本文關(guān)鍵詞：斷層作用下埋地管道反應(yīng)分析及抗震方法研究

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【摘要】：我國(guó)地處環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶之間,活動(dòng)斷層分布廣泛,長(zhǎng)距離埋地油氣管道不可避免地穿越地震斷裂帶。堅(jiān)固而有韌性的鋼管道一般能承受住地震動(dòng)的考驗(yàn),卻難以抵御斷層作用和地面破壞所產(chǎn)生的較大的永久性地面位移。研究斷層錯(cuò)動(dòng)作用下埋地管線的力學(xué)響應(yīng)行為和參數(shù)影響規(guī)律,對(duì)管道的抗震設(shè)計(jì)及安全性能評(píng)價(jià)具有重要意義。主要研究工作如下：(1)調(diào)研國(guó)內(nèi)外穿越斷層埋地管道反應(yīng)研究方法及抗震措施,分析不同方法采用的力學(xué)模型,總結(jié)前人在理論解析法、數(shù)值模擬法和實(shí)驗(yàn)法所取得的研究成果及存在的不足,歸納了穿越斷層埋地管道抗震措施。(2)對(duì)斷層發(fā)生機(jī)制及錯(cuò)動(dòng)方式進(jìn)行研究,確定斷層錯(cuò)動(dòng)作用下埋地管道的破壞模式為拉伸和屈曲失效,對(duì)引起管道失效的可能震害因素進(jìn)行分析,建立管道的失效判斷準(zhǔn)則。(3)以走滑斷層作用下埋地管道為研究對(duì)象,考慮管道和土體的材料非線性、管道非線性幾何變形及管土間接觸非線性,建立管一土耦合作用下穿越斷層埋地管道有限元模型,模擬管土間的分離、閉合及滑移狀態(tài)。選用三折線簡(jiǎn)化模型作為管材本構(gòu)方程,土體選用理想彈塑性本構(gòu)模型。管道的有效計(jì)算長(zhǎng)度為60m,斷層有效計(jì)算體積為60m×10m×8m。采用MITC4 shell單元和8節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元分別離散管道和斷層土體,并運(yùn)用ADINA有限元軟件進(jìn)行模型求解。通過(guò)實(shí)例計(jì)算及分析,驗(yàn)證了有限元模型的正確性和有效性。(4)模擬斷層錯(cuò)動(dòng)作用下埋地管道的力學(xué)響應(yīng)行為,分析管道的變形狀況及潛在的失效位置。研究管道尺寸和材質(zhì)、斷層場(chǎng)地土條件、管道運(yùn)行條件等方面對(duì)管道力學(xué)性能的影響。依據(jù)參數(shù)影響規(guī)律,對(duì)管材、土體粘聚力、管道內(nèi)壓等因素?zé)o因次化,采用多元線性和非線性回歸理論,擬合出穿越走滑斷層埋地管道應(yīng)變簡(jiǎn)化計(jì)算公式。(5)建立基于流固耦合的斷層作用下埋地管道有限元模型,考慮管輸介質(zhì)影響。分析斷層荷載和流體共同作用下埋地管道的反應(yīng)行為,并對(duì)管輸介質(zhì)壓力、流速、溫度及密度等流體參數(shù)對(duì)管道力學(xué)性能的影響進(jìn)行研究。(6)基于《油氣輸送管道線路工程抗震技術(shù)規(guī)范》(GB50407-2008)中采用2倍Newmark-Hall拉伸應(yīng)變和土彈簧有限元方法進(jìn)行管道抗震校核的不足,修正了斷層作用下埋地管道抗震設(shè)計(jì)方法,改進(jìn)抗震設(shè)計(jì)流程,提出在役管道抗震改造措施。(7)設(shè)計(jì)穿越斷層埋地管道安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng),包括監(jiān)測(cè)傳感子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析與處理子系統(tǒng)及預(yù)警子系統(tǒng)四部分。形成地震動(dòng)加速度、斷層位移、管道應(yīng)變、管道泄漏等預(yù)警功能,為管道安全運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估提供依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：斷層錯(cuò)動(dòng) 埋地管道 數(shù)值模擬 流固耦合 抗震措施 監(jiān)測(cè) 預(yù)警
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TE973
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-23
• 1.1 論文研究背景及意義9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-19
• 1.2.1 斷層作用下埋地管道反應(yīng)分析方法10-18
• 1.2.2 斷層作用下埋地管道抗震方法及措施18-19
• 1.2.3 當(dāng)前研究存在的問(wèn)題19
• 1.3 論文研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線19-22
