埋地管道不均匀沉降的应力及影响因素分析

为保障天然气埋地管道的安全运行,需要对其在不均匀沉降状态下的应力水平及其影响因素进行研究。选取该管道系统易发生应力集中的3个关键部位进行现场应力测试,得到系统运行时管道的应力值。应用ANSYS软件建立了管土非线性接触模型,通过对其进行分析,得到管道应力水平并建立了沉降差量与最大Von-Mises应力之间的映射关系。在该模型的基础上,探讨了管径、壁厚、埋深、埋土弹性模量、埋土泊松比对管道应力状态的影响。增大壁厚和埋土弹性模量以及减小埋深和管径均可降低不均匀沉降时管道的最大Von-Mises应力。研究结果为目前大量在建及在役天然气埋地管道的安全运行提供了理论支持,并提出了针对性的改进措施。     

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。     

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.     

40°～90°供热直埋折角弯管的数值分析

利用ANSYS有限元软件进行数值模拟,分析弯管折角角度、曲率半径、管径、壁厚和循环工作温差对40°~90°供热直埋折角弯管应力的影响规律.根据计算结果绘制不同影响因素与折角弯管最大应力曲线图.结果表明:随着弯管折角角度、曲率半径、管径、壁厚的增加,弯管最大应力值呈递减趋势;随着循环温差的增加,弯管应力最大值逐渐增大.     

土体塌陷下各参数对埋地管线的影响

土体塌陷是导致埋地管线破坏的重要原因之一。到目前为止, 国内外对塌陷区埋地管线反应的有限元分析甚少。为分析土体塌陷对埋地管线的影响,通过ANSYS有限元分析软件,建立管土模型,通过设置不同参数,如塌陷范围、埋深、管壁厚度,得出埋地管线在塌陷情况下的挠曲变形和轴向应力曲线。得出在土体塌陷下,增加壁厚和减少埋深均可减小埋地管道的破坏,同时得到埋地管道受力最大的位置在塌陷与非塌陷区交界处,因此应选此处为控制截面。设计中,应避免在控制界面附近设置接头。     

基于蒙特卡洛法的埋地悬空管道结构可靠度分析

为了计算埋地悬空管道的可靠度,基于蒙特卡洛统计模拟法,结合受力特征,建立了埋地悬空管道结构可靠度计算模型并计算了某黄土湿陷区埋地悬空管道的可靠度。为了描述不同影响因素对管道可靠度的影响程度,从管道失效概率的角度定义了参数的敏感性指标,对管道设计中经常涉及的管道外径、壁厚、埋深、悬空长度、屈服强度、温度差、管道内压7个随机变量进行了敏感性分析,讨论了参数的变化对管道可靠度的影响。结果表明:建立的埋地悬空管道可靠度计算模型能够对埋地悬空管道的可靠度进行计算;管道的悬空长度对可靠性影响程度最大,最大程度减小管道的悬空长度,适当减小管道埋深,降低管道内压,增大管道壁厚和屈服强度,有助于提高管道的可靠度。     

碎石化施工对邻近地下管道的振动影响

为了探讨碎石化施工对邻近埋地管道的振动影响,基于最大应变计算方法,研究碎石化施工时管道应力随破碎机械距离、管道埋置深度的变化规律及管道的临界破坏条件.计算结果表明:MHB破碎旧水泥混凝土路面时,当破碎机与钢管的水平距离大于2.0m时可进行正常破碎;管道的安全埋置深度与管径和壁厚的大小密切相关,壁厚为6mm,管径为200、300、350和400mm的钢管安全埋置深度分别为1.0、1.5、2.0和2.5m;壁厚为8mm,管径为500和600mm的钢管安全埋置深度分别为2.5和3.0m.     

带状堆载对邻近桩基作用效应的计算方法

为研究路基等带状堆载对邻近桥梁桩基础受力影响的计算方法,基于Terzaghi地基承载力公式,将地表的带状堆载等效为埋深为0的条形基础荷载,根据承载力计算公式中地基土整体剪切破坏时的滑动面形状,采用极限平衡法,得到保证地基稳定的最大堆载高度以及带状堆载主要影响区的计算公式;判断带状堆载邻近桩基础是否受堆载影响,并得到带状堆载作用下地基土体侧移变形的计算深度及对邻近桩基础的推力计算公式,将上述作用效应施加到堆载邻近的桩基础上,使堆载作用下邻近桩基础受力模型简化为一般的被动受荷桩,采用m法计算了桩身效应。同时,建立带状堆载与邻近桩基础相互作用的有限元模型,分析堆载规模对邻近桩基变形特性的影响,并将理论计算结果与有限元结果进行比对。研究结果表明:堆载作用下地基土体浅层一定深度内发生了侧移变形,推挤邻近桩基而发生不同程度的挠曲,堆载作用下地基土体侧移存在影响深度范围;带状堆载作用对邻近桩基础的受力变形存在主要影响区,在该距离范围内堆载对桩基础影响明显,超过该范围后其影响并不消失,而是维持在较低水平;理论计算和有限元计算结果反映的规律基本一致,理论结果比有限元结果略保守,研究可为类似工程提供借鉴。     

