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。     

钢质管道冲沟和坍塌状态下静荷载失效长度数值分析

主要利用 ANSYS 有限元分析软件,建立了埋地管道有限元数值分析模型.对管道在冲沟、坍塌下的问题进行了静荷载分析,给出了管道静载失效长度.     

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.     

箱梁预应力管道内空洞探地雷达有限元正演模拟

箱梁预应力管道注浆不密实导致梁体预压应力瞬间失效,从而造成梁体突然断裂坍塌的危害。为了更准确地检测箱梁预应力管道内注浆不密实缺陷,建立箱梁预应力管道内空洞物理模型,分析在探地雷达二维及三维探测下钢筋、管道部分注浆及管道充水条件下反射波信号的成像特点。基于改进Sarma吸收边界的有限元法计算公式,编制MATLAB程序对箱梁预应力管道内不同大小的空洞进行正演模拟。通过模型试验和数值模拟对比分析,结果表明:探地雷达三维探测能识别钢筋和空洞的分布,更全面地反映不同病害的形态特征;有限元模拟分析表明回波信号出现的时间、回波强度、双曲线的曲率及延长度均与空洞几何尺寸有关。空洞在模拟和试验探测的结果均为"弧形",验证了数值模拟方法的可行性,为实际工作提供指导依据。     

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。     

PE100管非开挖拉管施工与供水过程有限元分析

为优化工程施工,采用ABAQUS商业有限元软件建立运动轨迹为圆弧的管道牵引施工有限元模型以及管道供水过程中的流固耦合模型,分析PE100给水管道在牵引施工及供水过程中的应力应变分布.结果表明,安装后管道前部拉应力较大,在拉应力作用下将发生急剧老化甚至延性断裂失效,需去除后再与石墨管连接,其余位置均在安全范围内,不会发生失效;在供水过程中,管道上部大部分位置与预挖孔有接触,下部分处于悬空状态,产生较大的位移,部分区域存在压力变化,且不同位置的环向应力不一样,但不会造成延性断裂失效.     

地震作用下海底悬跨管道水动力计算模型

在不同方向的地震动输入下海底悬跨管道的动力响应存在差别.基于Wake模型,提出了三维地震输入下的海底悬跨管道的水动力模型,并推导了有限元控制方程.建立有限元离散模型模拟模型试验工况,进行了正弦波和El Centro模拟地震波输入下海底悬跨管道的动力分析.通过数值计算和模型试验的结果比较可以看出,考虑地震动输入方向影响的Wake模型能够应用于海底悬跨管道的地震响应分析,其计算结果与试验结果符合得较好.     

埋地钢管在逆断层作用下失效模式研究

穿越逆断层的埋地管道在断层错动过程中呈现的失效样式复杂多样,根据逆断层错动管道受力特征分为压缩屈曲失效、Euler梁失稳失效两种失效模式,但对两种失效出现的工况认知不足.在管道抗震计算中通常借用管道在走滑断层错动时的反应分析方法来估算管道在逆断层中的变形状况,避免梁式失稳靠满足一定的埋深来保障.本研究利用ANSYS通用有限元程序建立了钢制埋地管道地震反应的有限元模型,以分析逆断层作用下管道的失效模式.该模型适合分析逆断层倾角≤80°的情况.计算结果显示:逆断层倾角≤45°,管道发生屈曲失效,管道失效部位在管道与断层破裂线相交处.倾角在50—70°之间,管道存在两种失效可能:当断层垂直位错量在0.7—1.0m之间时,管道出现失稳失效;当位错量大,错动速度快时,管道在与断层破裂线相交处发生屈曲失效.倾角在75—80°之间,管道屈曲失效和失稳失效可能相伴发生,屈曲失效部位出现在两处:(1)管道在与断层破裂线相交处失效;(2)失稳隆起处发生弯折.     

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.     

纤维复合材料修复缺陷管道的失效分析

为准确预测纤维复合材料修复缺陷管道的极限失效压力,基于管道钢材料、填充胶层和复合材料的极限失效状态,建立修复后缺陷管道的极限失效数值模型.以缺陷深度、轴向长度、环向长度以及修复层数来表征不同的修复工况,对不同的修复工况进行非线性数值分析.结果表明:对于未修复缺陷管道在单调递增内压力作用下,缺陷区域等效应力曲线可分为线弹性、塑性屈服和刚度退化三个阶段,且腐蚀程度对管道极限承压能力的影响极为显著;复合材料修复层在管道缺陷区域屈服后均能很好地抑制缺陷处的径向膨胀,起到加固修复作用,但对于同一缺陷工况,不同修复层数呈现出不同的失效模式,修复层数对复合材料修复性能具有显著影响;在相同修复层数下,修复后缺陷管道的极限承压能力随缺陷深度的增大呈较大的下降趋势,缺陷轴向长度和环向长度对复合材料修复性能的影响极为有限,但轴向和环向长度较大的缺陷管道其修复后的极限承压能力增量较大.     

不均匀场地钢制波纹接头埋地管线地震响应

震害调查表明,地震作用下埋地管线主要发生轴向接头拔出破坏,提升接头变形能力可有效地减轻埋地管线地震破坏。提出一种柔性大变形钢制波纹接头,以土弹簧模型考虑管土相互作用非线性特征,考虑两种力学性能的场地土,采用有限元方法对不均匀场地下埋地管线进行地震响应分析。分别建立有波纹管接头连接和无接头埋地管线有限元模型,数值分析了不同地震动作用下波纹管接头对地下管线应力、能量耗散、内力等的影响规律。结果表明：埋地管线在不均匀场地交界面处最大应力显著增加,波纹管接头可以有效减小管道轴力、弯矩以及von Mises应力。     

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.     

地基塌陷过程中埋地管线的有限元分析

地基塌陷往往影响埋地管线的正常使用和安全,针对这一课题,在室内模型箱试验的基础上采用Ansys软件建立有限元模型,应用单元生死技术模拟了土体塌陷范围不断扩大的过程,得出随着地基塌陷埋地管线内应力及沉降的变化过程曲线。通过与室内试验数据对比,证明了本数值模拟方法的可行性。进而又通过图像分析找出了管线的控制截面及控制力,并研究了埋地管线的壁厚和下卧层土体刚度在地基塌陷过程中对管线变形的影响规律,得到了一些具有工程实际意义的结论,为沉陷区域埋地管线设计和数值分析提供理论依据。     

滑坡带埋地管道力学强度分析

针对西部某滑坡段埋地管道的实际工况环境,开展了滑坡段埋地管道受力的理论分析,由于滑坡带的埋地管
道受力非常复杂,因此,用有限元法建立了滑坡段埋地管道与土壤互作用的有限元力学模型,该模型可以方便和准确
地模拟埋地管道与土壤的相互作用以及管道不同工况和不同边界条件下的应力和变形。根据该模型,详细地分析和
研究了不同斜坡角度和不同滑坡长度下管道内的最大应力、应变的变化,重点分析了西部某段埋地管道的斜坡角度为
20℃时,管道内的最大应力随滑坡段长度的变化关系,为安全滑坡段长度的设计提供了理论依据,该方法可以在类似的
斜坡地段埋地管道中推广应用。     

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。     

埋地管道在地震波作用下的动力响应分析

埋地管道是一种特殊的地下结构.地震时由于管道与沙土等介质的相互作用引起管道运动,在管道中产生地震应力.针对地震波作用下埋地管道的运动特点,应用有限元分析方法对埋地管道进行模拟试验,结果表明水平地震沿x方向和y方向共同激励作用下管道的横向位移响应远远小于轴向位移响应.     

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。