无固定墩钢质管道冲沟状态下动荷载失效长度数值分析

通过对无固定墩钢质管道在地质灾害冲沟发生时管道失效过程的研究,建立了描述这一破坏过程的力学模型;再利用ANSYS有限元分析软件,建立了埋地管道有限元数值分析模型。通过输入地震波,对不同地震烈度下的地震响应进行了有限元数值仿真计算,得到了在不同地震动荷载作用下管道的最大应力和位移情况,给出了管道动载失效长度,为管道的抗震设计提供理论依据。     

有固定墩钢质管道冲沟状态下动荷载失效长度数值分析

通过对有固定墩钢质管道在地质灾害冲沟发生时管道失效过程的研究,建立了描述这一破坏过程的力学模型;再利用ANSYS有限元分析软件,建立了埋地管道有限元数值分析模型。通过输入地震波,对不同地震烈度下的地震响应进行了有限元数值仿真计算,得到了在不同地震动荷载作用下管道的最大应力和位移情况,给出了管道动载失效长度,为管道的抗震设计提供理论依据。     

穿越公路输气管道力学性状影响因素研究

穿越道路管道在长距离输气管道中占有较大比例,而埋设在路面下的管道所承受的主要荷载之一就是车辆荷载,随着经济与交通运输业的迅猛发展,由车辆荷载引起的埋地管道的失效与破坏问题越来越严重.鉴于此,通过选取适当的材料本构关系、接触参数及车辆荷载模型,建立起车辆荷载作用下埋地输气管道的有限元模型并利用数值模拟和算例验证等方法,对车辆荷载作用下埋地输气管道的力学性状进行了分析和模拟.     

冲击荷载作用下埋地长输管道受力性能分析

为研究冲击荷载作用下埋地长输管道的受力性能,制作一个土箱—管道缩尺模型,进行落锤冲击试验,并建立落锤冲击埋地管道的有限元计算模型,对管道动态响应过程进行数值模拟。主要分析了管道壁厚、管径、埋深和冲击能量等参数对管道受力性能的影响,探讨埋地长输管道在冲击荷载作用下的整体变形特点和应变分布规律。研究结果表明:在冲击荷载作用下,冲击能量增加,管道跨中表面的应变峰值增大;相同工况下大管径和薄壁管道应变值大,管道覆土越深,管道应变峰值越小,土体的缓冲作用削弱了管道受到的冲击作用;通过有限元模拟结果与试验结果对比分析,两者一致性较好,故在实际工况下可用有限元模拟落石对埋地管道的冲击作用。     

复杂荷载作用下短腐蚀管道的数值仿真研究

本文采用数值仿真的研究手段,建立了腐蚀管道在复杂荷载作用下的三维非线性有限元分析模型,对短腐蚀管道在复杂荷载作用下的灾变过程展开研究,评估了腐蚀管道剩余极限承栽力.讨论了管道腐蚀深度、腐蚀宽度、径厚比等参数对处于不同内压水平下的短腐蚀管道破坏模式和控制标准的影响.结果表明,腐蚀管道剩余极限承载力大小不仅与管道所受内压、轴向力和弯矩荷栽三者比例有关,同时还会受到腐蚀深度等参数不同程度的影响.     

基于离散-连续耦合法的埋地管道受荷过程模拟分析

为了从宏、细观角度反映出埋地管道管周土体的承载特点,文章采用离散-连续界面耦合数值模型对埋地管道受荷过程进行模拟分析,其中管周填土采用离散单元法进行模拟,埋地管道及原状土基采用有限差分单元法进行模拟。结果表明：随着荷载或埋深的增大,管顶受压产生压缩变形,管顶土体发生“压力拱效应”,引起管周土压力重分布;耦合模型水平位移场显示埋地管道在受荷过程中管侧回填土及原状土基能够分担和转移外荷载;管周土体的细观接触力链分布形态与管顶土压力的分布规律形成相互印证。     

河浜管道管土相互作用及差异沉降分析

基于ABAQUS有限元软件建立并验证了考虑河浜与非河浜地基接触、管土接触的交通荷载-土基结构-埋地管道三维有限元模型.利用该模型分析了埋地管道在不同地基处理方案下的管道竖向土压力、侧向土压力及管道内部应力,并采用分层总和法与有限元相结合的方法计算河浜地区管道存在情况下土基顶面差异沉降,结果表明,在交通荷载作用下,管道结构最大土压力出现在管顶、管侧及管底位置;交通荷载和土体自重荷载引起的管道Mises应力不容忽视,在河浜土基不处理的情况下,其最大值达4.887 MPa;在管顶(底)处存在由于管土相对刚度差异带来的土压力集中现象,其值分别是天然土基同等深处的土压力的2.61和2.99倍,分层总和法无法考虑管土相互作用导致的结果失真,有限元和分层总和法相结合的计算结果与实际情况较为吻合.     

