大中型斜拉索管桥清管动力特性分析

大中型管桥常常是油气输送管道系统中的关键部位,呈现高次超静定、高柔性的结构特点,清管过程中形成的积液会在管桥处产生强烈的冲击动载荷作用而破坏管桥结构的稳定性。为此,考虑斜拉索管道跨越结构恒载产生的初始内力、拉索垂度等几何非线性因素,将塔架简化为变截面梁,建立了斜拉索管桥清管动力分析有限元模型。按照管桥积液流动具有的移动荷载时间历程的特性,采用荷载步施加动载荷。结合实例分析了不同清管工况条件下斜拉索管桥跨越结构的振动位移、临界积液长度以及临界清管速度,从而为现场安全清管作业提供了依据。     

斜拉索管桥的模糊优化设计

建立了斜拉索管桥的非对称模糊优化模型.在该模型中作者考虑了设计人员在选取设计系数和确定地基承载能力时的主观不确定性因素.通过采用三级模糊综合评判方法对优化模型中的模糊因素进行综合评定,不仅使工程设计人员的实践经验在斜拉索管桥的方案设计中得到了定量反映,而且将斜拉索管桥的非对称模糊优化模型转化为普通优化模型,从而使处理斜拉索管桥普通优化设计的优化方法同样适用于解决斜拉索管桥的模糊优化设计问题.所给算例表明,采用模糊优化设计方法得到的斜拉索管桥设计方案在技术上更为可靠,经济上更加合理.     

相似理论的斜拉索管桥力学特性研究

利用相似理论搭建了斜拉索管桥的模型实验系统,进行了斜拉索管桥的静力学分析实验,同时采用数值模拟的方法对该管桥进行了非线性有限元分析,用模型实验来验证数值模拟结果的可靠性。通过对比斜拉索管桥在空载、集中载荷以及拉索断裂等工况下的实验数据与模拟数据,分析得出模拟数据的最大偏差在11％以内,模拟结果与实验结果吻合性良好,采用的数值模拟方法可以用来解决斜拉索式管桥工程实际问题。     

房亭河斜拉索管桥的施工

房亭河斜拉索管桥,全长181m,主跨81m,管径1628mm,是目前管道局所承担的最大口径的一座输水管桥。该管桥跨越河面54.2m,采用双向斜拉索结构形式,将斜拉索呈扇型布置于铁塔两侧,增强了管桥刚度和抗振能力,改善了管桥侧向位移。管桥总计136t,分主跨81m,边跨管     

大型斜拉索管桥在平面外的横向位移分析

管道建设中常遇到河流、湖泊、沼泽、山谷、冲沟等自然障碍物或人工构筑物,为在工程技术上克服这些困难,需采取穿跨越方式通过,大型斜拉索管桥就是一种常用的跨越型式。通过计算方法研究,提出了一种新的简明计算斜拉索管桥平面外的横向位移分析方法,推导了斜拉索对承重管的横向约束刚度公式。以西乡-汉中、汉中-安康输气管道工程石泉汉江斜拉索管桥为例,通过对横向风荷载、横向约束刚度的分析,详细计算了管桥的横向位移,讨论了该方法的精度问题。该方法对今后斜拉索跨越管桥的初步分析与方案比选提供了参考意义。     

斜拉索管桥几何非线性分析的三维有限元模型

根据斜拉索管桥的实际结构特点,建立了三维有限元计算模型。针对输送管道的薄壁结构特征,在弹性薄壳理论的基础上,引入Karman挠曲系数以及应力增强系数,建立了曲管单元的计算模型;同时考虑了斜拉索的垂度效应、边界条件等结构参数对斜拉索管桥的影响。结合实例,对恒载作用下斜拉索管桥的结构、几何形状与内力进行了仿真计算,数值计算结果与实测结果吻合,说明应用该有限元模型能够精确进行几何非线性分析。     

清管过程中悬索管桥的动态载荷分析

野三河跨越悬索管桥是川气东送工程的关键结构之一,清管过程中悬索管桥的动态载荷分析对管道的安全运行具有重要的作用.针对悬索管桥建立了动力学有限元模型,采用变载荷的施加形式分析了泡沫清管器在极端环境下的清管过程,研究了悬索管桥在清管过程中的动态响应和安全性,为跨越悬索管桥的清管作业安全提供了理论依据.     

深水钻井作业管柱纵向振动载荷分析

深水钻井作业过程中,管柱在平台升沉振动的作用下产生纵向振动载荷,影响管柱的强度安全。以深水下表层套管作业管柱为例,建立了具有复杂结构的深水作业管柱纵向振动力学模型,并利用振动力学理论分析了管柱的纵向自由振动特性及纵向受迫振动载荷。分析结果表明,在平台升沉振动的作用下,作业管柱的纵向振动以第1阶振型为主;管柱顶端截面上的纵向振动载荷最大,是作业管柱上的危险截面;当钻井平台的升沉振动周期接近作业管柱的固有周期时,将产生极大的纵向振动载荷;当表层套管下入深度较大时,采用壁厚大的钻杆作为送入管柱能有效降低管柱纵向振动所产生的轴向应力。该项研究结果可为深水钻柱和送入管柱的设计提供依据。     

组合拱式管桥整体可靠性分析

针对组合拱式管桥各构件的载荷效应和构件抗力对管桥整体结构性能的影响关系，将组合供式管桥简化成一个对称的由拱支墩、拱脚和拱顶3个单元结构组成的串联结构体系，应用系统可靠性评价的基本方法建立起了组合拱式管桥整体可靠性分析的基本模型，然后通过模糊综合评判法导出了计算组合拱式管桥整体可靠度的公式，并给出了应用实例。     

