第三方载荷作用下埋地输气管道动力响应的数值模拟

强夯是导致埋地输气管道第三方破坏的主要载荷形式之一.强夯下埋地输气管道动力响应问题的本质是夯锤-土-埋地管道组成的体系在冲击荷载下的整体动力响应.利用LS-DYNA有限元商业软件,基于非线性动力学基本理论和动态算法,在半无限土介质中,通过对动力参数和接触参数的合理设置,在验证某工程实例的基础上,选取适当的本构关系,从夯击能量的大小、夯锤和管道之间的间距和管道表面复土深度三个方面对强夯冲击荷载作用下埋地输气管道的动力响应问题进行了数值模拟研究,得出了埋地输气管道在夯击荷载下的动力响应规律.结果表明,采用数值模拟方法对研究强夯冲击荷载作用下埋地输气管道的动力响应是可行的,其计算结果对埋地输气管道的风险评估、设计和施工具有一定的参考价值.     

高压输气管道在落石冲击作用下热点应力确定的数值方法研究

崩塌落石是高压埋地输气管道破坏的重要原因之一,对管道在落石冲击作用下的强度校核和安全评定意义重大。文章研究高压输气管道在崩塌落石冲击作用下的动态响应,建立了落石—土—管道相互作用的物理和有限元模型,利用LS-DYNA有限元软件进行数值模拟。采用控制变量法分别考虑落石冲击速度与水平地面夹角α、落地点与管道中心距离d、管道外径D、壁厚t、管道内压P、管道埋深h、落石密度ρ、落石半径r和落石冲击速度v这几个因素对高压输气管道动态响应过程中出现的最大有效Von-Mises应力（热点应力）的影响。提出的计算方法和结果对长距离埋地输气管道设计、施工、防护和风险评估具有一定的参考价值。     

落石冲击作用下埋地管道力学响应

在丘陵或多山地区,频繁发生的滑坡灾害严重威胁埋地管道的安全,势必需要提高埋地管道设计标准,提出合理预防措施.在建立管-土非线性接触力学模型基础上,分析了滑坡落石冲击作用下大孔径薄壁管道的动态响应.在此基础上,研究了落石冲击速度、管道埋深、管道径厚比、管沟填充土类型等工程因素对埋地管道力学响应的影响规律.结果表明：相同体积下,椭球形落石产生冲击力大于球形落石;相同形状的落石,体积越大,管道产生变形越大;管道破坏为局部失效,失效区域约占管道截面的1/6.根据分析结果,提出了具有工程应用价值的建议.     

落石冲击作用下钢筋混凝土棚洞结构的动力系数研究

以钢筋混凝土棚洞为原型,通过ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,考虑在不同能量的落石冲击不同位置的情况下,分析了钢筋混凝土棚洞的动静力响应及其冲击动力系数,得到了弹塑性状态下棚洞冲击动力系数的变化规律。据此,棚洞结构的动力冲击设计可转化为落石的静力荷载作用下的设计,即通过钢筋混凝土棚洞结构在落石静力荷载作用下的最大响应乘以考虑了能量因素的冲击动力系数可以确定落石冲击作用下钢筋混凝土棚洞结构最大动力响应。     

隧道爆破下底部脱空埋地输气管道的动力响应

以下穿兰成渝输气管道的仙女岩隧道爆破为背景,建立包括管道脱空区在内的隧道爆破三维动力有限元模型,研究爆破地震波引起的不同脱空长度下埋地输气管道的动力响应规律.结果表明:埋地管道下部脱空时,爆破振动作用下管道底部的振速峰值和位移峰值均大于管道顶部,且二者沿管道轴线以脱空中心为对称点呈逐渐减小的趋势;随着脱空长度增大,管道...     

埋地管道在落石冲击作用下的数值模拟

采用刚体离散单元法进行数值模拟,对落石垂直冲击管道正上方时的管道受力特性进行了分析,得出在冲击荷载作用下土体竖向应力在管道表面集中且向两侧速减,同时管体形变为不规则的椭圆体,以及冲击过程是瞬间过程的结论,并得出可以通过加大管道埋深的办法来保护管道。     

基于VC＋＋的ANSYS二次开发及其在埋地管道动力分析中的应用

基于VC＋＋集成开发环境,运用ANSYS软件的APDL语言,对ANSYS进行了二次开发,编制出了埋地输气管道在第三方载荷作用下动态响应的有限元计算分析程序。用VC＋＋语言对复杂的埋地输气管道在挖掘载荷作用下的ANSYS命令流进行了后台封装。开发出的软件,界面友好、功能完善,大大提高了埋地输气管道在挖掘载荷作用下动态响应的分析效率,为解决埋地管道在第三方载荷作用下的安全运行问题提供了新的思路。     

