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《地质灾害下悬空管道的应力分析及计算_罗金恒》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、设计计算地质灾害下悬空管道的应力分析及计算1,2231罗金恒,赵新伟,王峰会,郑茂盛(11西安交通大学材料科学与工程学院,陕西西安710049;21中国石油天然气集团公司管材研究所,陕西西安710065;3.西北工业大学,陕西西安710072)摘要:在地质灾害作用下,管道下方的土层下陷或流失会造成管道悬空,从而可能引发管道失效。本文基于Winkler线性理论,建立了地质灾害作用下管道与土相互作用的力学模型,并利用有限元计算了悬空管道上的应力分布。关键词:管道;地质灾害;应力分析;计算中图分类号:TE973191文献标识码:A文章编号:1001-4837(2006)06-
2、0023-04StressAnalysisandCalculationofSuspendedPipelineDuetoGeotechnicalHazards1,2231LUOJin-heng,ZHAOXin-wei,WANGFeng-hui,ZHENGMao-sheng,(1.SchoolofMaterialsScience&EngineeringofXi’anJiaotongUniversity,Xian710049,China;21Tubular,,GoodsResearchCentreofCNPC,Xian710065,China;3.NorthwestIndus
3、tryUniversity,Xian710072,China)Abstract:Undertheeffectsofgeotechnicalhazards,thesoilunderpipelineisfelldownorsweptaway.There2forethepipelineissuspendedandprobablyledtofailure.Inthepaper,amechanicalmodelbasedonWinklertheorywasintroducedtodescribetheinteractionbetweenthepipelineandthesoila
4、ndFiniteElementMethod(FEM)isadoptedtocalculatethestressprofileofsuspendedpipeline.Keywords:pipeline;geotechnicalhazards;stressanalysis;calculation目前的研究重点集中在对地质灾害的防治1前言[1～4]上,对于建立力学模型计算地质灾害如何影响由于长距离油气输送管道周围环境复杂,地理管道的失效却不多。为此,本文初步研究了在地质条件多样,不可避免地会遇到各种各样的地质灾害灾害作用下悬空管道的力学模型,并用有限元进行区,将会给管道的长期
5、安全运行构成严重威胁。例了计算。如,由于湿陷性黄土地质灾害的影响,马惠输油管道2悬空管段的受力模型自建成投产后,几乎年年发生崩塌、坍塌等灾害,每当埋设管道的地层发生塌陷、季节性水流冲涮年需耗费几十万甚至上百万元的维修资金,直接影等灾害时,管道下方的土层会下陷或流失,造成管道[1]响了管道安全运营。悬空。由于悬空管道两端受到未塌陷土层的支撑,基金项目:中国石油天然气集团公司石油管力学和环境行为重点实验室资助项目(05A40101)·23·©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsres
6、erved.http://www.cnki.netCPVT地质灾害下悬空管道的应力分析及计算Vol23.No62006因此可将管道看成两端受弹性支撑的梁结构,这种NP———管道内压产生的轴向力,N管道的受力模型可以简化为变形梁模型,见图1。p———管道内压,MPad———管道内径,m根据对称性条件、边界条件,可得悬空管段中挠度f为:qL21qch(kL/2)-1f=-(M0+2)+v0(2)8S0S0kch(kL/2)其中,k=S0/EI图1悬空管道受力示意3有限元计算在图1的简化模型中,架设悬空管道的两端为311计算模型弹性固定,在均匀向下的载荷q作用下发生变形由于弹
7、性力学解很难给出管道上应力细节分(图1中的曲线)。悬空管道的两端受到当量轴向力布,而用有限元方法可以给出详细的管道上应力场。S0的作用,M0为管道在埋入端受到的弯矩,悬空管按对称条件对悬空管道的受力进行了有限元分析,道受到向下的均布载荷q包括:管道自重、输送介计算中不考虑风载、外界震动、温度的变化、初始装质重量、悬空管道两边土下滑造成的剪切力和管道配应力等其他影响因素。采用的模型见图2,在对上方土层重量(裸露悬空管道不包括后两项)。受力称面按对称条件加边界条件,即把其中向下方向的分析时,将跨越长度为L的悬空管道看成受当量轴自由度放开,其余
