湿陷性黄土地区埋地管道稳定性分析

湿陷性黄土浸水后易产生自重湿陷,黄土的强度会大大降低,并对沿途埋地管道的安全运行产生威胁.为了研究埋地管道在湿陷性黄土地区的稳定性,基于有限元方法,分析了外径和壁厚不同的管道在湿陷时产生的位移、应力和应变;采用特征值屈曲理论,研究了一定条件下埋地管道在黄土灾害中所能承受的极限长度.结果表明,增大管道外径和壁厚、减少管道...     

悬空管道地震响应试验研究

为研究地震作用下悬空管道的动力响应,设计并制作简易悬空管道试验装置,开展2种加载工况下9根管道的拟动力试验,研讨悬空长度、埋深及管径等因素对悬空管道地震响应的影响。研究结果表明：在地震荷载作用下,以管道悬空段中心为对称轴,管道应变近似反对称分布在管道的两侧,且管道的峰值应变出现在悬空管道的悬空段与土体交界处附近;在大位移条件下,管道峰值应变随管道悬空长度的增大而增大,随管径的增大而减小,随埋深的增大而减小。     

河流穿越高压输气管道悬空长度的动态演变过程及临界状态的数值方法研究

针对河流对穿越高压输气管道支撑边界的冲刷导致悬空长度变化的动态演变过程,利用ANSYSMultiphys-ics软件建立河床一管道一水流3维有限元整体模型。运用顺序耦合法实现了穿越高压输气管道由于水流冲刷引起悬空长度不断变化条件下流体与固体结构间双向耦合的动力学仿真。针对西气东输的实际高压输气管道,获得了在不同悬空长度和水流速度下管道的动态应力应变场及热点应力,基于强度准则确定了不同壁厚管道在不同流速下的临界悬空长度。提出的河流穿越高压输气管道悬空长度的动态演变过程及临界状态的数值方法,可为河流穿越输气管道的安全监测及风险评价提供理论支撑。     

加筋防护埋地管道静载特性的数值模拟与参数分析

目前城市市政工程埋地管道的安全与防护是管理部门日益关注的重点,论文基于有限元数值模拟了静载作用下格栅加筋防护埋地管道的力学响应,综合对比研究了筋材埋深、长度和加筋层数等因素对埋地管道的力学与变形影响,数值计算结果表明:综合管道应力、变形和加载板极限承载力,确定了顶层筋材最佳埋深和长度分别为0.4倍加载板宽度和5倍管道外径;同等条件下,增加格栅加筋层数,地表加载板极限承载力显著增加,且在距中心点相同距离时,底层筋材的应力最大,顶层筋材的应力相对较小。     

基于有限元分析的冻土区埋地腐蚀管道力学行为研究

针对埋地管道设计未充分考虑作业过程中管道受冻胀和腐蚀作用时的受力变化情况,根据冻土区埋地腐蚀管道的复杂性,以及冻土区埋地管道受力变形破环因素,建立适用于冻土区埋地腐蚀管道的有限元模型,研究了环境温度、腐蚀深度和长度等因素对管道应力的影响。结果表明,影响冻土对腐蚀管道作用的因素主要为抬升高度及端部拉应力,抬升高度导致腐蚀管道的应力及应变线性增加,但端部拉应力的作用效果与其相反;管道的应力应变与腐蚀深度的二次方成正比,腐蚀长度的增加导致管道应力及应变先急剧增加,且长度大于150 mm时,管道力学性能在一定范围内小幅波动。研究结果可为冻土区埋地管道的设计提供一种新的思路和方法。     

土体沉降对管道跨越结构水平管段应力场的影响分析

跨越结构是长输埋地管道建设中较为常见的结构,由于它的特殊结构,非常容易受到土体塌陷等地质灾害的影响。建立跨越段埋地管道与土壤相互作用的有限元力学模型,研究了跨越结构水平管段应力场的变化规律。详细分析了跨越结构水平管段长度对水平管段应力场的影响;重点分析了当跨越结构水平管段的长度为20m时,水平管段内的最大应力随沿河土体沉降范围的变化情况。通过研究发现,土体沉降的范围与管道跨越结构水平管段的长度对管道跨越结构应力场的影响较大。     

水平受荷桩桩周土体应变范围研究

为明确土体应变范围,通过三维物理模拟加载系统开展4组不同桩基埋深下的单桩水平静载试验,通过桩前土压力数据引入最大应变截面积S0和最远应变距离L两个参数,并以此为基础,在已有应变楔形模型上,通过公式推算,得出桩周土体应变范围随水平荷载和桩基埋深的变化情况。通过试验获得桩顶位移-荷载曲线图和桩顶位移-埋深曲线图,通过理论计算可知,桩周土体应变范围和最远应变距离随水平荷载增大呈类S型函数非线性增大,随桩基埋深增大呈类指数型函数非线性减小,应变范围和L随荷载等级及桩基埋深变化呈现良好的协同性。当桩土应力应变过程进入塑性阶段或桩基埋深增大到一定程度后,土体应变范围逐渐趋于平稳。提出了L与桩基埋深的函数关系,可为桩基布设位置的选取提供一定参考。     

跨断层埋管力学行为的多参数模拟分析

为研究断层错动对埋地管道的影响,采用有限元软件ABAQUS进行数值模拟,建立三维管土相互作用的非线性有限元模型,分析断层位移、管径、壁厚、断层及场地类型等参数对管道受力与变形的影响.研究结果表明,管道主要的破坏形态为受拉破坏;断层位移较大时,管道在逆断层作用下的应变反应要大于在正断层作用下的应变反应;场地类型对管道受力与变形有较大影响;增加管道的壁厚能够明显减小管道的拉伸应变峰值,有利于增强管道的抗力性能;断层位移较小时,采用小口径管道能够减轻管道破坏.     