地表爆炸荷载作用下的埋地管道应力分析

城市地下管线是保障城市运行的重要基础设施和"生命线",近年来,由地下管网问题导致管线爆裂等事故呈高发态势。确保埋地管道的安全使用,对保障城市安全具有重要意义。对于地表爆炸荷载作用下埋地管道应力如何计算、应力分布有何特点及其是否安全,是一个值得研究的问题。基于模拟的爆炸荷载,在考虑不同管道埋深、爆心距和炸药当量的情况下,利用FLAC3D软件模拟获得了爆炸荷载作用下埋地管道的响应,并对管道的变形、应力及应力分布特点进行了分析。通过最大Von Mises应力失效准则对管道进行安全性评价,得出了一定范围内背爆面的管壁更易遭到受拉破坏,且爆心距大于15 m的埋地管道基本不受影响的结论。研究成果对于埋地管道防灾减灾具有一定的意义。     

交通荷载作用下埋地承插口排水管道动力响应分析

近年来,由于市政排水管道灾变导致的道路坍塌事故频发,水泥混凝土管是目前应用最为广泛的市政排水管道,其在交通荷载作用下的力学响应特征尚不明确。基于ABAQUS有限元软件,建立了带承插口结构排水管道三维数值模型。在考虑承插口、橡胶圈和无限元吸收边界等的基础上计算分析了不同脉冲幅值、不同荷载作用位置和不同管道埋深对管道动力响应的影响。结果表明：管节处受力高度不连续,交通荷载对其作用位置两侧一节管长范围内的管道影响显著;承口和插口环向以受拉和受压为主;交通荷载作用位置对管顶、管底和管侧纵向Mises应力最大值无明显影响,但对管顶和管底纵向Mises应力分布有影响;管道纵向Mises应力及环向竖向应力与管道埋深成正比,应力增量与埋深增量成反比。计算结果为进一步研究交通荷载作用下排水管道的力学机理提供参考。     

爆炸荷载作用下不同壁厚管道毁伤效应

利用ANSYS12.0/AUTODYN动力有限元软件[1],研究炸药对不同管壁厚度的埋地管道造成的毁伤效应。考虑到爆炸发生的实际环境[2,3],本文将建立管道内炸药模型,模拟内部爆炸对不同管壁厚度埋地管道的毁伤效应,本文的研究为保护埋地输气管道优化装药结构设计提供了理论依据。     

Effect of surrounding soil on stress–strain response of buried pipelines under ground loads

In order to determine the stress–strain response of buried pipelines under the ground load, the pipeline–soil coupling finite element model was established. The mechanical behaviours of buried pipelines in the soil stratum and the rock stratum, as well as the effects of surrounding soil's elasticity modulus, Poisson's ratio and cohesion on stress and strain of buried pipelines were investigated. The results show that the maximum von Mises stress, high stress area, axial strain and plastic strain increase with the increasing ground load. Buried pipeline in the soil stratum is more prone to failure than in the rock stratum under the same ground load. The maximum axial compressive strain appears at the bottom of buried pipelines when there is no buckling, and the maximum tensile strain appears on the two sides. High stress area, the axial strain, the plastic strain and the plastic area decrease with the increase of the soil's elasticity modulus and cohesion. But the surrounding soil's Poisson's ratio has a small effect on the stress and strain of buried pipelines under the ground load. The results can provide a theoretical basis and reference for safety evaluation, repair and maintenance of buried pipelines.     

交通荷载作用下埋地管道纵向受力计算

为研究车辆行驶通过未经处理的埋地管道上方时管道纵向应力分布形式及其影响因素,采用Winkler弹性地基梁模型,提出相应的简化计算方法,并通过现场试验和数值模拟进行验证。对比理论计算、现场实测数据及数值模拟结果发现,三者所得的管道纵向应力分布规律一致,随管道埋深和管径变化的规律一致;由于存在荷载动力放大效应,管道实际纵向应力明显大于理论计算结果。结果表明:运用Winkler弹性地基梁模型和本文的简化方法计算交通荷载作用下埋地管道纵向应力是可行的;理论计算公式中附加应力扩散角和地基系数取值会对计算结果产生一定影响,但影响较小;可引入动力影响系数对计算结果进行修正,并给出影响系数的建议值。     

