管道设计论文：管道设计方法思考

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1、今年，共有19所高校部分外国语专业可单独招生，这些单招的试点院校将按有关规定自行组织命题和单独考试，在全国统考前提前录取管道设计论文：管道设计方法思考　　本文作者：张宏、崔红升单位:中国石油大学（北京）机械与储运工程学院、中国石油天然气与管道分公司　　随着管道工程的发展，其敷设地段的地质条件越来越恶劣，不可避免地需要穿越强震区、活动断裂带、滑坡、泥石流、冻土、沙漠、岩溶、采空区等各种地质灾害易发地区。一旦这些地质灾害发生，管道将承受较大的应力而超过管材的许用应力甚至屈服。如果仍然采用传统的基于应力的设计方法，就会导致

2、因实际发生概率较低的严重地质灾害而使管道建设成本过高，在工程中无法实现。小语种自主招生的对象主要是外语教学质量较高的普通高中应届毕业生，考生被录取后，不得再报考其他高校，新生入学后也不得转入其他专业。今年，共有19所高校部分外国语专业可单独招生，这些单招的试点院校将按有关规定自行组织命题和单独考试，在全国统考前提前录取　　基于应变的管道设计方法来源于关于极限状态的设计思想。极限状态指工程结构处于某种不能继续提供原本所能提供功能的临界状态，达到或逾越了该临界状态，结构可能产生特定形式的失效。在DNV-OS-F101-X

3、X、CSA-Z662-XX等管道标准[4-5]中将管道极限状态分为适用极限状态和临界极限状态。适用极限状态指仍能够保持管道一定使用功能的极限状态，而临界极限状态指管道完全失去功能的极限状态，如管道弯曲时截面的椭圆化失稳、拉伸时断裂和压缩时产生屈曲折皱及疲劳断裂等，这些破坏形式是管道使用中决不允许出现的。理论上，管道达到临界极限状态前均应该是适用的，但基于安全的考虑，为防止管道达到临界极限状态，类似于基于应力设计时采用设计系数一样，上述规范设定了适用极限状态，允许管道的应力达到或超过屈服应力而进入弹塑性状态，但不会达到

4、临界极限状态，仍能维持管道运行，不会引起泄漏、火灾、爆炸、污染等次生灾害，为地质灾害发生后对管道进行维抢修提供条件。为此，提出了基于应变的管道强度设计方法。当处于适用极限状态的管材已经超过屈服极限而处于塑性变形阶段时，管材的应力应变曲线比较平缓，如仍采用应力作为控制参量，微小的应力误差将产生较大的应变误差，很容易使管道达到临界极限状态，因此将应变作为控制参量是适宜的。目前，除上述两个标准之外，采用基于应变的管道设计的标准还有美国APIRP1111-199《9碳氢化合物海底管道设计、建设、运行和维修》、美国ASCE《埋

5、地管道设计导则》、、API1104-XX和ABSXX，英国BS8010-1993，德国GL-CodeⅢ/4，澳大利亚AS2885和AS1958等。全球采用基于应变的设计方法设计的管道超过了10条，包括BP-Northstar、Enbrige-NormanWell等[6]。我国西气东输二线工程穿越强震区和活动断层的管段，首次采用了基于应变的管道强度设计方法。小语种自主招生的对象主要是外语教学质量较高的普通高中应届毕业生，考生被录取后，不得再报考其他高校，新生入学后也不得转入其他专业。今年，共有19所高校部分外国语专业可

6、单独招生，这些单招的试点院校将按有关规定自行组织命题和单独考试，在全国统考前提前录取　　基于应变的管道强度设计方法的数学表达式与基于应力的方法类似：ε≤[ε]＝Fεs（3）式中：ε为各种载荷作用时管道可能产生的最大应变，与载荷大小、管道结构及尺寸、管材特性以及管道的失效形式（如截面椭圆化、拉裂、压缩屈曲）相关，可通过建立相应的管道力学模型及分析计算获得；εs为管材所能承受的极限应变，与管道材料特性、焊接方式、管材及焊接缺陷以及管道的失效形式相关，一般通过对管材的试验测试获得；F为设计系数，其选取与管道可承受风险或经济

7、性相关，可通过研究并制定相应的标准确定。由式（3）可以求得确定载荷作用下的管道应变、管材的极限应变和安全系数。　　基于应力和基于应变两种设计方法的最主要区别：①工作区域不同，对于纯弹性设计的构件而言，基于应力和基于应变的强度设计是相同的，因此基于应变的强度设计一定是针对处于弹塑性状态的构件而言的。②控制参量不同，基于应力的强度设计的控制参量为管道等效应力，适合的载荷形式为不同形式的力（内压、温度等）；基于应变的强度设计的控制参量为管道的轴向应变，适合的载荷形式通常为土壤位移。因此，基于应变的管道强度设计主要适用于以下

8、3个条件均满足的情况：①受位移控制的载荷作用下的结构，如土壤位移；②该载荷大小一定会造成构件进入弹塑性状态，如重大地质灾害；③过大的应变会使构件达到某种工程中不允许的危险状态，如管道破裂。基于应变的强度设计并不能完全代替基于应力的强度设计，因为基于应变的强度设计只适合特定的载荷条件，是基于应力的管道强度设计方法的一个补充。一般情况下，仍应该首先