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穿越活动断层埋地管道的应变分析

作者:亚美真人来源:[亚美真人公司]访问:798时间:2019-12-14

  中国钢管信息港据媒体报道:目前,国内的油气输送管道事业正处于高速发展的阶段,以往的研究首要集中在水力学方面(如管道坡度、断面和流速的公道设计与优化)以保证污水中固态物质的有效输送。近年来,随着污水处理厂规模的增大,长间隔输送导致污水在排水管道中的停留时间延长,使排水管道中生物和化学感化产生的有害气体成为不可忽视的题目。对此,先容了国内外目前在排水管道有害气体控制方面的研究进展,以期为排水管道中有害气体的控制提供。
  
  由于排水管道空间相对封闭,空气流通较差 ,是以易形成厌氧环境。在此环境下,进进管道的生活污水在一系列菌群的感化下,对复杂有机物进行降解并产生有害气体。其机理首要是:复杂有机物在水解菌的感化下转化为小分子有机物(首要为VFA),并在产氢产乙酸菌的感化下转化为氢和乙基金项目:教育部“长江学者与创新团队发展计划”创新团队帮助项目(IRT0853)酸 ,并进一步在甲烷菌(MA)的感化下产生甲烷和二氧化碳。另一方面 ,在硫酸盐存在的条件下,管道生物膜或沉积物中的硫酸盐还原菌(SRB)可将硫酸盐还原为硫化氢气体。是以,生活污水成分比例较高的排水管道会产生H2S、CH4、C2等有害气体。西气东输工程横跨多个地震活动地区,通过100多个断层,其地震安全性是管道工程建设需要考虑的个关键题目。是以,穿越活动断层埋地管道研究具有首要的工程利用价值。
  
  1穿越活动断层埋地管道研究的现状1.1国内外研究方法泛论研究埋地管道在断层感化下的反应至今已有30余年的历史,学者们经过不断地改进,提出了多种计算方法,这些计算方法可分为理论解析方法 、数值有限元方法和。
  
  中国钢管信息港据媒体报道:穿越断层埋地管道理论分析模型最早由美国著名地震工程学家Newmark和他的学生Hall提出,他们于1975年提出了一种高度简化的计算方法,该方法将管道简化成连续刚性管 ,假定忽略惯性力身分,假设管道完全由轴向变形来吸收断层位移 ,忽略管道的弯曲变形和土的横向感化力,只考虑轴向变形与应变,管材的应力-应变曲线采用三折线模型00.该方法固然简单实用,但是由于忽略了土的横向感化力和管道内的弯曲变形,得到的结果偏于不安全。
  
  3种研究方法的比较研究方法首要特点优点缺陷代表方法理论解析法将管道这类薄壳概念简单 、计结构用索或梁模算方便,易于型简化后进行理利用到工程计算结果的可靠性还需进一步核实数值有限元法基于有限元建模,采用数值分析可以模拟相对复杂的工程题目,其结果也较理想计算量大梁单元模型法壳单元模型法实验法公道选择管道模型及断层体模型,莫拟实际工程中管道在断层位错活动感化下形象直观的受力状况,并观测管道模型的应变及位移反应状况与实际状况相差较大,实验结果的精确性和可靠性无法保证,难进行较深进的分析研究高田至郎的土沉陷时管道力学性能试验;冯启民的土箱试验法是由KennedyR.P.即是1977年提出的,该方法考虑了土体对管道的横向感化和弯曲段的曲率和弯曲应力、被动土压力等身分。管材的应力-应变曲线使用的不是三折线模型,而是Ramberg-Osgood应力-应变模型2.Kennedy方法固然考虑了土对管道的侧向压力和管道的弯曲曲率及与之相对应的弯曲应变,但是由于其忽略了管道的弯曲刚度 ,多数情况下得到的结果偏于守旧。
  
  和他的学生Yaw-hueiYeh在上述方法的基础上做了改进,提出一种比Kennedy方法更为精细的分析方法。该方法考虑了管道的弯曲应变及刚度,假定管道在断层四周的变形为一圆弧,但离断层较远的管道变形情况,则采用弹性地基梁的反应来模拟2.1998年 ,LeonR.L.Wang和Luo-iaWang对Wang-Yeh分析模型做了进一步改进,提出一种更复杂的方法 ,该方法的计算模型也是将断层一侧的管道分成2部分(弹性地基梁部分和断层四周的过渡区部分),不同的是将过渡区内管道的变形假定为一个带有弹簧铰支座悬臂梁的变形0.上述几种理论解析分析方法均有着以下共同的局限性:只能分析管道受拉伸荷载的情况,而对于逆断层,理论解析方法不适用;难以分析管截面中的大变形情况,管道实在为薄壁壳结构,管内的轴向应变与弯曲应变相互影响,不能简单叠加轴向应变和弯曲应变得到管道的总应变。另外,在管道跨断层的实际情况中,管道还会出现应力残余和应力集中等现象,这些现象最好用有限元方法进行分析 。
  
  是以,进进20世纪90年代后,由于计算机的普遍使用和计算速度的迅速进步,研究者们又提出了多种基于有限元模型的数值分析方法。有限元方法大致分为两类:将管道划分为梁单元;将管道划分为壳单元 。在梁或壳的有限元方法中,管土之间的相互感化由土弹簧来模拟。与梁单元模型相比,壳模型更接近于管道的真实结构,因此它能够更好地分析像管道屈曲如许的大变形情况 ,但是壳有限元模型需要的计算量比梁有限元模型要大很多。
  
