【摘要】：輸油氣、供水、供熱等壓力管道是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重要生命線工程。本論文主要針對(duì)場(chǎng)地土對(duì)斷層位錯(cuò)作用下輸油氣鋼管變形反應(yīng)的影響開展研究。在已有研究的基礎(chǔ)上,完善了埋地壓力管道在斷層作用下的殼有限元模型,探討了不同場(chǎng)地土和管溝回填土對(duì)壓力管道應(yīng)變的影響。同時(shí),針對(duì)長(zhǎng)距離輸油氣管道穿越地震活動(dòng)斷層所遇到的實(shí)際工程問題,從以下幾個(gè)方面開展了研究工作:(1)相對(duì)于非線性接觸模型,土彈簧模型由于計(jì)算方法簡(jiǎn)單、物理機(jī)制明確,在分析埋地管道變形反應(yīng)的有限元模型中被廣泛用來(lái)分析管-土相互作用。除了管徑和管道埋設(shè)深度,影響管-土相互作用的主要場(chǎng)地土參數(shù)包括密度(ρ_s)、粘聚力(c)、內(nèi)摩擦角(Φ)、管-土之間的摩擦系數(shù)(μ),這4個(gè)土體參數(shù)并非完全獨(dú)立,具有較強(qiáng)的相關(guān)性,建議以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。不同場(chǎng)地土參數(shù)的有限元分析結(jié)果表明,在斷層作用下,硬粘土場(chǎng)地管道的變形反應(yīng)遠(yuǎn)大于軟粘土場(chǎng)地,在此,應(yīng)該采取寬管溝、回填疏松砂土的抗震措施。(2)為了考慮管溝及其回填土的影響,改進(jìn)了現(xiàn)行抗震規(guī)范推薦的橫向土彈簧模型。采用淺埋管道周圍土體破壞的理論模式,闡明了回填松砂可以作為管道通過活動(dòng)斷層抗震措施的原因。同時(shí),通過實(shí)際算例表明,隨著回填松砂的逐漸密實(shí),這種抗震措施會(huì)逐漸失效,管道的變形反應(yīng)逐漸接近于沒有采取抗震措施的管道變形反應(yīng)。這也說明了現(xiàn)行抗震規(guī)范在進(jìn)行管道抗震驗(yàn)算時(shí),橫向土彈簧的計(jì)算以管道埋設(shè)的場(chǎng)地土參數(shù)輸入,而不是以疏松砂土參數(shù)輸入的原因。(3)研究了管溝寬度對(duì)跨斷層管道變形反應(yīng)的影響。研究結(jié)果認(rèn)為:工程建設(shè)管溝時(shí),為了節(jié)約工程土方開挖量和購(gòu)買松砂的回填量,在保證淺埋的要求下管溝底部的加寬裕量(K)可不做特殊處理(按照規(guī)范取0.6米),管溝坡度(A)是影響管道應(yīng)變反應(yīng)的主要因素,其值應(yīng)小于tan(45°-Φ/2),同時(shí)管溝的地表寬度應(yīng)大于斷層的水平橫向錯(cuò)動(dòng)量。(4)完善了壓力管道在斷層作用下的殼有限元模型。通過壓力管道的有限元模型進(jìn)行參數(shù)分析,認(rèn)為內(nèi)壓對(duì)管道軸向壓縮應(yīng)變的影響比拉伸應(yīng)變大。也就是說,管道在斷層位錯(cuò)作用下的應(yīng)變反應(yīng)以拉伸應(yīng)變?yōu)橹鲿r(shí),可以忽略內(nèi)壓的影響。這與Newmark等學(xué)者以及2008年以前的抗震規(guī)范的觀點(diǎn)是一致的。但是管道的應(yīng)變反應(yīng)以壓縮應(yīng)變?yōu)橹鲿r(shí),內(nèi)壓的影響不能忽略。相同的斷層位錯(cuò)作用下,隨著內(nèi)壓的增大,管道的壓縮應(yīng)變?cè)龃�。通過對(duì)比現(xiàn)行各國(guó)規(guī)范對(duì)管道容許壓縮應(yīng)變的計(jì)算公式,當(dāng)對(duì)跨斷層的管道采用應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)時(shí),管道的容許壓縮應(yīng)變隨著內(nèi)壓的增大而增大。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地震局地球物理研究所
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH49
【圖文】：

