岩溶塌陷区埋地管道的挠度和应力分析

为了弥补采用弹性地基梁模型模拟塌陷区埋地管道与实际不符合的情况,兼顾Winkler弹性地基梁和弹性基础上的连续梁建立了岩溶塌陷区埋地管道的力学分析模型,并结合塌陷影响区与非塌陷影响区间的变形协调性,通过求解管轴挠曲线微分方程,得出了岩溶塌陷区埋地管道的挠度和应力的综合计算方法。通过与基于ABAQUS有限元模拟的仿真结果进行对比分析,表明该方法能够在满足精度要求的同时简化岩溶区管道工程的力学分析过程,可用于岩溶区埋地管道的工程实践。     

跨断层埋地输气管道有限元模型建立与分析

利用ANSYS软件建立了跨断层埋地管道有限元模型,将埋地管道及其周围土体作为整体从地球半无限空间中取出,引入SHELL 281单元和SOLID 45单元分别对管道和土体进行离散,将管道模拟为薄壁中空圆柱结构,土体模拟为均匀实体介质。在保证计算精度的前提下,结合实际情况,基于状态非线性理论,建立了管土非线性接触模型,模拟管道和土体的滑移、分离和闭合现象;采用有限元技术分析了埋地管道与周围土体在断层错动下的相互影响,确定了模型的有效计算区域;进而提出了跨断层埋地输气管道三维多重非线性有限元数值计算模型。用所建模型及规范中方法分别对工程实例进行计算,并将所得结果进行对比分析,证明所建模型的合理性和准确性。     

斜滑断层作用下埋地管道的力学性能试验研究

为研究跨斜滑断层作用下埋地管道的破坏机理和力学性能,设计了土箱装置进行跨斜滑断层的模型试验,并利用有限元软件进行数值模拟,研究了不同错距下管道的应变分布特点及管道变形情况。试验结果表明:埋地管道在斜滑断层作用下,管道的变形呈反对称状,远离断层的管段应变值较小,且随着土体一起运动;管轴上最大拉应变和压应变出现在断层面附近,且都随着断层错移量的增加而增大;对于管径较小管道,当错移量较大时,容易发生塑性应力集中现象;埋深较大的管道,其峰值拉压应变都较大,更容易出现塑形变形;增加管道的壁厚可以明显减小管道应变及变形,可有效减轻管道破坏。数值模拟结果与试验值非常接近,验证了所建模型的合理性,研究结果可为相关跨斜滑断层管道力学性能分析奠定基础。     

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。     

活动断层区埋地管道的地震反应分析

本文对埋地管道在断层运动作用下的特性参数进行了分析计算，按照我国现行规范给出的输油气埋地钢质管道抗震验算方法，对管线穿越角、管壁厚、埋深、土壤密度、管－土摩擦角等特性参数对管道抗震性能的影响进行了图形分析；对于给定的管线，通过改变其特性参数，利用计算机程序绘制的图形，可给出管线穿越断层区时满足抗震要求的各主要参数的限定值。此种分析计算对于管道的抗震设计与施工具有一定的实际意义。本文也把此种分析计算结果与Newmark－Hall、Kennedy的计算结果进行了比较。     

断层错动作用下埋地管道反应分析方法综述

埋地管道作为石油天然气工业的地下生命线,不可避免地穿越活动断层,研究断层大距离错动作用下埋地管道反应具有重要意义。从理论研究和实验研究两方面论述了断层错动作用下埋地管道反应研究现状,分析了不同方法所采用的力学模型及管-土相互作用模型的发展方向,总结了前人的研究成果以及存在的不足。针对当前技术的不断发展,指出进一步研究方向。     

基于应变设计的跨斜滑断层埋地管道地震反应分析

中亚天然气管道D线工程穿越大量活动斜滑断层,埋地管道受断层错动影响极大,在断层错动作用下管道极易发生大变形,管道内部因产生较大应变而失效破坏。目前国内对基于应变的管道设计研究较少,并主要对拉应变进行分析,缺乏对压应变的研究,同时现有的解析方法对跨斜滑断层管道应变问题无法求解。因此研究跨斜滑断层埋地管道的设计应变意义重大。为此,采用非线性有限元分析方法,建立了ABAQUS数值模型,基于应变设计对跨斜滑断层埋地管道反应进行了研究,分析了埋深、管道直径、壁厚、管道内压和土体压缩模量这5项参数对管道拉应变、压应变的影响。通过对中亚天然气管道D线工程实际工况的分析,利用MATLAB软件拟合获得了管道最大拉应变、压应变的回归公式。研究结果表明:(1)管道拉、压应变分布规律不同,管道拉应变随断层位移增大而增大,管道压应变随位移先增大而后减小;(2)工程中采用浅埋软土、小直径厚壁管道及低管压等措施均有利于管道对断层错动的抗震设防;(3)回归公式能为跨斜滑断层埋地管道工程的设计与安全评价提供参考。     

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。     

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。     

跨断层埋地管道研究述评

1·跨断层埋地管道的分析研究状况永久地面运动区域内管道的表现与管上是否强加压缩或拉伸变形有密切关系。当埋地管道受到大断层位移影响时,管道将遭受弯曲和轴向变形。轴向变形可能是轴向拉伸或压缩,视相对运动方向及管道和断层之间的交角β而定。管道弯曲和轴向变形的组合可     

