具有上凸初始弯曲的埋地管道纵向稳定性

基于土的物理非线性、管梁的几何非线性和纵横弯曲问题,导出了具有上凸初始弯曲的埋地管道纵向稳定性计算的一系列公式,其中的一些公式稍加简化后就是CECS 15∶90《埋地输油输气钢管道结构设计规范》所推荐的公式,对这些公式的实用性进行了讨论。由于土的物理非线性是建立在实验基础上,数学力学演绎是严谨的,假设简化是合理的,所以文中所列公式是符合实际的,而且一般偏于安全,这已为实验和工程实践所证实。埋地管道纵向稳定性研究属大位移非线性力学范畴,一般很难得到解析解,因而导出的系列解析解是简单实用的。     

埋地管道的温度应力试验与计算问题

文章以大量的试验数据,证实了文献〔1〕中对埋地管道受力状况的基本论断,提出了“约束度”的概念,根据试验结果修正了式(1)。在分析和测试数据基础上,给出了包括地温和“约束度”因素在内的埋地管道温度应力的修正公式。     

埋地管道腐蚀规律初探

本文论述了埋地输油管道虽然采用阴极保护防腐,但在运行后发现尚有少数管道发生了腐蚀穿孔。究其原因是管道后期发生的腐蚀与初期施工质量差、阴极保护没有与管道埋地同期投入运行密切关系。文中提出有关“管中管”保温工艺的管道腐蚀是一个新的课题,目前的阴极保护方式及测量方法有待探讨。     

埋地柔性管道的应力和变形分析

作用于管顶的总有铲垂直载和管底上的竖直反力分别沿管子水平直径和基床宽度近亿说不过去均匀分布,而管子两侧的被动水平压力按抛物线规律分布。据此分析了埋地柔性管道在无内压和有内压作用两种情况下的内力和变形,导出了管环弯矩和挠度的一系列普遍计算式,并列举了钢管道沟埋穿越的计算示例。其中的一些公式可直接用于穿越公路和铁路钢管道的结构设计,还可指导其它柔性管的设计 。     

埋地管道坚曲线的精确计算与布设

长输埋地管道随地形的起伏,形成了管道的立面转角。为保证管道的安全运营,转角处需布设竖曲线进行连接。以往管道竖曲线的布设、设计所采用的“圆形竖曲线测设表”及“输气干线设计手册”中推荐的方法,其计算值与实际值存在误差,不能保证所要求的精度。现根据切线支矩的理论,导出了布设竖曲线的精确计算公式。此式精度较高,可按要求取之,并适合各种竖曲线类型的计算。文中对以往所用方法存在误差的原因进行了分析,并介绍了精确公式的推导过程、计算方法及具体要求。可供长输管道线路设计、施工人员参考选用。     

连续塌陷下埋地钢管力学响应研究

地层塌陷沉降是埋地长输管道常见的地质灾害之一.为研究连续塌陷下埋地钢管的力学响应规律,开展了连续塌陷下埋地钢管试验以及数值模拟,分析了连续塌陷过程中埋地钢管变形以及应力变化情况,并校核了塌陷地质灾害下管道力学理论计算结果.研究结果表明:在小范围塌陷时,随着塌陷范围增加,管道变形以及所受应力不断增加,管道中间位移及所受应...     

埋地管道应力分析方法

油气输送管道大部分为埋地管道,其应力分析与工艺管道不同,关键在于准确模拟管道与土壤的相互作用。结合国际上广泛运用的CAESARII和AUTOPIPE软件设计思路,阐述了埋地管道应力分析模型中对埋地管道离散化的理论基础和方法,模拟土壤与管道相互作用的原理以及相关数据的计算方法;对比分析了ASMEB31.4、ASMEB31.8及国内相关油气输送管道设计规范对管道应力的校核要求;结合工程实例深化了埋地管道应力分析方法,对于开展管道应力分析工作具有积极作用,有利于增进对于管道应力分析及管道应力安全问题的认识。     