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容19-20
• 1.3.2 技術(shù)路線20-22
• 1.4 研究成果22-23
• 第2章 斷層作用下埋地管道破壞模式及失效準(zhǔn)則研究23-33
• 2.1 地震震害模式23-24
• 2.2 斷裂構(gòu)造24-26
• 2.2.1 節(jié)理24
• 2.2.2 斷層24-26
• 2.3 埋地管道破壞模式26-27
• 2.4 管道震害因素分析27-30
• 2.4.1 斷層場(chǎng)地條件27-29
• 2.4.2 管道本體特性29-30
• 2.5 管道失效判據(jù)30-32
• 2.5.1 基于應(yīng)力失效30-31
• 2.5.2 基于應(yīng)變失效31-32
• 2.5.3 失效準(zhǔn)則的選擇32
• 2.6 本章小結(jié)32-33
• 第3章 斷層錯(cuò)動(dòng)作用下埋地管道有限元分析33-77
• 3.1 數(shù)值模擬基礎(chǔ)33-40
• 3.1.1 非線性有限元33-34
• 3.1.2 彈塑性有限元34-37
• 3.1.3 殼體理論37-40
• 3.2 斷層錯(cuò)動(dòng)作用下埋地管道有限元模型建立40-46
• 3.2.1 管道殼模型40-42
• 3.2.2 斷層實(shí)體模型42-44
• 3.2.3 管土接觸模型44-45
• 3.2.4 模型邊界處理45-46
• 3.3 模型求解及計(jì)算手段46-48
• 3.3.1 求解方法46-47
• 3.3.2 計(jì)算手段47-48
• 3.4 實(shí)例計(jì)算及分析48-57
• 3.5 參數(shù)影響規(guī)律研究57-71
• 3.5.1 管材57-58
• 3.5.2 管徑與壁厚58-61
• 3.5.3 管道埋深61-63
• 3.5.4 場(chǎng)地土63-65
• 3.5.5 斷層破碎帶寬度65-66
• 3.5.6 斷層類型66-69
• 3.5.7 斷層與管道交角69-71
• 3.5.8 管道內(nèi)壓71
• 3.6 斷層錯(cuò)動(dòng)作用下埋地管道應(yīng)變簡(jiǎn)化計(jì)算公式71-76
• 3.6.1 已公開(kāi)文獻(xiàn)最大應(yīng)變簡(jiǎn)化計(jì)算公式71-73
• 3.6.2 穿越走滑斷層埋地管道應(yīng)變計(jì)算公式73-75
• 3.6.3 本文簡(jiǎn)化公式與其他方法對(duì)比75-76
• 3.7 本章小結(jié)76-77
• 第4章 基于流固耦合的斷層作用下埋地管道反應(yīng)分析77-100
• 4.1 流固耦合方程77-80
• 4.1.1 流體控制方程77-78
• 4.1.2 固體控制方程78-79
• 4.1.3 流固耦合方程79-80
• 4.2 流體和管道耦合模型建立80-83
• 4.2.1 ADINA流固耦合分析81-82
• 4.2.2 結(jié)構(gòu)模型建立82-83
• 4.2.3 流體模型建立83
• 4.3 實(shí)例計(jì)算及分析83-88
• 4.4 管輸介質(zhì)參數(shù)影響規(guī)律研究88-99
• 4.4.1 壓力影響88-92
• 4.4.2 流速影響92-95
• 4.4.3 溫度影響95-97
• 4.4.4 密度影響97-99
• 4.5 本章小結(jié)99-100
• 第5章 斷層錯(cuò)動(dòng)作用下埋地管線抗震方法及措施研究100-113
• 5.1 斷層作用下埋地管道抗震設(shè)計(jì)方法100-103
• 5.1.1 埋地管道抗震設(shè)計(jì)流程100-102
• 5.1.2 抗震設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)102-103
• 5.2 斷層作用下埋地管道抗震措施103-106
• 5.2.1 常用抗震措施104-105
• 5.2.2 抗震改造措施105-106
• 5.3 穿越斷層埋地管道監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)106-112
• 5.3.1 監(jiān)測(cè)傳感子系統(tǒng)108-110
• 5.3.2 數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)110-111
• 5.3.3 數(shù)據(jù)處理與管理子系統(tǒng)111
• 5.3.4 預(yù)警子系統(tǒng)111-112
• 5.4 本章小結(jié)112-113
• 第6章 研究結(jié)論113-115
• 6.1 結(jié)論113-114
• 6.2 建議114-115
• 致謝115-116
• 參考文獻(xiàn)116-122
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及科研成果122

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1 本報(bào)記者 張立;李s叮呵空鴟⑸，

本文編號(hào)：1006719