基于应变准则对管道横向滑坡响应规律的研究

考虑薄壳的大变形和管土的相互作用,建立埋地管道的管土耦合非线性有限元模型,分析管道在横向滑坡作用下的响应规律,讨论了滑坡宽度、滑坡位移、滑坡角度、管道埋深、管道内压等相关工程参数对分析结果的影响,并应用应变准则对管道进行安全评价.结果显示,管道的高应力、应变主要出现在滑坡中间区域及滑坡区与非滑坡区交界处;相同的滑坡位移下,滑坡宽度越小,管道的轴向拉应变越大;滑坡角度越小,管道的轴向拉应变越大;在相同的滑坡规模下,管道轴向拉应变随内压、埋深的增加而不断升高.分析结果可为埋地管道的抗震设计和施工提供参考.     

埋地柔性管道荷载响应及其加筋防护性能

为了解决城市埋地管道频繁受外部荷载作用而损害的问题,提出在采用新型土工合成材料加筋防护埋地柔性管道的基础上,借助室内模型试验开展静载和循环荷载作用下埋地柔性管道的力学响应与变形特性研究,确定对管土体系产生较大破坏作用的荷载类型,并提出格栅加筋防护埋地管道的适用荷载水平范围,进而定量和定性地分析首层筋材埋深、筋材长度、筋材层间距和层数对土工格栅加筋防护埋地管道效果的影响,并确定合理的筋材铺设参数。研究结果表明:相比于同水平静载,循环荷载将会造成更大的土层沉降,但低水平循环荷载对埋地管道的影响较小,而高水平循环荷载会对管道产生更大的破坏作用;当采用单层格栅加筋防护时,对管道上方土体和管道最终变形量的控制作用不明显,当循环荷载水平在0～300 kPa范围时,筋材埋深为0.4B(B为加载板宽度)和筋材长度为5D(D为管道外径)时,单层加筋防护效果最优;针对管道埋深H=3D,选取筋材长度为5D和首层筋材埋深为0.4B的多层筋材防护,当筋材层间距0.5B和筋材层数N为3层时效果最优,加筋不仅能显著减缓土层沉降与管道变形,同时还能有效地控制最终的变形量,并能明显降低管周土压力,使加筋防护达到理想的效果。该成果可为长期处于类似交通荷载等复杂荷载作用下埋地管道的设计和防护提供理论支撑。     

颗粒介质堆中荷载力扩散过程分析

通过对集中荷载作用下颗粒堆中力传递定量实验的概率分析,应用随机理论分析了压力与压痕的相关性,压力值与测试承压板响应的随机波动性;得到了力链从生成到逐渐消失规律的随机模型.结果表明该模型的力扩散过程与实验结果相吻合.     

埋地管道静载试验水平边界约束影响的数值分析

基于模型试验结果,通过有限元数值模拟软件研究静载作用下模型尺寸对埋地管道力学性能与形变性能的影响.数值分析结果表明:模型箱水平边界在距管壁20D以内变化时,随着模型尺寸逐渐增大,土体极限承载力不断增加,并且相同荷载水平下加载板沉降与管道径向变形比也随之变大,而管周土压力、管周径向和环向应力均随之减小,边界对管道的约束作用逐渐减弱;模型尺寸不同时,管道径向变形比在加载过程中的变化规律差异明显;地表静载作用下,管道以环向受压为主,并且由于管顶产生土拱效应,管周土压力中管侧处最大,管顶处次之,管底处最小;当模型箱外壁水平向扩展超出20D时,管道上方土体承载力、管道受力和形变规律基本一致.表明为减少或消除水平边界效应,模型箱外壁水平向扩展边界选20D为宜.     

复合交通荷载下叠合式公轨合建隧道动力响应

叠合式公轨合建隧道不同于其他公轨合建隧道,汽车-列车荷载作用下其动力响应也有所不同。为研究复合交通荷载下叠合式公轨合建隧道动力响应,用激振力法、元胞自动机、汽车动力模型模拟列车荷载、车流和汽车荷载,用有限元软件Plaxis3D分析了不同荷载及有无垫层工况下隧道的动力响应。结果表明：公路隧道、铁路隧道分别主要对汽车荷载、列车荷载产生加速度响应,铁路隧道的加速度响应要明显大于公路隧道,约为后者的20倍;隧道不同位置处,对两种交通荷载的应力响应情况不同,铁路隧道应力响应主要受列车荷载控制,但当公路隧道中有大型车辆通过时,会对铁路隧道应力响应产生较大影响,甚至起到主导作用;公路、铁路隧道之间设置垫层会增大公路隧道的动力响应,但同时会减小公路隧道下方土层的刚度差异进而减小其应力值,综合作用下,设置垫层后公路隧道的应力状态会有所改善。     

机坪输油管道荷载附加应力分析

应用ABAQUS有限元软件,考虑管土相互作用,建立并验证了管道结构有限元分析模型.应用该模型,分析了管周附加应力的分布特征,计算了飞机、施工重型车辆和压路机荷载作用下,管道附加应力及其引起的管道结构应力和变形随管道埋深的变化规律.结果表明:不同管道埋深对应的管周附加应力在管顶至管两侧60°的范围内有显著差异,且该范围内附加应力近似呈抛物线分布.即使管道埋深小至1倍管径时,飞机荷载和施工重型车辆荷载引起的管道结构应力和变形仍远小于容许值,而压路机高振幅振动压应力引起的管道结构应力达到管道强度失效的临界标准,是管道承受的最不利外荷载类型,对管道埋深有重要影响.     