汉江跨越管桥的施工

魏荆输油管线汉江跨越管桥,全长为1045m,主跨为500m,是目前国内最大的一座输油管桥。无论在技术上还是在工艺上都有重大突破,为国内首创。该管桥跨越点水面宽达700多米,河床有很厚的松散砂层,要求一年内建成,工期紧迫,技术难度大,质量要求高,给这项工程建设带来一定的艰巨性和复杂性。我们结合工程特点,通过了风洞模型实验,采用双向空间斜拉索结构形式,将斜拉索呈扇型布置于铁塔两侧,使管桥轴向受压变为受拉,增强了管桥刚度和抗振能力,改善了管桥侧向位移,使主跨扩大到500m,简化了结构及施工工艺,节约了投资,缩短了施工周期。此外,在设计和施工中还采用了多项新技术,攻克了在浅水区域     

悬空管道送进装置的设计及应用

针对昆钢大红山管道悬索跨越工程施工中遇到的无桥面辅助条件下敷设管道的技术难题,设计一种悬空管道送进装置,将管道从跨越点一侧安全地发送到另一侧。文章主要介绍了悬空管道送进装置的结构、功能及应用情况。     

悬索式管桥应变影响因素研究

悬索式管桥的管道在风险状态下受力会产生变形,而管道的变形与力学安全相关。以长庆油田的悬索式管桥为原型,建立了悬索式管桥的模拟试验系统,详细研究了管道内流体体积流量、外加集中载荷和吊索断裂3种因素对管道应变的影响。试验结果表明,在不同体积流量下,管道应变曲线的变化趋势是一致的。在一定载荷内,管道的应变随集中载荷的增大而增大,管道的应变曲线成类似于正弦波的形状,且周期无明显变化。管道的最大应变发生在集中载荷作用点处。隔组破坏5组吊索后,管道仍未发生严重变形,证明悬索式管桥具有较好的稳定性。     

山区峡谷大跨度管道桥风致响应

山区气象条件非常复杂,气流对跨越山区峡谷的管道桥将产生非常不利的影响,大跨度管道桥的抗风问题已成为管道桥设计中重要的考虑因素。针对山区峡谷大跨悬索和斜拉管道桥两种类型的跨越结构,总结山区峡谷管道桥设计风参数的选取方法,得到了两座管道桥桥面高度处设计风速。通过节段模型风洞试验,获取了两种类型管道桥主梁的气动力系数,为桥梁的抗风设计提供了重要参数。基于全桥气弹模型风洞试验,总结了管道桥气弹模型的相似关系,给出了管道桥主梁、大缆、拉索、桥塔和桥墩各构件模型的设计和制作方法,特别是主梁模型设计中用到的“U”型弹簧设计方法,试验最后得出了这两类管道桥的风致响应特征。研究结果表明,跨度300 m以下桁架管道桥具有很好的抗风安全性,为以后类似的管道桥设计提供参考和依据。     

ABSTRACTS OF SELECTED ARTICLES

Liao Kexi(Southwest Petroleum Institute, Chengdu),Zhang Huaixin, He Lijuan, et al. Analysis of simulative test data for pigging operation of cable-stayed pipeline bridge. CPM, 2004, 32(12): 1-3     

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研究组合拱式管桥可靠性分析中的载荷处理问题。基于这种管桥所受可变载荷的随机性，采用平稳二项随机过程作为可变载荷的概率模型，并利用该模型的基本特性，通过一定的教学变换得出了设计基准期内可变载荷最大值的概率分布函数ＦＭ（ｘ）与任意时点概率分布函数Ｆ（ｘ）之间的实用关系式。然后，针对一组在５０年设计基准期内组合拱式管桥输送介质内压、环境最高气温和环境最低气温的模拟数据以及建筑部门对风载荷的统计结果，推导了这些可变载荷统计参数（均值和标准差）的计算表达式。其结果可作为组合拱式管桥可靠性分析与设计的参考。     

海底管道立管系统弯头部位静、动荷载分析

海底油气管道中流体的不稳定流动会诱发立管系统的振动,使立管系统弯头部位发生疲劳破坏,影响管道的使用寿命。基于段塞流特征参数的经验关系式和简化的段塞流运动模型,提出了一种分析立管弯头部位静、动荷载的计算方法。实例计算表明:弯头部位的动反力比静压力低2个数量级,实际分析时可忽略动反力的影响,认为段塞流对管道的冲击力近似等于管道所受到的静压力;流速对立管弯头部位的静、动荷载变化规律的影响极为明显。     

勐岗河大型悬索跨越管道成桥状态下非线性静力有限元分析

云南楚雄—四川攀枝花天然气管道工程勐岗河悬索跨越管道因采用了一跨过河的方式架设,其在清管时产生的变形和应力不可忽视,为了获取清管动力响应特性的初始条件,需要先进行成桥状态下的非线性静力有限元分析。为此,首先基于ANSYS Workbench软件建立了1∶1的仿真模型;然后分析了存在一定起拱高度时,跨越结构在自身重力作用下各部分的应力大小;最后通过对跨越管道施加不同的静载荷,计算了管道的应力和位移并进行了校核。研究结果表明:①所建存在一定起拱高度的跨越结构仿真模型在自身重力作用下的应力与位移均低于许用值,并且与现场测试数据偏差较小;②试压工况下,管道最大应力位置出现在南岸桥面管道开始起拱处而非跨中部;③随着施加载荷的增加,管道的最大应力和位移也不断增大,但整体位移变化较小而应力最先达到许用应力值;④受起拱高度的影响,跨越管道在外载荷作用下各部分的位移变化和极限应力出现的位置均存在着特殊性。结论认为,该研究成果为后续同类型的跨越结构清管动力响应研究奠定了基础。     

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。