逆断层作用下碳纤维预增强管道应变响应研究

为了研究碳纤维复合材料(CFRP)对逆断层作用下埋地管道力学响应行为的影响,基于ABAQUS建立了三维逆断层作用下碳纤维预增强埋地管道数值仿真模型。采用基于应变的评价准则,研究了不同CFRP缠裹厚度、长度和角度对管道力学响应行为的影响。研究结果表明：对于无CFRP缠裹管道,随着断层位移的增加,上盘处管道率先发生应变突变,但变化程度低于下盘处管道;缠裹10 mm厚的CFRP就能够较大程度地增强管道抵抗断层位移的能力,降低管道轴向应变值;缠裹长度对管道屈曲位置有较大影响,缠裹角度对屈曲位置影响较小,但较小的缠裹角度更有利于增加管道抵抗断层位移的能力;在实际穿越断层的油气管道工程中,可以在断层面附近处的管道缠裹CFRP,缠裹厚度可取20 mm,缠裹长度在断层面两端宜大于20 m,缠裹角度取较小值15°。所得结果可为工程设计及现场施工提供参考。     

跨断层埋地输油气管道抗震研究述评

埋地输油气管道地震破坏通常发生在活动断层,因此,有必要对目前国内外埋地管道的断层错动反应进行分析,以避免或减轻跨断层管道在未来地震中的破坏。综述了理论解析法、数值分析法和试验研究法等三种国内外近几年跨断层埋地输油气管道断层错动反应分析方法,比较三种方法的优缺点,指出各方法中存在的问题。从新建管道项目和已建管道两方面着手,分析目前常用的跨断层埋地管道的抗震措施,提出今后跨断层埋地管道的研究趋势。     

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。     

跨断层埋地输气管道应变计算方法研究

为了既能节省时间,又能使计算较好地体现跨断层管道的真实反应,基于所建力学模型,分别对正断层和逆断层作用下埋地输气管道的反应进行分析研究,采用非线性拟合和线性拟合两种方法,对管径、壁厚、管道埋深、管材特性、穿越角、土体内聚力以及管道内压等不同参数进行无量纲修正,同时考虑管道发生塑性应变集中以及管道发生屈曲的情况,提出适用于工程设计的计算埋地输气管道最大应变值的简化计算公式。通过实例对不同计算方法进行了分析比较,计算结果验证了简化计算公式的合理性,进一步证明当断层错动量较大时,采用土弹簧模型对管土作用进行模拟所得到的结果偏不安全。     

基于PHOENICS埋地输油管道非稳态传热数值研究

埋地输油管道非稳态热力研究能为热油管道间歇输送过程中确定停输时间以及再启动等问题提供基础。通过分析埋地热油管道的几何特性，建立了有限区域内非稳态热油管道土壤数学模型和边界条件，使用PHOENICS软件对数学模型进行了求解。模拟结果与工程现象吻合较好，证明了利用PHOENICS软件完全能够对埋地输油管道土壤温度场变化规律进行研究，提供了研究捷径。     

断层内含体积型缺陷的埋地管道错动反应分析

基于实体模型和土弹簧模型,分析了含体积型缺陷埋地管道在断层错动下的应力应变反应,探讨了断层内含缺陷管道和无缺陷管道在错动作用下应力应变分布的差异。研究了不同缺陷深度、面积和位置等因素对管道顶部和底部应力应变的影响;基于有限元计算的等效应力应变、ASME B 31 G圆周断裂应力和管道的容许应变,建立了含缺陷管道错动反应的安全评判准则,分析了含体积型缺陷的埋地管道在断层错动下的安全性。当缺陷深度大于30管道壁厚时,对管道在断层错动下的安全性构成了威胁;当缺陷环向方向位于管底时,轴向方向位于管道的大变形段内时,对断层内管道错动反应的影响要高于其他位置;在一定数值范围内,缺陷面积对管道在断层错动下的安全性影响较小。     

大埋深油气管道防腐层破损检测技术研究

为了解决大埋深油气管道由于表面的腐蚀和破损对管道安全、高效、持续的运输造成的不利影响,针对大埋深管道进行防腐层破损检测研究。利用电磁波衰减的理论研究,对大埋深管道检测防腐层破损处的变化规律进行了分析;采用Comsol软件建立了相应的三维埋地管道仿真模型,模拟管道防腐层破损检测研究;通过对仿真模型的分析,得出了在不同埋深情况下、不同防腐层破损面积、不同频率的对应结果;研究确定了埋地管道防腐层更容易出现破损的位置。      

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。     

埋地管道弹性敷设的计算与放线方法

长输管道的弹性敷设具有施工方便、节省管件、受力良好、工艺合理等优点。本文提供了埋地管道和管沟开挖的曲率半径、弧形管沟标高的计算方法以及埋地管道弹性敷设的放线方法，并指出敷设施工时应注意的问题。     

管土耦合作用下长输直埋管道沉降分析

为保障管道输送的安全运行,对长输直埋管道的沉降问题展开研究。考虑直埋管道周边土体特征的影响,分析管-土之间的相互作用关系,建立了基于Drucker-Prager弹塑性准则的管土相互作用模型。应用有限单元法建立管土接触三维有限元模型,管道与周边土体采用三维实体单元进行离散,管土相互作用面采用非线性接触单元进行模拟。以某直埋管道为例,分别对管土同步沉降初期和管道局部悬空沉降进行了数值模拟和分析,悬空沉降分析中考虑了管-土初始应力和初始位移的影响,得到管道在不同沉降阶段的应力结果和力学特征;通过模拟不同土体弹性模量,得到了敷设土体特征对管道变形的影响规律。直埋管道有限元模型的建立可实现对长输直埋管道沉降变形研究,为管道的安全性分析提供了参考。