针对占压区X80输气管道的力学行为

本文为解决由于高钢级X80管道因地面占压而带来的安全运行问题,以实际地质参数为基础,基于ABAQUS有限元软件建立了占压工况下埋地管道三维模型。研究了管土切向摩擦系数、堆载位置、占压区尺寸（占压区域长度和占压区域宽度）等几个关键因素对占压区域下埋地管道应力的影响规律。结果表明：管道最大Von Mises应力随管土切向摩擦系数的增大线性增长;堆载距管道轴线的距离直接决定了管道应力分布;在载荷一定或合力一定时,都可以通过改变占压区域面积来降低管道应力,在载荷一定时,改变占压区长度对其应力分布影响更明显,在合力一定时,改变占压区宽度对其影响更明显。     

地面堆载对高后果区埋地管道承载能力的影响

为了分析地面堆载对高后果区埋地管道承载能力的影响,采用ANSYS workbench有限元软件建立了堆载-土壤-管道应力状态分析三维模型,采用堆载体直接加载在地基土壤上,分析管道在堆载下的承载能力响应,采用理论计算验证了模型的可行性,分别探讨了堆载高度、管道埋深、堆载距离、管径、壁厚和土壤泊松比因素对管道承载能力的影响。结果表明,堆载下管道应力最大出现在堆载下方,并且向管道两边递减,堆载范围内的承载能力明显减弱。堆载高度和堆载距离对管道承载能力的影响最大,堆载距离的微小改变可以明显提高管道的承载能力,堆载高度的增加同时又导致管道承载能力减弱,通过堆载高度和堆载距离的变化规律可以用来判断,在管道极限承载能力范围内,不同堆载位置下的极限堆载高度。在一定堆载高度下,管道存在一个临界埋深,此时管道承载能力最大。管径、壁厚和土壤性质对管道承载能力有影响但较小。通过本文的研究可以为判断高后果区埋地管道占压下安全状态提供指导。     

径向载荷作用下的管道塑性失效力学模型与实验分析

针对野外埋地敷设的输油管道发生断裂、泄漏等较大破坏时,使用管道挤压截流装置,将管道快速压扁以阻断流油的问题,运用塑性变形理论和虚功原理,建立了一个受均匀径向载荷作用下的管道挤压变形模型,并且对管道塑性变形进行了分析计算,得到了管道挤压所需的载荷量。并使用18 mm宽度的刀口对325 mm×6 mm的X60钢管进行挤压实验,得到了管道挤压的载荷位移曲线。将得到的实验数据与理论数据进行对比和验证,理论数据与实验数据结果吻合。该模型可用于计算不同规格管道挤压所需的载荷量,为管道抢修工作提供理论和实践参考。     

不同加固方式下的软硬过渡段隧道基底受列车动载影响规律

在高速铁路列车动载作用下,隧道穿越软硬岩过渡段时易使隧道结构发生损害,而对于此类工程的动力研究及相关减隔振措施还鲜有涉及。鉴于此,依托广湛铁路相思山隧道工程实例,采用数值计算方法,对比分析无加固以及不同桩板结构加固下隧道穿越软硬岩过渡段时结构的动力响应特性。研究结果表明：在列车荷载作用下,位于交界面软岩侧隧道结构的加速度、动位移和动应力响应与硬岩侧隧道结构的动力响应差异很大,导致隧道交界面附近过渡效果较差,不利于结构的稳定。经三种不同桩板结构加固后,软岩段的隧道结构的动力响应有所减小,且与硬岩段隧道结构的动力响应更接近,过渡效果十分显著。在对比之下,桩板结构1(即承载板+托板+钻孔桩)的减振作用与过渡效果最佳。     

地下管线跨越断层地震反应拟静力研究

对于跨越活动断层埋地管线地震反应问题,根据实际管线埋设情况,采用有限元实体简化模型,并在管段有效计算长度范围内设置弹性支座,对管土体系施加等效位移荷载,利用拟静力方法对断层运动引起的管线地震反应进行了计算,通过分析,考察了断层位错量,跨越角度,贯通裂缝宽度和径厚比等因素对管线地震反应结果的影响,得出了管线地震反应的一般运动规律,同时认为适当地设置弹性支座有利于管线有效抵抗断层运动造成的破坏作用.