穿越公路及铁路埋地管道的设计计算

穿越公路，铁路埋地管道的结构型式为有套管和无套管两种。详细讨论了这两种型式管道的强度，刚度和稳定性问题，给出了计算公式及参数取值，在强度和钢度的验算方面提出了新看法，通过实例分析，认为穿越钢管道在满足规范要求最小壁厚限制时，通常不会发生横截面的弹性失稳，即刚度控制的实质为强度控制。     

两臂对称埋地纵向弯头升温载荷下的计算问题

文章在文献[2]提出的“弹性抗弯铰”模型代替弯头解析纵向弯头升温载荷计算的基础上,应 用纵横弯曲梁的理论,解决了两臂对称埋地纵向弯头升温载荷下的热胀内力和位移计算问题。文末,以φ720×8的长输油气管道为例,说明了本文所提出的计算方法的全过程,又把主要结果与文献[4]进行了比较,并对文献[4]的计算模型提出了商榷。     

逆断层作用下X80埋地管道的非线性屈曲分析

埋地高强钢管道是油气长距离输送的主要方式,而地震造成的断层位移错动严重威胁管道的安全运行。建立了埋地X80高强钢管道在逆断层作用下的有限元模型,采用弯管与管单元模拟管道,非线性土弹簧模拟管土相互作用。考虑了管材、管土、几何大变形造成的非线性,模型采用非线性稳定算法,保证了求解的收敛性。依据西气东输二线工程参数,详细分析了逆断层作用下管道的两种屈曲失效形式,即梁式整体屈曲失效与壳式局部失稳失效。同时,讨论了断层倾角、管道壁厚及埋深对管道屈曲失效形式的影响。研究成果对穿越断层管道的设计与安全评价有一定的指导意义。     

《埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范》中若干问题的分析

通过对《埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范》的学习和实践，就规范中一些参数的物理意义、计算方法等问题提出了不同看法，以供研讨，目的是为了完善规范内容，提高规范的执行能力。     

逆断层作用下X80埋地管道的非线性屈曲分析北大核心

埋地高强钢管道是油气长距离输送的主要方式,而地震造成的断层位移错动严重威胁管道的安全运行。建立了埋地X80高强钢管道在逆断层作用下的有限元模型,采用弯管与管单元模拟管道,非线性土弹簧模拟管土相互作用。考虑了管材、管土、几何大变形造成的非线性,模型采用非线性稳定算法,保证了求解的收敛性。依据西气东输二线工程参数,详细分析了逆断层作用下管道的两种屈曲失效形式,即梁式整体屈曲失效与壳式局部失稳失效。同时,讨论了断层倾角、管道壁厚及埋深对管道屈曲失效形式的影响。研究成果对穿越断层管道的设计与安全评价有一定的指导意义。     

埋地管道现场激震试验研究

为了验证我国长输管道抗震设计规范的振动参数，分析软硬地基上的地震应力，进行了现场激震试验和理论分析，详细介绍了利用火箭燃料做能源的地震动激震系统在埋地管道现场模拟地震动来研究埋地管道在地震波作用下所产生的应变，这在地下管道抗振研究中是一种新的尝试，也为今年地下管道现场试验提供了一种新的激震方法，通过实测管道应变与我国规范简化计算应变的对比，验证了我国规范的取值，确定了埋地管道抗震计算的振动参数，经     

埋地管道弹性敷设竖向转角临界值的计算

对埋地油气管道弹性敷设计算公式中的竖向转角进行了分析，提出了在曲率半径一定的条件下，存在一个临界值，对该临界值进行了求解，得出了简化计算公式，由于该临界值在分别用于油、气管道时存在较大差异，为此对两部规范中的两种计算管道曲率半径的公式进行了比较，根据钢结构梁的挠性原理，推导出了适用于所有埋地钢质管道弹性敷设竖向转角临界值的简化计算公式，运用该简化计算公式可以方便快捷地进行埋地管道的设计计算，计算结果满足工程要求。     