  前面先容的各种方法均是学者通过理论抽象,建立合适的模型来进行分析计算,并不能最真实地反映管土的相互感化,土体的弹塑性变化并不能精确地被理论所表述。是以,有学者尝试通过实验来模拟真实的相互感化,日本学者高田至郎H和国内学者冯启民和郭恩栋等4均进行了相关实验。
  
  1.2埋地管道抗震措施泛论目前,国内外在抗震设计中常用的方法有基于应力的抗震设计、基于应变的抗震设计及基于性能的抗震设计3秫油气输送管道线路工程抗震技术规范中的抗震计算是基于应变的抗震设计。目前,油气管道埋地通过活动断层的常用抗震措施有:选择断层位移和断裂宽度较小的地段通过;管道穿越断层的交角应选择合宜的角度,规范中推荐30~70.,不能超过90°,避免管道在断裂带处错动时产生压屈破坏;在断层区管道覆盖层的厚度最好不要超过1m;固定墩应设置在管道滑动长度以外;应采用较宽松的管沟和疏松的回填土1. 2穿越活动断层埋地管道应变分析2.1算例1某埋地管道以30.的交角穿越活动断层,断层为走滑断层,断层水平位移2m,垂直位移为0.5m,管道用X70管线钢制成,管径为529mm,壁厚6mm,管道埋深1m,回填土密度为1 800kg/m3 ,内摩擦角为28.,对于X70钢,其在弹性阶段区的容许拉伸应变为0.0024,容许拉伸应力为503MPa,弹性区弹性模量为2.1x105MPa,弹塑性区弹性模量为2文中采用常用的两种理论解析法Newmark -Hall法0和Kennedy法65-7分别对该算例进行计算,并比较两者的结果。采用Newmark-Hall法 ,求得管道应变为1.31%,采用Kennedy法,求得应变为1. 74%,由此可以比较出Newmark-Hall法比Kennedy法更为守旧,算出的管道应变偏小。
  
  2.2管道应变影响身分分析以算例1所给的参数为基础,分别对管道穿越断层角度、管道埋深、回填土密度、回填土内摩擦角和管道壁厚进行调整,通过计算,得出这些参数对管道应变的影响情况。
  
  是管道穿越断层角度不同时,管道应变的变化情况,可以看出随着穿越角度的增加 ,管道的应变呈逐步变小趋势。由可知,管道穿越该断层的理想角度为50.~80°。
  
  中国钢管信息港据媒体报道:是管道埋深不同时,管道应变的变化情况,随着埋深的增加 ,管道的拉应变逐步变大。由可知,管道埋深在1m以内较合适。
  
  是回填土密度不同时,管道应变的变化情况。
  
  由可知,随着回填土密度的增大,管道的应变越来穿越断层角/(°>管道穿越断层角度对管道应变的影响管道埋深对管道应变的影响越大,是以为了减小管道的破坏程度,应使用轻质(密度小)的回填土。
  
  回填土密度对管道应变的影响是回填土内摩擦角对管道应变的影响情况。
  
  由可知,应使用内摩擦角较小的回填土,如许可使管道在断层感化下的应变较小。
  
  比较了2种方法下管道壁厚对应变的影响。
  
  从中可以看到,当管道处于活动断层感化下时,管道壁厚越大(超过8mm)对于管道的抗震性能有明显通过对算例1的影响身分分析,可以得出一些有关埋地管道抗震设计的措施:穿越角度为50.~80.比较合适;管道埋深不宜过大,最好不超过1m,浅埋为宜;使用密度小、疏松的回填土可以减小管道应变;适当增大管道壁厚,以加强埋地管道的抗震性。
  
  2.3算例2通过以上计算和分析,优化各个影响参数,现取穿越角度为60.,埋深0.7m ,回填土密度取1600kg/m3,内摩擦角为22.,管道壁厚改为9mm ,从头计算,采用Newmark-Hall法,求得管道应变为0.14% ,比优化前降低了89.31%,采用Kennedy法,求得最大应变为0.44%,比优化前降低了3结束语埋地管道的分析模型由最初的线弹性梁模型到可求解非线性的有限元薄壳模型,研究手段由最初的半理论、半经验分析方法过渡到理论、实验和数值模拟相结合的方法,使得关于穿越活动断层埋地管道的研究方法体系日趋完善。
  
  总结现状,穿越活动断层埋地管道的研究仍需继续发展,各种方法的精确性仍有待验证,是以,对于穿越活动断层埋地管道的研究有一下几点看法:到目前为止,对穿越活动断层埋地管道的受力反应已建立了多种分析模型,并取得了不少研究成果,但这些成果能否和真实地震断层的破坏相符合,仍需通过对实际地壳活动中的反应实例、统计数据加以分析来验证;综公道论方法、数值模拟方法和实验方法,共同模拟出最适合穿越断层油气管道受破坏的情形,各种方法间还需加强联系和反馈;漏点的定位精确度和泄漏判定精确度首要取决于负压波在管道中传播速度的测定误差H.综上所述,基于负压波相关分析的软丈量在管道泄漏检测与定位中已得到很好的利用,它是种良好的管道泄漏外部检测法,是目前管道泄漏检测和定位的主攻方向之。中国钢管信息港据媒体报道
  
  

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