复杂土层条件下堆载对邻近桥梁桩基受力变形的影响及控制研究

为探讨不同形式堆载作用下多层土体地基桥梁桩基的稳定性状况，基于Midas GTS NX软件建立了不同堆载工况下含桥梁桩基的地基计算模型，分析了堆载的宽度、高度和位置对桩基水平和竖向变形、轴力、剪力和弯矩分布的影响.结果表明：桩基水平位移随深度增加先增大后降低，最大剪力随桩基埋深和堆载宽度的增加而增大，最大水平位移和弯矩均随堆载宽度呈指数型增长，且出现位置向深部转移.桩基最大水平位移和最大弯矩随堆载高度增加分别呈现指数型和线性增长，随堆载距离增加分别呈线性和指数型降低，最大正弯矩出现在土-岩交界处，且左桩基水平位移和弯矩大于右桩基.研究结果可为多层土体地基中堆载参数合理选择和桥梁桩基加固等提供理论支撑.     

输气管道滑坡灾害影响因素敏感性分析

为保证输气管道在滑坡灾害下能够安全运行,需对输气管道滑坡灾害进行影响因素敏感性分析,以识别出管道应力与影响因素之间的敏感状况.利用ABAQUS有限元软件建立输气管道滑坡灾害数值分析模型,计算出管道的最大Mises应力值;应用敏感性系数分析法分析了输气管道滑坡灾害的主要影响因素,得出主要影响因素与管道应力之间的变化规律.计算结果表明,管道在横穿滑坡区域时,除管道壁厚与管道应力呈反向变化关系外,滑坡宽度、内摩擦角度、土体黏聚力、管道埋深和管内压力都与管道应力呈正向变化关系;管道壁厚为影响管道应力的关键因素,其余各因素敏感性从强到弱的排列顺序为,滑坡宽度土体黏聚力内摩擦角管内压力管道埋深.     

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.     

隧道开挖对既有管线沉降的影响

隧道施工使周边管线的附加应力及变形加大,严重影响管线安全,而管线监测通常落后于施工,只有正确地预估管线沉降和沉降规律才能保证施工安全。针对这一问题,采用ANSYS分析软件,考虑管土之间的相互作用,模拟隧道台阶法施工的实际过程,探讨隧道浅埋暗挖施工对管线的影响,分析其沉降规律,并与实测值对比,研究管线直径、埋深、材质、埋置年代等对其沉降的影响规律。研究结果表明:模拟值略小于实测值,但沉降规律一致,地下水的损失以及地面荷载都将加大管线沉降;管线的最大沉降与管线直径大致成正比关系;埋深对管线变形的影响较大,近地面处随埋深的加大管线沉降加大,靠近管线处随埋深的加大沉降减小;不同材质管线的沉降从大到小依次是PVC管、混凝土管、铸铁管、钢管;壁厚对管线的影响不大。     

海上风机变径单桩基础水平承载特性数值分析

为研究海上风机变径单桩基础承载性能,通过有限元分析软件ABAQUS建立变径桩数值模型,开展变径单桩水平承载性能的数值模拟研究,分析其相对于通长单桩基础的承载性能优势,并针对变径段尺寸进行参数分析.结果表明:变径桩极限承载力较通长桩存在明显提高,相同水平荷载作用下,变径单桩基础桩身位移明显减小,其水平承载能力要优于通长桩...     

湛江组结构性黏土中开口桩土塞效应模型试验研究

在土层中打入开口桩,土体进入桩内形成土塞,土塞效应对桩的承载能力和沉桩后的工作性状有重要影响。在湛江组结构性黏土中打入开、闭口模型桩,进行了17组现场模型桩试验。通过对实验数据分析,得到了开、闭口桩的承载力以及土塞高度的变化情况与不同桩径、桩厚之间的关系;探讨了土塞增量与桩打入深度之比（IFR）随桩长与内径之比的变化规律,线性拟合出土塞增量与桩打入深度增量之比（IFR）与土塞高度与桩打入深度之比（PLR）的经验公式。结果表明：开口桩的承载力较同等规格的闭口桩承载力偏小,减小比例为20%-30%;土塞高度的增量随着桩径以及壁厚的增大而变大;随着管径的壁厚比越大,土塞相对高度越大;试验桩中土塞都是部分闭塞,但随着桩入土深度的继续增加,闭塞效果逐渐增强;IFR与PLR之比基本成线性关系。     

