【摘要】：輸油氣、供水、供熱等壓力管道是關(guān)系國計民生的重要生命線工程。本論文主要針對場地土對斷層位錯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,探討了不同場地土和管溝回填土對壓力管道應(yīng)變的影響。同時,針對長距離輸油氣管道穿越地震活動斷層所遇到的實際工程問題,從以下幾個方面開展了研究工作:(1)相對于非線性接觸模型,土彈簧模型由于計算方法簡單、物理機制明確,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個土體參數(shù)并非完全獨立,具有較強的相關(guān)性,建議以實測數(shù)據(jù)為準。不同場地土參數(shù)的有限元分析結(jié)果表明,在斷層作用下,硬粘土場地管道的變形反應(yīng)遠大于軟粘土場地,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斷層抗震措施的原因。同時,通過實際算例表明,隨著回填松砂的逐漸密實,這種抗震措施會逐漸失效,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)范在進行管道抗震驗算時,橫向土彈簧的計算以管道埋設(shè)的場地土參數(shù)輸入,而不是以疏松砂土參數(shù)輸入的原因。(3)研究了管溝寬度對跨斷層管道變形反應(yīng)的影響。研究結(jié)果認為:工程建設(shè)管溝時,為了節(jié)約工程土方開挖量和購買松砂的回填量,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),同時管溝的地表寬度應(yīng)大于斷層的水平橫向錯動量。(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行參數(shù)分析,認為內(nèi)壓對管道軸向壓縮應(yīng)變的影響比拉伸應(yīng)變大。也就是說,管道在斷層位錯作用下的應(yīng)變反應(yīng)以拉伸應(yīng)變?yōu)橹鲿r,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,內(nèi)壓的影響不能忽略。相同的斷層位錯作用下,隨著內(nèi)壓的增大,管道的壓縮應(yīng)變增大。通過對比現(xiàn)行各國規(guī)范對管道容許壓縮應(yīng)變的計算公式,當(dāng)對跨斷層的管道采用應(yīng)變設(shè)計時,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】：中國地震局地球物理研究所
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：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)管道由于強度高、對各種地形和地質(zhì)條件適應(yīng)性強，被廣泛應(yīng)用于氣、供水以及油氣長輸管道等重要生命線工程。管體在大位移作用下，進非線性狀態(tài)，只在線性狀態(tài)下進行管道的分析很難反映管道的真實狀態(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)變簡化折線中彈塑性區(qū)與塑性區(qū)交

由于強度高、對各種地形和地質(zhì)條件適應(yīng)性強，被廣及油氣長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)變簡化折線中彈塑；ε2、σ2分別為管道應(yīng)力-應(yīng)變簡化折線中彈塑性區(qū)與；E1、E2分別為管道應(yīng)力-應(yīng)變簡化折線中彈性區(qū)和彈道應(yīng)力-應(yīng)變簡化折線中彈塑性段延長線與應(yīng)力軸相

圖 2.1 土彈簧模型示意圖位移可能會很大，所以需要要考慮這些土彈簧的非線發(fā)生相對較大變形時，土體進入復(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（Technical Cougineering）通過大量的實驗結(jié)果給出了水平方向、管的力隨土體位移變化的曲線，將試驗所得的曲線理想范和我國《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，土體可以系采用理想彈塑性曲線。

【參考文獻】

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本文編號：2791976