基于ABAQUS的悬空管道地震响应分析-论文.pdf

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1、30一■技术交流石20油和化工设备一14年第17卷基于ABAQUS的悬空管道地震响应分析孙健(中国石油天然气管道局第五工程公司，河北任丘062550)[摘要】悬空管道在发生震级较高地震时，受地震波的影响非常明显。本文假设强震作用于克乌成品油某悬空段管道，借助ABAQus仿真软件模拟地震波，对悬空管道进行模态和地震响应分析，对比得到悬空管道的应力和位移结论。该方法可为分析地震对悬空管道产生的影响提供参考。[关键词]ABAQUS；地震响应分析；悬空管道；模态分析地震给人类社会造成的危害巨大。近年来，特性，是动态响应分析的前提。地震活动呈逐渐活跃趋势，

2、地震对管道振动产生1．1基本假设的影响不可小视。当地震发生时，地下某处岩层为更有效地进行管道的地震响应分析，现作突然崩塌破裂，岩层产生振动，振动以地震波的如下假设：地震波在传播过程中波形及波的参数形式传至地面，引起地面发生晃动，埋地管道随值不变；在非均匀介质的分界面处，地震波不发之产生振动。地震波低频多在1．10Hz范围内，与生折射和反射；埋地管道在地震波作用下的动力埋地管道系统的固有频率非常接近。在低频作用效应忽略不计；地震波横波的传播方向与管道的下，管内成品油会产生共振、水击等低频作用，轴向一致，纵波的传播方向与管道的轴向垂直。可对埋地管线产

3、生严重破坏作用，该类问题已成1．2选取参数为近年来研究的热点。选取克乌成品油管道为研究对象。管线的材在地震横波作用下，埋地管道受力变形包括质为APIX52，弹性模量为209GPa，管道外径为轴向变形和竖向变形，埋地管道的反应除了与地0．273m，壁厚为0．007m，管道压力为6．0MPa，震波的波速、幅值等有关外，还受波的传播方向管材密度为7833kg／m3。地基土为中软土，摩擦系与管道夹角的影响【”。李长升等人用地震动激震系数u=O．5，土体弹性模量E=10．5MPa，泊松比la=统实验【2模拟了埋地管道在地震波作用下的应变，0．3，土密度ps

4、=2000kg／m3，摩擦角=3O。，膨胀实验表明埋地管道惯性力的影响可以不计，给出角=30。，粘聚力c=50kPa。阻尼比为0．05，地了相应的结论。在分析轴向振动时，只要取管段震载荷为烈度7级和8级的近源地震。足够长，在远离固定端处，管中应力和位移基本为恒值，边界条件的影响仅局限于管端附近【3】。埋1_3管道的自振频率和周期地管道地震造成的破坏较严重的区域，一般发生对于某个结构而言，如果被预先施加外载在有较大位移的地方，如悬空和滑坡等地带，管荷，其自振频率会依据载荷的变化而发生一定变道本身刚度突变处或与外界连接之刚度变化处，化。在ABAQUS

5、中，使用线性摄动分析步，可以以及软硬土交界处等位置。得到有预载结构的频率。采用Lanczos法，设置振ABAQUS包括一个丰富的、可模拟任意几何型为10阶，通过ABAQUS的模态分析后，得到管形状的单元库，自动选择相应载荷增量和收敛限道的自振频率和周期如表1。度，连续调节参数以保证在分析过程中有效地得到精确解。另外，其独特的管土模型，可以有效地协助地震响应分析。1悬空管道的模态分析作者简介：孙健(1985_．)，男，山东台人：辜石大学毕模态分析可以确定出固有频率和振型等振动盏鲁蓍臻天然气管道局第五工程第7期孙健基：]：ABAQUS的悬空管道地震响

6、应分析一3J．表1管道的自振频率和周期振型频率(Hz)周期(S)振型频率(Hz)周期(S)l1。21990．819761．43090．698921．42000．704271．45030．689531．42000．704281．45030．689541．42210．703291．46390．683151．43090．6989101．46390．68312悬空管道的反应谱分析悬空管道在地震作用下的运动可分为轴向振动和横向振动。上世纪40年代，美国学者提出了计算地震力的反应谱理论[4】。它以单质点弹性系统在实际地震过程中的响应为基础，进行结构响应的分析

7、。反应谱理论考虑了地震时地0．4面的运动特性和物体的自身动力特性，是当前工程设计中应用最多的计算方法。图1多质点的弹性体系图2地震影响系数根据国内外的数百条地震记录反应谱，分析后建立了地震响应系数Q与结构自竖向地震影响系数av(T)的曲线与水平地震响振周期T的曲线，如图2所示从图2中可以看出，应系数大体相同，数值上取Ctv=(1／2．3／2)a。地震地面运动加速度是一个非平稳随机过程，加2．17级地震速度变化可分为三个阶段，在地震谱输入时应重点选择低频波。7级地震为常见强震，算得地震谱值如表2。表2地震谱值周期(S)频率(Hz)加速度(m／s。)

8、周期(S)频率(Hz)加速度(m／s)O．O2500．4390．3O3．3330．08000．04250．5253O．362．7780．