埋地管道分析.pdf

《埋地管道分析.pdf》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、CAESARCAESARIICAESARII埋地管道应力分析何耀良北京艾思弗计算机软件技术有限责任公司2010概述ò由于埋地管道在石油、天然气长距离输送、城镇热电联产——区域供热领域应用广泛，出于安全性考虑，对埋地管道系统的分析设计尤为重要。AECsoft2010/11/6概述AECsoft2010/11/6概述ò埋地管线实际上是管道和各种附属元件整体组合安装形成的复杂系统。AECsoft2010/11/6AECsoft2010/11/6概述ò设计人员对当地环境土壤特性和地质情况的了解程度、所使用的分析假设，实际上决定了计算结果是否接近真实情况。ò对地质情况不了解，没有恰当考虑热胀、

2、外载荷、土壤特性可能导致严重的安全问题AECsoft2010/11/6各种失效AECsoft2010/11/6概述AECsoft2010/11/6特殊之处ò埋地管线与架空管线存在较大差异：¢架空管线使用支吊架支撑，导致失效的原因主要为垮塌（一次应力）及疲劳失效（柔性）；¢埋地管线则承受连续土壤摩擦约束作用，特别是长直管道存在自然锚固现象，其主要失效形式则是热态应力引发的轴向失稳及疲劳破坏（柔性）AECsoft2010/11/6对热态应力而言ò热态应力是衡量管道轴向抗失稳能力的依据，当热态应力超标时，可能产生两类失效：热拱轴向失稳AECsoft2010/11/6如何分析？ò为避免事故的

3、发生，我们需要对导致埋地管道失效的各种因素进行分析。主要分为：ò1.土壤约束（土壤特性，转为土壤约束模型）ò2.管道柔性（管道分区，完全约束和活动段）ò3.计算方法（标准规范）AECsoft2010/11/6土壤约束ò主要体现在土壤摩擦力上；ò土壤的摩擦力是固有特性，与土壤以及管道表面粗糙度有关；ò通常人们将连续约束简化为点约束；AECsoft2010/11/6土壤约束但是这个点约束并非线性的AECsoft2010/11/6土壤约束ò实际的土壤约束曲线为一段圆弧，这增大了模拟计算的难度，人们通常引入简化算法：AECsoft2010/11/6土壤约束ò使用简化模型——土壤约束线性化（部

4、分线性化）AECsoft2010/11/6土壤刚度ò约束简化为线性的静摩擦力及滑动摩擦力；ò临界点为极限载荷（土壤的弹性和塑性转化点）；ò极限载荷出现时所对应的土壤变形量称为屈服位移；ò可以通过多种方法来确定极限载荷及其屈服位移，常见的是将按照轴向摩擦力、横向进行区分。AECsoft2010/11/61CAESARBasicSoilModel1.CAESARBasicSoilModelò基于Peng'sTheoryò该方法相对比较简单.这种土壤模型同样认为埋地管道周围的土壤发生弹性——塑性变形过程。而转换的临界点为最大土壤约束.ò约束分为分为轴向、横向,认为竖向和横向一致。双线性土壤

5、约束AECsoft2010/11/6轴向极限载荷的计算F=μD(2ρH+πρt+πρD/4)axspfòµ为土壤摩擦系数，参考值如下：V泥沙——0.4V沙土——0.5V砂砾——0.6V粘土——0.7ò无排水抗剪强度Su/600psf（自定义摩擦系数）òρs——土壤密度òH——地面至管顶的埋深òρp——管子密度AECsoft2010/11/6土壤屈服位移与土壤刚度ò当土壤处于弹性变形阶段时，通过土壤屈服位移及上面得到的极限载荷来求出土壤刚度。ò土壤屈服位移Yd=屈服位移系数×（H+D），其中屈服位移系数为用户定义的常数（H=3D,建议默认值为0.015）ò于是所划分的单位长度管段所承受

6、的轴向土壤约束刚度为：Kax=Fax/YdAECsoft2010/11/6横向极限载荷的计算22F=0.5ρ(H+D)[t([tan(45+φ/2)]∗OCMtrsòΦ为土壤的内摩擦角，参考值如下：V沙土——27-45°V泥沙——26-35°V粘土——0°（如果给定Su，那么tan值替代为SS/50pu/250psf）òOCM为回填夯实系数（衡量土壤密实度),根据土壤颗粒大小及回填压实度，范围由1-8变化ò回填夯实度决定了管道挤压土壤所需要的力的大小ò同理，当得出力及位移后，横向刚度为：Ktr=Ftr/YdAECsoft2010/11/6BasicSoilModelBasicSoil

7、Model土壤约束ò轴向土壤刚度单独考虑，主要是摩擦效果。ò横向刚度和垂直刚度一致，主要是考虑埋深，夯实效果，土壤摩擦角影响。AECsoft2010/11/6土壤模型与密实度的关系ò人们将各种不同的土壤（S0）进行归类，具有相似特性的土壤指派到同一系列中（SC1——SC5），系列编号按照刚度从大到小排列，这意味着SC1类土壤具有比SC2——SC5更大的刚度。通常SC5类土壤极不稳定且不适合于回填及做基础层铺垫。具体见下表：AECsoft2010/11/6土