高压输气管道穿越河流的结构动力学分析

长距离高压输气管道常常由于自然条件限制而穿越河流,在服役中还会因人为生产活动或地质灾害造成地貌的改变而形成穿越河流现象。高压输气管道在水流尾流旋涡的作用下产生涡激振动,对管道结构的运营造成安全隐患。首先采用流体Fluent有限元软件模拟了高压输气管道在不同流速下的绕流,获得了涡激升力系数。然后将流场分析中提取的涡激升力作为动态边界条件,利用Ansys有限元软件对高压输气管道的涡激振动现象进行了动力学分析。获得了固支条件下管道的动态应力响应、频响曲线,计算了不同约束条件下避免发生共振时的临界长度。本文提供的方法和结论对高压输气管道结构的风险评估、工程设计和防灾减灾具有重要参考价值。     

Vibration velocity control standard of buried pipeline under blast loading of adjacent tunnel

With the rapid development and construction of China’s transportation system, more and more projects are being conducted near existing buried pipelines, which will inevitably influence the safety of the pipelines. Among the safety issues related to buried pipelines, blasting during the construction of an adjacent tunnel is one of the most adverse factors for existing pipelines. To ensure the safety and normal operation of the pipelines, a method for determining the peak vibration velocity control standard for buried pipelines under blast loading is established in this study. The acceleration time-history function that acts on the rock mass under the blasting seismic wave is derived as external excitation acting on the pipeline. By using the acceleration time-history function as input and combining it with a dynamic and static analysis of the pipeline, the critical vibration velocity of pipelines under the action of blast loading can be determined by the von Mises yield criterion of the buried pipeline material. Using the Dashanpi No. 1 tunnel project in Shenzhen, China as a background, the critical velocity control standard for buried pipelines under tunnel blast loading can be set at 190 mm/s without considering either the initial defects or the corrosion conditions during the operation.     

土体塌陷范围对埋地管线影响的研究

土体塌陷是导致埋地管线破坏的重要原因之一。为分析土体塌陷时埋地管线的受力情况,通过ANSYS有限元软件,将管线模拟成四节点薄壳单元,用等效土弹簧来模拟无限长埋地管线的边界,采用均布荷载加载来模拟埋地管道上方土体的作用,分析了不同范围土体塌陷情况下埋地管道的受力特性。通过模拟分析了埋地管线的应力应变,得到了埋地管线的控制截面,可为埋地管线的设计提供一定的理论依据。     

埋地燃气管道失效风险的时间效应预警模型

埋地燃气管道失效风险预警在制定防控预案保障管道安全运行中占据重要地位,为提高多因素影响下埋地燃气管道的失效风险预警水平,提出埋地燃气管道失效风险的时间效应预警模型。该模型将管道失效风险的时间效应纳入失效预警体系构建中,采用灰色系统理论分析埋地燃气管道失效影响因素的时间效应,开发多因素影响下的综合失效概率时间效应预测模型并应用失效概率转换函数将估计失效概率转换为年失效概率,实现燃气管道失效风险级别与预警等级的快速判定。作为实例将该模型应用于常州市埋地燃气管道的失效风险预警,结果证明该模型高效可靠。     

城镇燃气管道网格化动态后果评估方法研究

介绍城镇埋地燃气管道风险评估的研究现状。从城镇燃气管道事故后果出发,收集经济、人口、社会、政治等影响因素,将时域分析与地域分析相结合,动态评估网格后果。经济影响通过建筑物属性、数量和面积来表征,人口影响通过人口属性和人口密度来表征,社会影响通过社会关注度、市政设施来表征,政治影响通过重大政治活动和重点保驾区域来表征。基于经济、人口、社会和政治方面的影响因素,结合雷达图分析法实现网格化动态后果评估。结合算例进行计算。     

交通荷载下城市路面塌陷问题的试验研究

地下管线渗漏与交通荷载是引起城市道路塌陷的重要原因。本文采用8组室内缩尺模型试验,考虑了荷载类型、管线埋深、管线与流失通道间距、管线与流失通道相对位置和流失通道形成时间等因素,研究了管线渗漏引起的路面坍塌问题。试验结果表明:当流失通道形成较晚时下伏侵蚀空洞呈球形,其余情况下侵蚀空洞形状皆为漏斗形;仅有静荷载作用时,达到最终破坏的时间比仅有动荷载作用时要长;较小的动荷载,能增加渗漏管线上方土体的稳定性,而较大的动荷载则加快了路面塌陷过程;随着流失通道形成时间的增加,形成侵蚀空洞尺寸就越大,地表越容易塌陷;随着流失通道与管线的间距增加,最终路面破坏时长也增加;位于管线上方的土层厚度越大,地下空洞尺寸和地表沉降就越小。