车辆荷载作用下埋地管道动力响应分析

铺设在农田、荒地的埋地管道容易受地面车辆荷载的影响,管道在其作用下一旦达到强度极限就会产生安全问题。本文建立车-管-土耦合模型,分析车辆荷载作用下埋地管道的动力响应,得到不同时刻埋地管道的应力分布规律。再建立管道减荷有限元模型,分析不同轮压下承压板宽度对管道减荷的效果,得到管道中部等效应力与承压板宽度的对应关系。结果表明：埋地管道任一点处的力学响应与车辆荷载作用点的距离成负相关,承压板宽度与其对埋地管道的减荷效果成正相关,不同宽度的承压板存在承载力极限。该研究结果为车辆荷载作用下埋地管道的减荷提供了参考依据。     

海上风电大直径宽浅式筒型基础抗弯特性分析

风机属于高耸结构物,承受巨大的弯矩是海上风电基础区别于其他常见结构基础的重要特征．大直径宽浅式筒型基础是适应海上风电特征荷载作用的新型基础型式．筒型基础的直径、入土深度、顸盖及侧壁厚度是控制其抗弯能力的重要技术参数．结合某海上风电工程实例,采用数值分析方法,系统研究了不同尺寸特征参数对筒型基础传递及抵抗弯矩荷载的影响,揭示了弯矩荷载作用下宽浅式筒型基础的失效模式及基础转动点位置;研究了地基承载力设计中等效均质算法的合理性．研究表明：基础抗弯承载能力随筒型基础的直径及入土深度的增加而显著增长;在弯矩荷载作用下,筒周围土体出现贯通的弧形破坏面而在基础下方土体中存在曲边三角形的稳定区;对于实际工程中的上软下硬成层土地基,经等效均质化后,将导致计算得到的基础抗弯极限承栽力明显偏高．     

滑坡下成品油管道力学响应研究

针对于管道横穿滑坡体存在的潜在危害,基于光滑粒子流体动力学与有限元耦合算法（SPH-FEM）构建土-管-油完全耦合模型,综合考虑材料、几何及接触非线性,分析土-管-油作用机制,并探讨滑坡体位移、埋深及径厚比等主要因素对管道力学行为的影响。研究表明,相比于简化为内压的油管（存在内压的空管）,当考虑管内成品油存在时,均存在滑坡作用下管道典型的损伤行为,但在满管输送工况下,管内成品油的作用由滑坡初始时刻的“抗变”转变为“助变”,且对管道位移形变产生更大的影响,与简化空管相比,其位移增加了10.63%（应力增加了4.96%）;随滑坡体位移、滑坡规模的增大及埋深的减小（对于敷设于滑坡中部的管道）,会产生更大位移及塑性形变区域;对于穿越滑坡区的管道,可适量增加壁厚以增强管道极限承载能力。研究所得成果可为保障管道安全运行及滑坡灾害下管道防护给予理论指导与技术支持。     

岩石坍塌作用下埋地集输管道应力变化规律

基于弹塑性力学理论,采用有限元分析方法,建立了岩土坍塌作用下埋地集输管道分析模型,研究了岩石坍塌作用下不同因素对埋地集输管道应力影响规律.结果表明:冲击载荷随石块边长的增加呈指数形式上升,正方体边长改变1.4 m时,冲击载荷可改变22.4 MPa.运行压力、温度、管道铺设坡度对管道壁面应力影响较小,而冲击载荷、腐蚀是埋地集输管道安全的主要影响因素.当冲击载荷大于10.5 MPa时,管道进入塑性变形区.岩石坍塌冲击载荷较大时,管道壁面最大等效应力随着管道径厚比的增加而减少.当径厚比改变了3.8,管道壁面最大等效应力可减小44 MPa;当岩石坍塌冲击载荷较小时,管道壁面最大等效应力出现极小值点.     

采坑区冲沟演变影响下管道埋深预测

管道埋深是水毁灾害风险评价、防治决策的关键指标之一。基于洪积扇采坑区冲沟发育特征、几何形态及其对油气管道的影响方式,将冲沟演变过程简化为溯源侵蚀和沟床回淤两个阶段,在此基础上构建管道埋深预测模型。利用15处水毁点管道埋深实测值对模型预测值进行验证,偏差小于15%的比例达73%,预测结果基本可信。模型中管道埋深与冲刷比降、回淤比降、设计埋深、水平距离、沉积厚度呈线性正相关,与采坑深度、原始坡面坡降、采坑边坡坡降呈负相关。该模型能快速预测出不同沟床比降下的管道埋深,可为采坑区穿越段管道风险评价、灾害防治、选线等提供技术支撑。     

风力机框筒式埋深基础的模型试验

基于传统重力式基础和桩基础的力学特性提出一种新型框筒式埋深基础,并运用模型试验研究其受力特点和承载性能。对2个不同尺寸基础模型的试验与对比分析,结果表明:框筒式埋深基础的承载力源自地基土与基础的相互作用,其破坏模式和承载性能主要取决于基础的埋深和底板的直径,基础埋深的增加将引起框筒上应力的减小,破坏模式以局部结构失效为主,底板直径的改变将使基础以倾覆破坏为主,且对比发现埋深的影响更显著。