本文關(guān)鍵詞：跨斷層埋地管道地震反應(yīng)分析及應(yīng)變設(shè)計(jì)方法研究

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【摘要】：我國的長輸管線大多建設(shè)在地質(zhì)環(huán)境惡劣的地區(qū),而穿越活動(dòng)斷層帶是最為常見的惡劣工況,因此埋地管線的抗震設(shè)計(jì)技術(shù)尤為重要�？鐢鄬幼饔孟侣竦毓艿赖钠茐臋C(jī)理、斷層錯(cuò)動(dòng)反應(yīng)分析以及斷層管道的抗震設(shè)計(jì)方法都是迫切需要研究的課題。本文通過文獻(xiàn)調(diào)研和震害資料分析,基于非線性分析理論和管道地震反應(yīng)理論,采用數(shù)值模擬仿真計(jì)算等方法進(jìn)行跨斷層埋地管道地震反應(yīng)研究,分析埋地管道在斷層作用下的力學(xué)特性,提出基于應(yīng)變設(shè)計(jì)的指導(dǎo)方法,為埋地管線的抗震設(shè)計(jì)提供理論參考。論文的主要研究內(nèi)容及成果包括以下幾個(gè)方面：(1)通過文獻(xiàn)調(diào)研及理論研究,分析了埋地管道在斷層錯(cuò)動(dòng)作用下的失效模式和破壞機(jī)理,通過跨斷層埋地管道地震反應(yīng)影響因素的研究,總結(jié)劃分為斷層性質(zhì)、管道材料、埋置方式和場地條件四個(gè)方面。研究了不同的跨斷層埋地管道理論分析方法,為論文奠定理論基礎(chǔ)和方法。(2)以走滑斷層為研究對(duì)象,采用ABAQUS仿真分析軟件,建立了跨斷層埋地管道有限元分析模型,管道模型選擇殼單元,土體模型選擇C3D8實(shí)體單元。通過模型試算,確定物理模型尺寸為50m×10m×10m。建立管-土非線性接觸模型,管、土材料模型分別選擇三折線模型和Mohr-Coulomb模型。采用模型剖分和網(wǎng)格加密的方式進(jìn)行網(wǎng)格劃分,以提高模型計(jì)算精度。根據(jù)土體場地條件、斷層錯(cuò)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特征以及管道性能等因素,設(shè)置合理的模型邊界條件和力學(xué)載荷。通過工程實(shí)例計(jì)算以及采用解析法對(duì)比計(jì)算,進(jìn)行有限元模型的可靠性驗(yàn)證。(3)基于所建的跨斷層埋地管道有限元分析模型,考慮斷層位移、壁厚、內(nèi)壓、埋深、夾角、徑厚比、回填土、管材8個(gè)影響因素,采用數(shù)值模擬分析的方法,控制8組因素變量,設(shè)定不同參數(shù)取值,計(jì)算了47種不同工況。探討埋地管道在斷層錯(cuò)動(dòng)作用下的變形反應(yīng),分析不同斷層位移下管道的變形規(guī)律,基于對(duì)應(yīng)力、應(yīng)變沿管軸方向分布的研究,確定了管道潛在破壞位置。通過應(yīng)力、應(yīng)變云圖以及管道的力學(xué)特性曲線,系統(tǒng)分析了不同因素作用下跨斷層埋地管道的地震反應(yīng),得出不同因素對(duì)埋地管道斷層錯(cuò)動(dòng)反應(yīng)的影響規(guī)律。(4)針對(duì)基于應(yīng)變的管道設(shè)計(jì)方法,采用有限元手段,研究管道設(shè)計(jì)應(yīng)變的確定方法。根據(jù)不同因素對(duì)跨斷層埋地管道的影響規(guī)律,提出可提高管道設(shè)計(jì)應(yīng)變的指導(dǎo)方法。研究基于應(yīng)變設(shè)計(jì)與基于應(yīng)力設(shè)計(jì)方法的區(qū)別和適用范圍,給出跨斷層埋地管道應(yīng)變設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則及方法�；诒疚挠邢拊治瞿Ｐ�,選取不同因素變量對(duì)應(yīng)下的部分管道工況,模擬計(jì)算相應(yīng)管道工況在不同斷層位移下的最大應(yīng)變,分析不同影響因素對(duì)管道極限應(yīng)變的作用規(guī)律。最后針對(duì)跨斷層埋地管道的應(yīng)變設(shè)計(jì),給出22種不同特定管道工況下的極限應(yīng)變值,可為實(shí)際工程管道的設(shè)計(jì)提供數(shù)值參考。
【關(guān)鍵詞】：斷層 埋地管道 斷層錯(cuò)動(dòng) 非線性分析 應(yīng)變設(shè)計(jì)
【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
• abstract4-10
• 第1章 緒論10-23
• 1.1 研究背景及選題依據(jù)10-11
• 1.2 研究的必要性及意義11-12
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-20
• 1.3.1 埋地管線地震反應(yīng)分析方法研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3.2 跨斷層管道管-土作用模型研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3.3 跨斷層管道地震反應(yīng)影響因素研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3.4 管道基于應(yīng)變的設(shè)計(jì)方法研究現(xiàn)狀18-20
• 1.4 研究目標(biāo)與內(nèi)容20-21
• 1.5 研究方法及技術(shù)路線21-23
• 1.5.1 研究方法21-22
• 1.5.2 研究技術(shù)路線22-23
• 第2章 跨斷層埋地管道地震反應(yīng)理論研究23-42
• 2.1 斷層類型及破壞機(jī)理23-26
• 2.1.1 斷層類型23-24
• 2.1.2 管道失效模式24-25
• 2.1.3 斷層作用破壞機(jī)理25-26
