采空区埋地输气管道沉降机理及振动特性研究

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1、分类号：O3学校代码：10109密级：公开太原科技大学硕士学位论文(学术型)学位论文题目：采空区埋地输气管道沉降机理及振动特性研究英文题目：StudyonSettlementMechanismandVibrationCharacteristicsofBuriedGasPipelineovertheMined-outAreas研究生姓名：杨晓辉导师姓名及职称：赵子龙教授培养单位：应用科学学院学科专业：力学论文提交日期：2016年5月30日论文答辩日期：2016年6月8日答辩委员会主席：树学峰教授论文独创性声明本人郑重声明：所呈交的论

2、文，是本人在导师指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他个人或集体已经发表或撰写的研究成果。对本研究所做的任何贡献的个人或集体均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本声明产生的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：中文摘要中文摘要本文以采空区埋地输气管线系统为研究对象，研究了埋地输气管线系统在地基发生不均匀沉降时的沉降机理和横向振动特性。主要研究内容包括：1、采空区埋地输气管道沉降变形分析及刚度校核；2、采空区埋地输气管道应力及许可沉降值分析；3、采空区埋地输气管道流固耦合作用下横向

3、振动特性分析。本文建立能够反映采空区具有多个差异沉降面的输气管道力学分析模型和管道变形曲线微分方程，进而导出管道挠度解析表达式。利用该解析表达式对管道变形进行了研究并与测量结果进行了比较。在此基础上，对管道转角和曲率半径进行了研究，并利用研究结果校核了某管道系统的安全状态。同时利用导出的管道挠度解析表达式，研究了采空区埋地输气管道应力并确定了其许可沉降值。研究表明：(1)本文所建立的力学模型和导出的变形解析表达式适用于具有多个差异沉降面的输气管道变形及受力分析。(2)可根据相邻两个极值点之间的水平距离确定管道的许可沉降值。本文将采

4、空区输气管道简化为简支梁力学模型，考虑温度变化对管道横向振动的影响，利用Hamilton广义原理，建立了流固耦合作用下管道横向振动微分方程。利用伽辽金离散化方法求出了温度、流速、流体压力、管道长度、管道壁厚和管道外径对管道固有频率和位移响应的影响。研究表明：(1)技术规范要求的流速下，天然气流速对管道动态特性的影响很小，可忽略其影响。(2)在温度变化一定的情况下，对管道固有频率影响最大的是管道长度，其次是天然气压力。(3)温度差和管道长度是影响管道位移响应的主要因素。关键词：采空区；埋地输气管道；沉降变形；许可沉降值；流固耦合；横

5、向振动IABSTRACTABSTRACTAimingattheburiedgaspipelinesystemoverthemined-outareas,itssettlementmechanismandlateralvibrationcharacteristicsontheunevensettlementoffoundationwerestudied.Themainresearchcontentsinclude:1.Theburiedgaspipelinesettlementdeformationoverthemined-outa

6、reaswasanalyzedanditsstiffnesswaschecked;2.Analysisonthestressandthepermissiblesettlementofburiedgaspipelinewasanalyzed;3.Theburiedgaspipelinetransversevibrationunderfluid-solidcouplingwasanalyzed.Themechanicsmodelanddeformationdifferentialequationofthegaspipelineover

7、themined-outareaswithmultidifferentialsettlementwasestablished,andtheanalyticalexpressionofpipelinedeflectionwasderived.Thepipelinedeformationwasstudiedbyusingtheexpression,andthatwascomparedwiththemeasurementresults.Onthisbasis,theangleandthecurvatureofthepipelinewer

8、estudied,andthecurrentsecuritystateofthepipelinewascheckedbytheresearchresults.Atthesametime,thisburiedgaspipelinestresswass