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。     

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。     

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。     

地震载荷作用下埋地输气管道的数值模拟

为了弄清埋地输气管道在地震载荷作用下的动态失效过程,首先对X80管线钢进行了力学性能测试,获得了弹塑性材料线性强化的本构模型参数。然后基于非线性动力学理论、有限元算法和ANSYS有限元商业软件,建立了土-埋地输气管道在动力接触条件下的相互作用模型。载荷采用加速度时程的方法输入天津波,震级为7级,获得了不同壁厚条件下输气管道的动态应力应变响应和带缺陷管道的动态应力强度因子的时程曲线。由X80管线钢的临界应力强度因子,得出了管道极限承载条件下壁厚的下限值以及施加的加速度最大值。提供的方法和数据对埋地输气管道破坏的预防以及管道的抗震设计、施工具有一定的参考价值。     

橇块中管道应力分析与评定

为保证橇块内管道及相连设备管口的安全,以某分离器橇块为例,用计算软件建立模型进行管道应力分析和规范校核。管道校核中将应力划分为一次应力和二次应力。一次应力是由于压力、重力和其他外力载荷所产生的应力,随载荷增加而增大;二次应力是由于热胀冷缩、端点位移等位移载荷作用产生的应力,具有自限性。合理布置管道支撑能够减小管道内的一次应力、二次应力。由于橇内自然补偿空间不足,调整支架形式及位置成为减小设备管口载荷的重要方法。     

清管器通球载荷的应力分析方法

清管器清管作业中,通球载荷作为冲击力依次作用在各个弯管上,如管道系统和支架设计不合理,将对管道系统造成危害。为了评估清管器清管作业中通球载荷对管道系统的影响,本文介绍了产生通球载荷的计算过程,列举了清管器相连输气管道的校核标准,提出了校核通球载荷的等效静态法和时程分析法,应用CAESAR II管道应力分析软件结合案例对等效静态法和时程分析法进行了详细说明,编制了静态分析工况和时程分析工况,对比了两种方法计算结果的不同点,可为清管器管道系统设计提供参考。     

未覆土高陡边坡输气管道的应力分析

敷设在高陡边坡上的输气管道,在未覆土试压时,可能发生管道下滑和应力超限.为了安全配管,基于CAESAR Ⅱ建立了未覆土高陡边坡输气管道的应力分析模型.模型中以管土间的摩擦力和向上的支撑力考虑土壤约束,通过比选三种不同的简化边界条件,确定了坡道两侧有水平增长段的固定约束边界.结合水试压工况等四种加载条件,基于美国ASME B31.8标准提出了各类工况的应力校核方法.计算实例表明,最危险的应力位置为上坡管道顶端与平台间的弯头,最大位移位置为管道最长且最陡峭边坡的顶端,验证了应力计算模型和校核方法的可行性.     

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。     

流固耦合作用下高压输气管道疲劳寿命分析

为了发展在输气压力波动下高压输气管道疲劳寿命计算方法和探究影响疲劳寿命的动态载荷条件,利用ADINA有限元软件建立了高压输气管道与天然气相互作用的流固耦合模型,得到高压输气管道在输气压力波动下的动态响应,弯管在曲率最大处出现应力集中现象。流固耦合计算结果表明,管道应力主要取决于输气压力波动,气体流速对管道应力的影响可以忽略。利用MSC.Fatigue软件,将ADINA软件计算获得的疲劳载荷时间历程关系进行雨流计数处理,获得了载荷幅值和均值的频次直方图,采用全寿命法计算获得了对应载荷幅值和均值的线性累计损伤直方图,得到弯管疲劳寿命为1 240次,且疲劳破坏发生在弯管曲率最大处。提供的计算方法和结果可为高压输气管道的安全控制和设计提供参考。     

地震管道的横向平稳随机振动

针对地震作用对埋地管道的影响程度,应用数值计算方法得到振型函数的解析解。该计算方法假设埋地管道的平稳随机振动是线性振动的问题,即管—土系统的激励和响应都具有零均值,以此得到的协方差函数和相关函数是等同的。根据求解埋地管道平稳振动解析解的方法,分析管道的横向振动情况。结果表明,对于横向振动,管道中部应力和位移趋于恒定,边界区域的应力和位移是变化的,埋地管道的横向平稳振动的最大应力发生在滑动边界上。     

试压工况下盾构隧道内输气管道应力分析

目前输气管道的应力分析主要针对普通埋设管道,对隧道内的输气管道（尤其是在试压工况下）的应力分析还比较少,一般情况下管道试压压力大于运行压力。因此,有必要分析试压工况下穿越输气管道的应力分布情况。为此,采用CAESARⅡ建立了试压工况下XX竖井盾构隧道穿越管道的应力分析模型,得到了穿越管道的应力分布情况,确定了应力关键点,校核了管道强度,通过实例分析发现管道应力的最大值在管道的弯管处。一次应力、二次应力和管道自重引起的应力对比分析结果表明,在试压压力较高的情况下,内压是产生管道应力的主要因素,而温度、管道自重对管道应力的影响很小。最后建议：在穿越管道的设计中应进行试压工况下的应力分析,以便找出应力集中点,采取相应的工程措施,保证穿越管道的安全运行。     