• 2.2 跨斷層埋地管道破壞的影響因素分析26-28
• 2.2.1 斷層特性26
• 2.2.2 地震及場地26-27
• 2.2.3 管道特性27
• 2.2.4 土壤的地質(zhì)條件27
• 2.2.5 其它影響因素27-28
• 2.3 跨斷層埋地管道抗震分析理論28-34
• 2.3.1 靜力理論28-30
• 2.3.2 彈性地基梁理論30-31
• 2.3.3 殼體理論31-32
• 2.3.4 非線性摩擦理論32
• 2.3.5 Von-Mises屈服準(zhǔn)則32-34
• 2.4 跨斷層埋地管道理論分析方法34-41
• 2.4.1 Newmark-Hall分析方法34-35
• 2.4.2 Kennedy分析方法35-36
• 2.4.3 梁理論方法36-37
• 2.4.4 有限元分析方法37-39
• 2.4.5 抗震規(guī)范的理論計(jì)算方法39-41
• 2.5 本章小結(jié)41-42
• 第3章 跨斷層埋地管道有限元分析模型42-66
• 3.1 有限元分析基本理論42-46
• 3.1.1 有限元分析方法42-43
• 3.1.2 非線性分析理論43-44
• 3.1.3 應(yīng)力應(yīng)變空間44
• 3.1.4 管道應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系44-45
• 3.1.5 數(shù)值模擬計(jì)算步驟45-46
• 3.2 管-土物理模型46-48
• 3.2.1 單元選擇46
• 3.2.2 物理模型確定46-48
• 3.3 管-土非線性分析48-52
• 3.3.1 管材本構(gòu)模型48
• 3.3.2 土體本構(gòu)模型48-51
• 3.3.3 管-土非線性接觸51-52
• 3.4 管-土有限元模型的建立52-58
• 3.4.1 模型假設(shè)條件52
• 3.4.2 管道有限元模型的建立52-53
• 3.4.3 管-土非線性模型的建立53-54
• 3.4.4 管-土作用有限元分析過程54
• 3.4.5 網(wǎng)格劃分54-55
• 3.4.6 邊界條件約束55-56
• 3.4.7 載荷的施加56-58
• 3.5 有限元后處理分析58-59
• 3.5.1 有限元結(jié)果的提取58
• 3.5.2 數(shù)值模擬數(shù)據(jù)處理58-59
• 3.5.3 工程實(shí)踐的運(yùn)用59
• 3.6 實(shí)例計(jì)算和模型驗(yàn)證59-64
• 3.6.1 工程實(shí)例計(jì)算59-61
• 3.6.2 模型可靠性驗(yàn)證61-64
• 3.7 本章小結(jié)64-66
• 第4章 跨斷層埋地管道數(shù)值模擬分析66-105
• 4.1 參數(shù)選取及界定66-69
• 4.1.1 模型參數(shù)的選取66-67
• 4.1.2 影響因素的取值界定67-69
• 4.2 斷層錯(cuò)動(dòng)位移下管道力學(xué)特性分析69-78
• 4.2.1 計(jì)算結(jié)果云圖分析69-73
• 4.2.2 管道的變形反應(yīng)分析73-74
• 4.2.3 不同錯(cuò)動(dòng)位移下管道應(yīng)力應(yīng)變分析74-78
• 4.3 不同因素影響下埋地管道力學(xué)特性研究78-103
• 4.3.1 管道壁厚78-82
• 4.3.2 管道內(nèi)壓82-86
• 4.3.3 管道埋深86-89
• 4.3.4 斷層夾角89-93
• 4.3.5 徑厚比93-96
• 4.3.6 回填土質(zhì)96-101
• 4.3.7 管材性質(zhì)101-103
• 4.4 本章小結(jié)103-105
• 第5章 跨斷層埋地管道應(yīng)變設(shè)計(jì)方法研究105-132
• 5.1 基于應(yīng)變的管道設(shè)計(jì)方法105-108
• 5.1.1 管道臨界極限狀態(tài)105-106
• 5.1.2 基于應(yīng)變的設(shè)計(jì)思路106-107
• 5.1.3 基于應(yīng)變與基于應(yīng)力設(shè)計(jì)的區(qū)別107-108
• 5.2 基于應(yīng)變的跨斷層埋地管道設(shè)計(jì)108-109
• 5.2.1 跨斷層埋地管道的極限狀態(tài)108
• 5.2.2 跨斷層埋地管道的軸向應(yīng)變108-109
• 5.2.3 跨斷層埋地管道的設(shè)計(jì)應(yīng)變109
• 5.3 跨斷層埋地管道的應(yīng)變設(shè)計(jì)準(zhǔn)則109-115
• 5.3.1 管道的容許應(yīng)變109-110
• 5.3.2 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則110-112
• 5.3.3 管道應(yīng)變設(shè)計(jì)準(zhǔn)則112-113
• 5.3.4 提高管道設(shè)計(jì)應(yīng)變的方法113-115
• 5.4 跨斷層埋地管道不同工況下極限應(yīng)變研究115-130
• 5.4.1 極限應(yīng)變與設(shè)計(jì)應(yīng)變115
• 5.4.2 不同工況下管道應(yīng)變有限元分析115-124
• 5.4.3 不同工況下管道極限應(yīng)變的規(guī)律124-129
• 5.4.4 工程管道不同工況下設(shè)計(jì)應(yīng)變值129-130
• 5.5 本章小結(jié)130-132
• 第6章 結(jié)論與建議132-134
• 6.1 研究結(jié)論132-133
• 6.2 建議133-134
• 致謝134-135
• 參考文獻(xiàn)135-141
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果141

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：701532