洪水灾害下管道的力学计算

为了研究流动水动力、浮力、管体以及输送介质重力、土壤地基抗力对管道的共同作用,建立洪水作用下的管道力学分析模型,选用数值分析方法和有限元方法计算了管道的应力及应变。结果表明,两种方法的计算结果较接近。依据该有限元模型,分析了洪水流速和穿越距离对管道应力及应变的影响。结果表明,当流速大于3.0 m/s时,管道应力和应变随流速的增加趋势加大;当穿越距离增加时,堤岸处管道最大应力和轴向应变逐渐增大,但增幅逐渐减小;当穿越距离小于160 m时,河流中部管道的应力和轴向应变随着穿越距离的增加而增大,当穿越距离大于160 m时,应力和轴向应变随着穿越距离的增加而略有减小。对榆⁃济线埋地悬空管道进行了安全评估,结果可知即时应力为178 MPa,悬空管道安全。     

输油管道梁式直跨段弯管处应力的数值计算

在长输埋地管道的施工中, 由于地形复杂多变, 弯管被广泛应用于管路系统当中。因为弯管具有特殊的形状和结构形式, 所以弯管不但可以改变管道的轴线方向, 而且增加管线的柔性。但是, 在特殊的环境条件下,弯管往往是管路系统中应力集中的部位, 在一定的条件下会引起塑性变形, 给管道的安全运行带来隐患。应用有限 元分析软件, 对埋地输油管道的特殊点处( 弯管) 的应力进行了数值计算与分析, 得到了埋地输油管道在管路穿越段局部承受径向压力载荷时弯管处 V o nM i s e s应力分布规律, 以及当载荷长度、 弯管角度和曲率半径对弯管所受应力的影响规律。     

Submarine Pipeline Lateral Global Buckling and Buckling Failure Critical State Discussion

深海高温管线水平向整体屈曲破坏临界状态分析

洪兆徽, 刘润

（天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室, 天津 300072）

创新点说明：

1） 在分析国内外已有土体对水平向运动管线的约束力模型的基础上,通过室内模型试验,改进和修正了土体约束力计算方法,建立了随水平向位移变化的动态土体约束力模型;

2）在有限元分析中引入动态土体阻力模型,基于更为真实的管土相互作用接触本构上对管线的整体屈曲和破坏进行了分析;

3）研究了管线的水平向整体屈曲和破坏极限,探究了不同形式破坏下的差异。

关键词：深海管线;水平向整体屈曲;管土相互作用分析;数值模拟研究;后屈曲临界状态

     

弯矩作用下玻璃钢内衬再生复合管稳定性能分析

为研究弯矩作用下玻璃钢内衬再生复合管的稳定性能,采用有限元分析软件,基于层间双线性本构关系,建立玻璃钢内衬再生复合管有限元模型,分析外管腐蚀程度和内衬层厚度对玻璃钢内衬复合管稳定性能的影响,得到复合管受弯作用的应力云图并提取弯矩-管道中心点位移曲线。结果表明:外管壁与玻璃钢内衬层之间的层间作用力在一定程度上限制了管道变形的快速发展,提高了复合管的极限弯矩与因屈曲导致管道失稳破坏前的抗变形能力。带腐蚀坑的复合管道的变形与应力主要集中在腐蚀坑最深处周围,随着腐蚀深度的增加,弯矩极值逐渐降低。     

冻土区融沉滑坡对埋地管道的应力影响

位于冻土区斜坡带的埋地管道,当冻土发生融沉现象时,因土体沿斜坡向坡底滑动形成冻融滑坡,其应力分布受到很大影响,可能会导致管道应力集中甚至塑性变形的现象。针对位于角度不同的冻土区斜坡带的埋地管道,当管道受到冻土融沉和冻融滑坡影响时,对管道的应力变化情况进行了数值模拟,分析了斜坡带埋地管道的应力分布,研究了斜坡角度和融沉长度对管道应力的影响。研究发现,受到融沉滑坡影响,管道不同位置呈现不同的应力形式,且斜坡角度影响不同位置管道所产生的应力。研究结果可为埋地管道的安全运行与施工建设提供理论依据。     

轴向冻融滑坡对埋地管道的应力影响分析

冻融循环是冻土区埋地管道主要的安全隐患,它不仅给管道带来额外的应力,而且会改变地形结构特殊区域原有的地质特性,在特定的条件下造成地质灾害的发生。系统研究了因冻土融化而产生的冻融滑坡给管道应力带来的影响,而且分析了不同位置的轴向滑坡对管道应力的影响。通过模拟分析可知,不同位移的轴向滑坡对管道应力产生的影响差异很大;改变滑坡的位置,对管道的应力也会产生较大的影响。对受冻融滑坡影响的管道进行的模拟分析结果,可很好地反映应力变化情况,可为冻土区埋地管道的施工建设提供理论依据。     

土体沉降位置对管道跨越结构应力影响的数值计算

当土体发生沉降时会使管道产生额外应力,给埋地管道带来安全隐患。埋地管道跨越结构的受力较为复杂,因此建立了跨越段埋地管道与土壤相互作用的有限元力学模型,分析了采用不同角度跨越结构时,管道跨越结构的应力变化情况。此外,根据该模型,详细分析了跨越段附近不同位置土体发生沉降时管道应力的变化情况,重点研究了当跨越结构中斜管段与水平方向夹角为50°时管道内的最大应力随土体沉降位置的变化情况,可为埋地管道的施工建设提供理论依据。