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。     

跨断层区X80钢管道受压时的设计应变预测

活动断层是地震区天然气长输管道的主要威胁,断层作用下管道会发生轴向和垂向位移,导致管道内产生较大的应变而失效,断层作用下管道应变的准确计算对跨断层区管道的设计与安全评估具有重要意义。现有的针对跨断层区管道应变计算方法主要针对管道受拉情况,缺乏对受压情况的考虑。为此,基于非线性有限元法,给出了管道受压时(穿越角大于90度)的跨断层区X80钢管压应变数值计算模型,分析了直径、壁厚、内压、土壤特性、穿越角5种主要参数对设计应变(最大压应变)的影响规律,基于有限元数据,拟合得到了受压X80钢管设计应变回归计算公式,与"西气东输二线"工程实际工况有限元结果的对比,验证了回归公式的准确性。该回归公式为穿越断层区X80钢管基于应变的设计与安全评估提供了一定的参考。     

城市天然气管网系统抗震能力空间分析与评价模型研究

城市天然气管网系统的抗震能力直接影响着城市震害防御的总体性能和震害的损失程度，对其进行抗震能力评价是城市制定防震减灾决策的重要依据。为此，借助于地理信息系统在空间数据处理上的技术优势，集成确定性分析方法，在对天然气管网系统进行空间网络模型化的基础上，以天然气管道的应力值作为评估量，以组合应力作为管网单元震害破坏程度的判断标准，构建了城市管网系统抗震能力空间分析与评价模型。该模型实现了对城市天然气管网系统在空间地域上的抗震能力分析与评价并得到了可靠的评价结果；实现了对评价结果数据的空间直观展示与定位查询分析，为决策者在震前及时掌握天然气管网系统中各管段的抗震能力及震害破坏程度提供了便捷。该模型的建立，为城市的震害防御提供了可靠的模型支持、技术支持及数据支持。     

地质灾害引发管道失效的应变分析

近年来很多基于应力设计的管道,在地质灾害等因素作用下,承受了超出设计条件的塑性变形,有的甚至引发了失效事故。对这些事故进行失效分析时,参考基于应力的准则,往往无法获得客观的结论。针对该问题,以某天然气管道环焊缝断裂的失效事故为例,以基于应变的准则,分析地层运动作用下的管道环焊缝的失效行为。结果表明,管道环焊缝在地层运动引发位移控制荷载的作用下发生了破坏。通过测量管道变形量,使用应变准则进行失效分析,可以定量获得管道失效环焊缝的临界应力及应变分析结果。     

Stress analysis on large-diameter buried gas pipelines under catastrophic landslides

This paper presents a method for analysis of stress and strain of gas pipelines under the effect of horizontal catastrophic landslides. A soil spring model was used to analyze the nonlinear characteristics concerning the mutual effects between the pipeline and the soil. The Ramberg–Osgood model was used to describe the constitutive relations of pipeline materials. This paper also constructed a finite element analysis model using ABAQUS finite element software and studied the distribution of the maximum stress and strain of the pipeline and the axial stress and strain along the pipeline by referencing some typical accident cases. The calculation results indicated that the maximum stress and strain increased gradually with the displacement of landslide.The limit values of pipeline axial stress strain appeared at the junction of the landslide area and non-landslide area. The stress failure criterion was relatively more conservative than the strain failure criterion. The research results of this paper may be used as a technical reference concerning the design and safety management of large-diameter gas pipelines under the effects of catastrophic landslides.     

海流及海床摩擦对油气管道提吊及沉放影响分析

基于海洋管道海上提吊、沉放的工程实际,建立了管道提吊沉放的有限元模型,以建立的模型为基础确定了管道提吊沉放的方法和步骤,并对纵向水流、侧向水流及海床摩擦对管道提吊沉放的影响进行了研究。利用有限元分析软件研究了纵向水流、侧向水流及海床摩擦作用下管道提吊及沉放过程中的管道形态及应力分布。研究结果表明:纵向水流对管道提吊及沉放过程中的空间形态及应力分布几乎没有影响;侧向水流会使管道在水平面内产生明显变形,并提高管道的整体应力水平;海床与管道间的摩擦对管道沉放过程中的侧移有一定的阻碍作用,海床越粗糙,管道最终的整体侧移变形越小,沉放完成后管道达到平衡状态时,管道与海床之间的摩擦力随摩擦系数增大而增大。