圖 1.1 管道殼有限元模型.2.2 非線性管材本構(gòu)關(guān)系的確定鋼質(zhì)管道由于強(qiáng)度高、對(duì)各種地形和地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)，被廣泛應(yīng)用于氣、供水以及油氣長(zhǎng)輸管道等重要生命線工程。管體在大位移作用下，進(jìn)非線性狀態(tài)，只在線性狀態(tài)下進(jìn)行管道的分析很難反映管道的真實(shí)狀態(tài)。線性是指材料的本構(gòu)關(guān)系為非線性，即材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為非線性，比材料的三折線模型或 Ramberg-Osgood 模型。解決材料的非線性問題主要是通過選取非線性本構(gòu)模型，如《油氣輸送路工程抗震技術(shù)規(guī)范》附錄 D 中提供了各型號(hào)鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變的三折線型；輸油氣管道常用的鋼材本構(gòu)關(guān)系如圖 1.2 和表 1.2 所示。圖 1.2 表示了鋼特性的三折線模型。ε1、σ1分別為管道應(yīng)力-應(yīng)變簡(jiǎn)化折線中彈塑性變形起應(yīng)變和應(yīng)力；ε2、σ2分別為管道應(yīng)力-應(yīng)變簡(jiǎn)化折線中彈塑性區(qū)與塑性區(qū)交

由于強(qiáng)度高、對(duì)各種地形和地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)，被廣及油氣長(zhǎng)輸管道等重要生命線工程。管體在大位移作，只在線性狀態(tài)下進(jìn)行管道的分析很難反映管道的真料的本構(gòu)關(guān)系為非線性，即材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為線模型或 Ramberg-Osgood 模型。的非線性問題主要是通過選取非線性本構(gòu)模型，如《技術(shù)規(guī)范》附錄 D 中提供了各型號(hào)鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變道常用的鋼材本構(gòu)關(guān)系如圖 1.2 和表 1.2 所示。圖 1.線模型。ε1、σ1分別為管道應(yīng)力-應(yīng)變簡(jiǎn)化折線中彈塑；ε2、σ2分別為管道應(yīng)力-應(yīng)變簡(jiǎn)化折線中彈塑性區(qū)與；E1、E2分別為管道應(yīng)力-應(yīng)變簡(jiǎn)化折線中彈性區(qū)和彈道應(yīng)力-應(yīng)變簡(jiǎn)化折線中彈塑性段延長(zhǎng)線與應(yīng)力軸相

圖 2.1 土彈簧模型示意圖位移可能會(huì)很大，所以需要要考慮這些土彈簧的非線發(fā)生相對(duì)較大變形時(shí)，土體進(jìn)入復(fù)雜的非線性狀態(tài)，。參考《油氣輸送管道線路工程抗震技術(shù)規(guī)范》（GB和模型見圖 2.3，下面將詳細(xì)介紹三向土彈簧參數(shù)的CE 的生命線工程技術(shù)規(guī)程協(xié)會(huì)（Technical Cougineering）通過大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出了水平方向、管的力隨土體位移變化的曲線，將試驗(yàn)所得的曲線理想范和我國(guó)《油氣輸送管道線路工程抗震技術(shù)規(guī)范》給示。輸油氣管道，在分析管-土相互作用時(shí)，土體可以系采用理想彈塑性曲線。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 湯愛平;王連發(fā);武百超;麥克·諾金;;考慮土結(jié)相互作用的逆斷層作用下埋地管道性能離心機(jī)試驗(yàn)[J];地震工程學(xué)報(bào);2015年03期

2 王祥建;郭恩棟;張美晶;;汶川地震燃?xì)夤艿勒鸷Ψ治黾皩?duì)策[J];世界地震工程;2012年04期

3 陳春光;楊慶華;孔杰;解曉杰;廖倩;;鑄鐵管道膠圈承插接口抗震性能試驗(yàn)研究[J];地震工程與工程振動(dòng);2012年03期

4 王濱;李昕;周晶;;走滑斷層作用下埋地鋼質(zhì)管道反應(yīng)的改進(jìn)解析方法[J];工程力學(xué);2011年12期

5 金瀏;李鴻晶;;逆沖斷層作用下埋地管道屈曲分析[J];工程力學(xué);2011年12期

6 趙雷;唐暉;彭小波;李小軍;;埋地鋼管在逆斷層作用下失效模式研究[J];應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào);2010年S1期

7 韓愛紅;武宗良;侯慶志;張新中;;埋地管道抗震設(shè)計(jì)參數(shù)研究[J];人民黃河;2010年04期

8 金瀏;李鴻晶;;穿越逆沖斷層的埋地管道非線性反應(yīng)分析[J];防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào);2010年02期

9 薛景宏;張超;呂培培;;跨斷層埋地管道抗震分析[J];壓力容器;2009年09期

10 顧曉婷;張宏;王國(guó)麗;趙樂晉;;大口徑天然氣管線穿越斷層的管溝設(shè)計(jì)研究[J];天然氣工業(yè);2009年08期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 王濱;斷層作用下埋地鋼質(zhì)管道反應(yīng)分析方法研究[D];大連理工大學(xué);2011年

2 劉愛文;基于殼模型的埋地管線抗震分析[D];中國(guó)地震局地球物理研究所;2002年

本文編號(hào)：2791976