断层两侧土体对输气管道穿越地震断层的影响

关于埋地管道穿越地震断层的问题,现有文献对梁-壳混合模型中梁-壳单元连接处的耦合问题并未深入研究。鉴于此,考虑梁-壳单元在连接处的耦合效应,给出了梁-壳单元耦合的刚度矩阵方程,并据此建立了输气管道穿越地震断层的梁-壳-土弹簧力学模型。利用该有限元模型,分析了断层两侧土体性质差异对输气管道受拉侧和受压侧最大轴向应变的影响规律。分析结果表明:土体性质较强一侧的管道最大轴向应变明显高于土体性质较弱一侧的管道最大轴向应变;断层两侧土体容重和内摩擦角差异对最大轴向应变有较大影响,而土体内聚力差异对输气管道最大轴向应变的影响均较小。研究结果为输气管道穿越地震断层的安全评价提供了理论依据。     

基于应变设计方法在新粤浙断层区管道上的应用

新粤浙管道是我国即将建设的最长煤制气管道,针对其穿越活动断层管段采用基于应变的方法设计。介绍了管道基于应变设计准则,明确了基于应变设计校核标准及应用范围。基于非线性有限元法,给出了穿越活动断层管道应变计算数值模型,模型采用管壳耦合的方法在保证计算精度的同时兼顾了经济性。结合管道基于应变设计流程,给出新粤浙管道穿越活动断层实例的设计过程,为穿越断层区管道设计建设提供了参考。     

逆断层作用下埋地管道的模拟计算

文章基于应变的设计理念,采用壳单元等效边界模型,利用AN SYS软件实现了断层作用下埋地管道的抗震校核计算,并对断层作用下埋地管道的变形影响因素进行了分析,结果表明:断层错动量大小是影响管道变形的主要因素,管道的峰值应变随错动量的增加呈近似等倍数的线性增加;管道与断层交叉角度的不同会导致管道产生不同的失效形式,在倾角为75°的逆断层作用下,管道与断层交叉角度小于55°时表现为拉伸失效,交叉角度大于85°时表现为压缩失效;随着管道埋深的增加,管道的峰值拉伸、压缩应变均有所增加;提高管道壁厚可以使管道以较低的轴向应变为代价来吸收更多的应变能,因此提高管道壁厚可以降低管道的峰值应变。     

埋地管道通过逆断层的有限元分析

埋地管道通过的逆断层是油气输送管道抗震设计中最困难的地段,这是因为在逆断层位移作用下管道压缩分量大,容易产生屈曲失效。鉴于此,以某逆断层作用下埋地管道为例,利用有限元软件ABAQUS进行了管土作用分析,并采用基于应变的准则进行管道校核。对于范围大、布置复杂的地段采用管单元,土壤采用弹簧单元来模拟,可以满足工程使用的精度要求。计算结果表明,该埋管发生了压缩塑性变形,但仍然处于安全状态。研究内容可为埋地管道设计提供参考。     

大口径天然气管线穿越断层的管沟设计研究

为了保证埋地管线的抗震安全性,需要建立跨越断层埋地管线的力学分析模型、研究影响管道应变的因素并提出相应的抗震措施。目前,在埋地天然气管线抗震安全性研究方面,对管道应变影响最直接、最经济有效的管沟形状和尺寸这两个因素还没有予以研究。为此,应用有限元方法,首次建立了管沟尺寸及形状、管道埋深和回填土性质等因素对穿越断层埋地管线应变的影响分析模型,获得了不同管沟参数和回填土力学性质时的土弹簧参数,并应用ABAQUS软件进行了数值模拟分析,定量分析了管沟参数对管线应变的影响,最后根据基于应变的管道设计准则,提出了合理的管沟尺寸及形状,优化了穿越断层埋地管线的管沟设计,使管道应变降低了27.27%,有效提高了埋地管线的抗震安全性。     

日照-东明原油管道穿越安丘-莒县断裂带的抗震设计方案

报道了因日照一东明原油管道工程需穿越安丘一莒县地震活动断裂带而进行的抗震设防设计。介绍了与管道相交的活动断裂带的情况及评价、活动断层参数、土弹簧数据,以及管道设计、管道性能参数,并据此选择的断层位移作用下管道应变计算模型和计算结果,给出了应变校核结论、穿越断裂带处的管沟设计,以及工程所采取的其他抗震措施。该设计方案通过了业主和专家审查,并在工程中得到落实。     

地震载荷作用下长输管线穿越断层应变设计

穿越活动断层的埋地钢质管道在位移载荷作用下易产生较大甚至过量变形,传统的基于应力的设计准则已经不再适用。针对这种情况,基于应变设计方法,利用有限元软件建立了不同穿越断层工况下的管-土耦合模型,研究了地震烈度、断层错距、管径、壁厚、埋深及土壤内摩擦角对穿越管道最大应变值的影响规律,以及各随机变量对管道安全可靠度的影响程度。研究结果表明,地震烈度是地震波作用下穿越断层埋地管道轴向应变最显著的影响因素,埋深和壁厚次之;当地震烈度为Ⅱ度、断层错距为0.7 m时,强震区穿越埋地管道轴向最大拉伸应变值为2.28%,超过了容许拉伸应变。研究成果可为地震载荷作用下穿越活动断层区的长输管道的可靠性设计提供依据。     

输气管道穿越地震活动断层有限元分析研究

断层地震活动对管道的破坏效应包括断层位错、土壤液化以及地面波动,其中断层位错对埋地管道的安全影响最大。用ANSYS建立了输气管道穿越高地震区断层的应力-应变模型,计算了在断层错动作用下的管道应变,研究了各参数变化对管道应变的影响,并分析了其敏感性。结果表明,管道的材质、壁厚、埋深、土壤内摩擦角、管道与断层的交角对管道应变产生重要的影响,因此在管道穿越断层的模型设计中,建议从这几方面改善。     

隔水管万向节挠性元件刚度计算等效单元方法研究

隔水管万向节由多个挠性元件组成,有限元计算时需考虑挠性元件中橡胶-钢层状结构复杂的接触以及橡胶材料的非线性,导致计算效率低。研究了挠性元件的一种等效单元,可大幅提高万向节的计算效率。首先,利用ABAQUS软件中的弹簧单元、连接器单元和子结构单元对橡胶柱建立不同单元模型并进行有限元分析; 然后,基于有限元分析优选出最佳等效单元,建立挠性元件等效单元模型。最后,对挠性元件不同载荷下等效模型的拉伸刚度、压缩刚度和弯曲刚度进行分析,并与挠性元件实体单元模型分析结果进行对比。结果表明:基于连接器单元建立的等效模型可以有效代替挠性元件并提高计算效率。研究结果可以为隔水管万向节挠性元件的有限元分析提供参考。     

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。