷处的应力作为内压承载能力的评价依据。对于含面蚀缺陷的中低压和次高压燃气管道,需要做外载荷的承载能力评价。分析面蚀缺陷的长度、宽度、深度和位置对管道变形的影响。创新性地研究出含面蚀缺陷管道外载荷承载能力评价数学模型,并采用试验验证了该数学模型的正确性。当选择内压承载能力评价方法时,推荐采用ASME B31G-2009方法评价含面蚀缺陷燃气管道承受内压的能力。本文仅针对燃气管道完整性评价中含腐蚀缺陷的管道强度评价开展研究。建议在今后的研究中继续拓宽研究对象,开展裂纹、凹陷和焊缝缺陷等其他缺陷的管道完整性评价方法研究。     

预制拼装综合管廊接头的容许差异沉降分析

在对预制拼装综合管廊进行容许差异沉降分析时,需要考虑土方回填和接头的影响。为此,采用数值模拟方法,对现浇式管廊和两种接头（平口和企口）类型的预制拼装管廊进行建模。并考虑回填过程的影响,分析在多种工况下现浇式管廊和预制拼装管廊两种接头的受力性能。在此基础上,通过逐步加大差异沉降进行计算,分别考虑最大拉应力和最大弯矩两个评价指标,判断管廊接头的适用性与安全性。研究结果表明：在车辆荷载下,管廊接头的沉降量大于GB 50007—2011《建筑地基基础设计规范》给定的预警值20cm;在相同工况下,现浇式管廊、平口预应力和企口预应力拼装管廊计算得到的沉降量基本相同;预制拼装管廊接头部位的受力性能与无接头的现浇式管廊基本相同,应力相差在20%以内;对于企口预应力拼装管廊接头,承口端更易发生失效;提出了管廊差异沉降的划分标准,分为3个等级,并进而确定了各等级对应的容许差异沉降。