本文關(guān)鍵詞：穿越河流懸跨油氣管道力學(xué)特性及安全防控措施研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：油氣管道運(yùn)輸常常需要穿越河流,河底輸油氣管道是石油工程生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分。然而,河底輸流管道所處的地質(zhì)條件復(fù)雜,同時(shí)受水流沖刷以及施工殘余應(yīng)力的影響,很容易造成懸跨段。由于水流沖刷作用,在管道懸跨段出現(xiàn)渦激振動(dòng)現(xiàn)象,將改變管道的受力情況,從而加劇河底輸流管道的運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)。因此對(duì)穿越河流懸跨輸流管道開展力學(xué)特性以及安全防控措施研究尤為重要。本文基于管土耦合理論以及有限元分析方法,對(duì)穿越河流輸流管道的水平懸跨段進(jìn)行力學(xué)特性研究。利用有限元軟件ABAQUS/CAE建立單跨和多跨(等跨和不等跨)輸流管道的有限元模型,綜合考慮管土耦合相互作用和水力荷載對(duì)管道的影響。數(shù)值模擬研究管道懸跨長(zhǎng)度、管道壁厚、管道內(nèi)部操作壓力、管土耦合作用(土體彈性模量、土體粘聚力、管土摩擦系數(shù)、土體摩擦角)、水流流速以及等跨跨間土體支撐長(zhǎng)度對(duì)輸流管道的力學(xué)特性影響。單跨輸流管道力學(xué)特性研究表明：輸流管道應(yīng)力和位移與懸跨長(zhǎng)度、管道內(nèi)部操作壓力、水流流速成正比例關(guān)系,與管道壁厚、土體條件(土體彈性模量和土體粘聚力)成反比例關(guān)系；管土摩擦系數(shù)和土體摩擦角的增大所引起管道的應(yīng)力和位移變化較小,可以忽略不計(jì)；懸跨輸油管道在水力荷載作用下管道跨中豎向位移和最大應(yīng)力呈周期性變化,且河流流速越大,管道應(yīng)力及豎向位移的幅值變化越明顯。等跨輸油管道力學(xué)特性研究表明：隨著跨中土體支撐長(zhǎng)度的增加,管土耦合作用增強(qiáng),從而限制管道變形,相鄰兩懸跨管段相互作用削弱。不等跨輸流管道力學(xué)特性研究表明：隨著兩跨管道的跨長(zhǎng)越接近,兩跨之間的相互作用越明顯。土體彈性模量和土體粘聚力的增加,削弱了多跨輸流管道兩跨之間的相互作用。單跨與多跨管道力學(xué)對(duì)比分析可知：多跨輸流管道應(yīng)力和位移小于單跨輸流管道應(yīng)力；多跨管道的自振頻率小于單跨管道的自振頻率。臨界懸跨長(zhǎng)度的確定并提出安全防控措施：依據(jù)強(qiáng)度屈服理論可得管道到達(dá)屈服強(qiáng)度時(shí)的臨界懸跨長(zhǎng)度；依據(jù)輸油管道發(fā)生共振可得振動(dòng)破壞時(shí)臨界懸跨長(zhǎng)度。為避免管道發(fā)生失效破壞,確定兩個(gè)長(zhǎng)度最小值為輸流管道的臨界懸跨長(zhǎng)度。同時(shí)得出管道在不同水流速度和不同壁厚所對(duì)應(yīng)的臨界懸跨長(zhǎng)度,并提出治理管道懸跨現(xiàn)象提出了安全防控措施。
【關(guān)鍵詞】：穿越河流 輸流管道 懸跨長(zhǎng)度 管土耦合 數(shù)值模擬
【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
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-17
• 1.1 研究的目的與意義8-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀11-14
• 1.3 研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線14-17
• 1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容14-16
• 1.3.2 技術(shù)路線16-17
• 第2章 穿越河流懸跨輸流管道力學(xué)模型17-32
• 2.1 穿越河流懸跨輸流管道形成的機(jī)理17-18
• 2.2 穿越河流懸跨輸流管道荷載分析18-22
• 2.3.1 靜力荷載18-20
• 2.3.2 水力荷載20-22
• 2.3 管土相互作用22-24
• 2.4 懸跨段振動(dòng)微分方程24-25
• 2.5 管土接觸段變形方程25-26
• 2.6 懸跨管道三維數(shù)值模型建立26-32
• 第3章 穿越河流懸跨輸流管道靜力分析32-45
• 3.1 單跨輸流管道不同懸跨長(zhǎng)度的影響32-34
• 3.2 單跨輸流管道管土耦合的靜力分析34-38
• 3.2.1 不同土體彈性模量的影響34-35
• 3.2.2 不同土體粘聚力的影響35-37
• 3.2.3 不同管土摩擦系數(shù)的影響37-38
• 3.2.4 不同土體摩擦角的影響38
• 3.3 管道不同壁厚及內(nèi)壓的靜力分析38-40
• 3.3.1 不同油管壁厚的影響38-39
• 3.3.2 不同操作內(nèi)壓的影響39-40
• 3.4 等跨不同跨中支撐長(zhǎng)度的靜力分析40-42
• 3.5 不等跨懸跨管道的靜力分析42-44
• 3.6 本章小結(jié)44-45
• 第4章 懸跨管道動(dòng)力分析及臨界長(zhǎng)度的確定45-70
• 4.1 單跨管道不同懸跨長(zhǎng)度的影響45-50
• 4.2 單跨管道管土耦合作用動(dòng)力學(xué)分析50-54
• 4.2.1 不同土體彈性模量的影響50-51
• 4.2.2 不同土體粘聚力的影響51-52
• 4.2.3 不同管土摩擦系數(shù)的影響52-53
• 4.2.4 不同土體摩擦角的影響53-54
• 4.3 管道不同壁厚及內(nèi)壓動(dòng)力學(xué)分析54-56
• 4.3.1 不同管壁厚度的影響54-55
• 4.3.2 不同操作內(nèi)壓的影響55-56
• 4.4 單跨輸流管道水力荷載動(dòng)力學(xué)分析56-58
• 4.5 等跨不同跨中支撐長(zhǎng)度動(dòng)力學(xué)分析58-60
• 4.6 不等跨懸跨管道動(dòng)力學(xué)分析60-64
• 4.6.1 兩跨不同懸跨長(zhǎng)度的影響60-62
• 4.6.2 不同土體彈性模量的影響62-63
• 4.6.3 不同土體粘聚力的影響63-64
• 4.7 輸流管道臨界長(zhǎng)度的確定64-66
• 4.7.1 振動(dòng)破壞臨界長(zhǎng)度64-65
• 4.7.2 屈服強(qiáng)度臨界長(zhǎng)度65-66
• 4.8 計(jì)算實(shí)例66-68
• 4.8.1 不同流速時(shí)管道臨界懸跨長(zhǎng)度67-68
• 4.8.2 不同壁厚時(shí)管道臨界懸跨長(zhǎng)度68
• 4.9 本章小結(jié)68-70
• 第5章 穿越河流懸跨輸流管道治理方法70-74
• 5.1 懸跨段加支撐70-71
• 5.2 安置仿生水草71-74
• 第6章 結(jié)論與展望74-76
• 6.1 結(jié)論74-75
• 6.2 展望75-76
• 致謝76-77
• 參考文獻(xiàn)77-80
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果80

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