埋地管道通过逆断层的有限元分析

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1、石油机械—１１２—ＣＨＩＮＡＰＥＴＲＯＬＥＵＭＭＡＣＨＩＮＥＲＹ２０１５年第４３卷第１０期◀管道工程▶埋地管道通过逆断层的有限元分析１２２慕园余志峰刘玉卿（１?上海弘园石化工程有限公司２?中国石油天然气管道工程有限公司）摘要：埋地管道通过的逆断层是油气输送管道抗震设计中最困难的地段，这是因为在逆断层位移作用下管道压缩分量大，容易产生屈曲失效。鉴于此，以某逆断层作用下埋地管道为例，利用有限元软件ＡＢＡＱＵＳ进行了管土作用分析，并采用基于应变的准则进行管道校核。对于范围大、布置复杂的地段采用管单元，土壤采用弹簧单元来模拟，可以满足工程使用的精度要求。计算结果表明，该埋管发生了压缩塑性变形

2、，但仍然处于安全状态。研究内容可为埋地管道设计提供参考。关键词：逆断层；埋地管道；管土相互作用；有限元；应变设计准则中图分类号：ＴＥ８３２文献标识码：Ａｄｏｉ：１０?１６０８２／ｊ?ｃｎｋｉ?ｉｓｓｎ?１００１－４５７８?２０１５?１０?０２６ＳｔｒｅｎｇｔｈＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＢｕｒｉｅｄＧａｓＰｉｐｅｌｉｎｅｉｎＲｅｖｅｒｓｅＦａｕｌｔ１２２ＭｕＹｕａｎＹｕＺｈｉｆｅｎｇＬｉｕＹｕｑｉｎｇ（１?ＳｈａｎｇｈａｉＨｏｎｇｙｕａｎＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ?，Ｌｔｄ?；２?ＣｈｉｎａＰｅｔｒｏｌｅｕｍＰｉｐｅｌｉｎｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｒｐｏｒａｔｉｏ

3、ｎ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｕｒｉｅｄｐｉｐｅｌｉｎｅｕｎｄｅｒｔｈｅａｃｔｉｏｎｏｆｒｅｖｅｒｓｅｆａｕｌｔｉｓｔｈｅｍｏｓｔｄｉｆｆｉｃｕｌｔｓｅｃｔｉｏｎｆｏｒｓｅｉｓｍｉｃｄｅｓｉｇｎ?Ｄｕｅｔｏｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｒｅｖｅｒｓｅｆａｕｌｔｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｅｄｌａｒｇｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｐｉｐｅｌｉｎｅｉｓｐｒｏｎｅｔｏｌｅａｄｉｎｇｔｏｂｕｃｋｌｉｎｇｆａｉｌｕｒｅｂｅｃａｕｓｅｏｆｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｏｒｂｅｎｄｉｎｇ?Ｇｉｖｅｎａｂｕｒｉｅｄｐｉｐｅｌｉｎｅｉｎａｒｅｖｅｒｓｅｆａｕｌｔａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ，ｐｉｐ

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5、ｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｂｕｒｉｅｄｐｉｐｅｈａｓａｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｐｌａｓｔｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｂｕｔｓｔｉｌｌｉｎａｓａｆｅｓｔａｔｅ?Ｔｈｅｓｔｕｄｙｃｏｕｌｄｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｆｏｒｐｉｐｅｌｉｎｅｄｅｓｉｇｎｅｒｓｏｎｂｕｒｉｅｄｐｉｐｅｌｉｎｅａｎａｌｙｓｉｓｕｓｉｎｇｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ?Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｖｅｒｓｅｆａｕｌｔ；ｂｕｒｉｅｄｐｉｐｅｌｉｎｅ；ｐｉｐｅ⁃ｓｏｉｌｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ；ｓｔｒａｉｎｄｅｓｉｇｎｃｒｉｔｅｒｉａ未对有弯管连接的管道进行说明。为此，笔者研究０引言

6、了管道通过断层的应力和应变情况，研究中涉及的工程实例包含直管段和两侧的弯管；最后采用应变油气输送管道多为埋地敷设，国内已建的很多准则进行校核，拓展了运用有限元法对逆断层作用管线不可避免地会通过活动断层。大量震害资料表下埋地管道分析的范围。明埋地油气管道的地震破坏发生在活动断层处且对［１－３］断层错动表现出敏感性。管道一旦发生破坏，１有限元模型的建立将引发火灾或爆炸等灾害。《油气输送管道线路工程抗震技术规范》（ＧＢ１?１建模要素分析５０４７０—２００８）规定：对通过活动断层的油气管道地震中断层错动引起土壤和管道的大位移，管［４］应进行抗震校核，对于管道通过逆冲断层而导致管道和土壤都可能

7、进入弹塑性或塑性状态，故选道受压的情况应采用有限元方法进行抗拉伸及抗压用能够分析几何非线性和材料非线性的有限元软件缩校核。对于通过逆断层的埋地管道，现有规范及ＡＢＡＱＵＳ进行埋地管线的应变分析。文献均取直管段为研究对象进行应力应变分析，并埋地管线的有限元模型包括钢管的模型、管土２０１５年第４３卷第１０期慕园等：埋地管道通过逆断层的有限元分析—１１３—相互作用及边界条件的处理。钢管模型一般有梁单３。冷弯钢管后焊接的直管段长度取ｌ＝１００ｍ，端３元、基于梁单元