埋地管道弹性敷设竖转角临界值的计算

对埋地油气管道弹性敷设计算公式中的竖向转角进行了分析，提出了在曲率半径一定的条件下，存在一个临界值，对该临界值进行了求解，得出了新化计算公式。由于该临界值在分别用于油，气管道时存在较大差异，为此对两部规范中的两种计算管道曲率半径的公式进行了比较，根据钢结构梁的挠性原理，推导出了适用于所有埋地钢质管道弹性敷设竖向转角临界值的简化计算公式，运用该算化的公式可以方便快捷地进行埋地管道的设计计算，计算结果满足工程要求。     

典型地质灾害下埋地管道的应力计算

地质灾害是导致埋地油气管道破坏失效的主要原因之一,特别是管道沿线的山体滑坡、地层沉降及地面塌陷等严重威胁着管道的安全运行。基于已有研究,介绍了几种分析管土耦合作用的常用模型,总结了地质灾害作用下埋地管道应力计算方法。采用实验模拟与数值模拟相结合的手段,开展了塌陷、沉降以及滑坡地质灾害下管土相互作用实验以及FLAC 3D数值模拟,分别得到了3种地质灾害下的管道应力分布情况,通过比较实验结果、数值模拟结果以及管道理论模型计算结果可得:采用有限差分软件FLAC 3D开展管土相互作用模拟是可行的;仅考虑管道、输送介质以及土体重力载荷得到的理论计算结果与实验及数值模拟的结果相差很大,需要考虑土体摩擦力以及黏聚力等参数的影响,对管道应力计算方法进行改进。     

不均匀沉降填海地基埋地管道应力计算

为寻求埋地管道在填海软土地基不均匀沉降工况下的变形规律,以唐山曹妃甸填海地区地质勘察资料为依据,基于固结压缩原理进行了填海地基沉降值的计算及预测,得出了填海软土地基沉降规律,并利用沉降修正系数校正高速公路段地基沉降量。通过对地基相对沉降量进行多组的定量设置,并以此作为管道变形的边界条件,采用等效弹簧模拟埋地管道中管土相互作用,采用有限元计算方法,分别计算了埋地管道在各变形作用下的应力值。结果表明：曹妃甸填海软土地基穿越公路管道在50年运营期间,不会发生断裂。（图6,表2,参15）     

支座处埋地管道的地震应力分析

在地震波作用下，埋地管道因地震波的剪切作用而产生弯曲应力，而支座处弯曲应力远高于远离支座处直管段的弯曲应力，需要在埋地管道的抗震设计中予以考虑。采用梁结构分析方法对各种支座处的管道弯曲应力进行了分析，即将埋地管道地成是带 有边界约束的弹性基础上的连续梁，忽略地下管道及其内输送介质的惯性作用，应用结构分析方法分析各种支座处的管道应力。给出了算例和几类特殊支座附近的管中应力的分析结果。     

埋地油气管道弯头的强度计算

通过理论分析导出了埋地弯头附加弯矩的新计算公式,其推导依据是:“弹性抗弯铰”假设,不考虑弯头受到的土壤抗力,但考虑弯头承受的内压;土壤对直管道纵向位移的抗力与纵向位移的关系为双线性,即考虑弹性工作段和极限平衡段(塑性工作段);土壤对直管道横向位移的抗力满足Winkler假定;将弯头两端的直管看作半无限长的梁或杆;同时考虑温差和内压对管道位移的影响。将新公式的计算结果与有关油气管道设计规范推荐公式的计算结果进行了比较。讨论了弯头的强度验算方法和管土相互作用参数的确定方法。推荐了实用的埋地弯头强度设计计算公式。     

地震裂缝错位作用时埋地管道的有限元分析

地震作用可引起地层沉陷、土壤液化、地层裂缝错位,对埋地管道有很大的破坏作用,为保障管道安全运行,必须开展管道抗震研究,使埋地管道能抵御一定烈度的地震力。分析地震裂缝错位对埋地管道的作用,根据最小势能原理,推导出在地震裂缝错位作用下埋地管道的有限元方程,利用该方程可计算埋地管道在地震裂缝错位作用下的位移、内力及应力,并提供了计算实例。