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穿越活動斷層埋地管道的應變分析

2019-11-03 04:20   评论:33 点击:909
  中國鋼管信息港據媒體報道:目前,國內的油氣輸送管道事業正處於高速發展的階段,以往的研究首要集中在水力學方麵(如管道坡度、斷麵和流速的公道設計與優化)以保證汙水中固態物質的有效輸送。近年來,隨著汙水處理廠規模的增大,長間隔輸送導致汙水在排水管道中的停留時間延長,使排水管道中生物和化學感化產生的有害氣體成為不可忽視的題目。對此,先容了國內外目前在排水管道有害氣體控製方麵的研究進展,以期為排水管道中有害氣體的控製提供。
  
  由於排水管道空間相對封閉,空氣流通較差,是以易形成厭氧環境。在此環境下,進進管道的生活汙水在一係列菌群的感化下,對複雜有機物進行降解並產生有害氣體。其機理首要是:複雜有機物在水解菌的感化下轉化為小分子有機物(首要為VFA),並在產氫產乙酸菌的感化下轉化為氫和乙基金項目:教育部“長江學者與創新團隊發展計劃”創新團隊幫助項目(IRT0853)酸,並進一步在甲烷菌(MA)的感化下產生甲烷和二氧化碳。另一方麵,在硫酸鹽存在的條件下,管道生物膜或沉積物中的硫酸鹽還原菌(SRB)可將硫酸鹽還原為硫化氫氣體。是以,生活汙水成分比例較高的排水管道會產生H2S、CH4、C2等有害氣體。西氣東輸工程橫跨多個地震活動地區,通過100多個斷層,其地震安全性是管道工程建設需要考慮的個關鍵題目。是以,穿越活動斷層埋地管道研究具有首要的工程利用價值。
  
  1穿越活動斷層埋地管道研究的現狀1.1國內外研究方法泛論研究埋地管道在斷層感化下的反應至今已有30餘年的曆史,學者們經過不斷地改進,提出了多種計算方法 ,這些計算方法可分為理論解析方法、數值有限元方法和。
  
  中國鋼管信息港據媒體報道:穿越斷層埋地管道理論分析模型最早由美國著名地震工程學家Newmark和他的學生Hall提出,他們於1975年提出了一種高度簡化的計算方法,該方法將管道簡化成連續剛性管,假定忽略慣性力身分,假設管道完全由軸向變形來吸收斷層位移,忽略管道的彎曲變形和土的橫向感化力,隻考慮軸向變形與應變,管材的應力-應變曲線采用三折線模型00.該方法固然簡單實用,但是由於忽略了土的橫向感化力和管道內的彎曲變形,得到的結果偏於不安全。
  
  3種研究方法的比較研究方法首要特點優點缺陷代表方法理論解析法將管道這類薄殼概念簡單、計結構用索或梁模算方便,易於型簡化後進行理利用到工程計算結果的可靠性還需進一步核實數值有限元法基於有限元建模,采用數值分析可以模擬相對複雜的工程題目,其結果也較理想計算量大梁單元模型法殼單元模型法實驗法公道選擇管道模型及斷層體模型,莫擬實際工程中管道在斷層位錯活動感化下形象直觀的受力狀況,並觀測管道模型的應變及位移反應狀況與實際狀況相差較大,實驗結果的精確性和可靠性無法保證,難進行較深進的分析研究高田至郎的土沉陷時管道力學性能試驗;馮啟民的土箱試驗法是由KennedyR.P.即是1977年提出的 ,該方法考慮了土體對管道的橫向感化和彎曲段的曲率和彎曲應力、被動土壓力等身分。管材的應力-應變曲線使用的不是三折線模型,而是Ramberg-Osgood應力-應變模型2.Kennedy方法固然考慮了土對管道的側向壓力和管道的彎曲曲率及與之相對應的彎曲應變,但是由於其忽略了管道的彎曲剛度,多數情況下得到的結果偏於守舊。
  
  和他的學生Yaw-hueiYeh在上述方法的基礎上做了改進,提出一種比Kennedy方法更為精細的分析方法。該方法考慮了管道的彎曲應變及剛度,假定管道在斷層四周的變形為一圓弧,但離斷層較遠的管道變形情況,則采用彈性地基梁的反應來模擬2.1998年,LeonR.L.Wang和Luo-iaWang對Wang-Yeh分析模型做了進一步改進,提出一種更複雜的方法,該方法的計算模型也是將斷層一側的管道分成2部分(彈性地基梁部分和斷層四周的過渡區部分),不同的是將過渡區內管道的變形假定為一個帶有彈簧鉸支座懸臂梁的變形0.上述幾種理論解析分析方法均有著以下共同的局限性:隻能分析管道受拉伸荷載的情況,而對於逆斷層,理論解析方法不適用;難以分析管截麵中的大變形情況,管道實在為薄壁殼結構 ,管內的軸向應變與彎曲應變相互影響,不能簡單疊加軸向應變和彎曲應變得到管道的總應變。另外,在管道跨斷層的實際情況中,管道還會出現應力殘餘和應力集中等現象,這些現象最好用有限元方法進行分析。
  
  是以,進進20世紀90年代後,由於計算機的普遍使用和計算速度的迅速進步,研究者們又提出了多種基於有限元模型的數值分析方法。有限元方法大致分為兩類:將管道劃分為梁單元;將管道劃分為殼單元。在梁或殼的有限元方法中,管土之間的相互感化由土彈簧來模擬。與梁單元模型相比,殼模型更接近於管道的真實結構,因此它能夠更好地分析像管道屈曲如許的大變形情況,但是殼有限元模型需要的計算量比梁有限元模型要大很多。
  
  前麵先容的各種方法均是學者通過理論抽象,建立合適的模型來進行分析計算 ,並不能最真實地反映管土的相互感化,土體的彈塑性變化並不能精確地被理論所表述。是以,有學者嚐試通過實驗來模擬真實的相互感化,日本學者高田至郎H和國內學者馮啟民和郭恩棟等4均進行了相關實驗。
  
  1.2埋地管道抗震措施泛論目前,國內外在抗震設計中常用的方法有基於應力的抗震設計、基於應變的抗震設計及基於性能的抗震設計3秫油氣輸送管道線路工程抗震技術規範中的抗震計算是基於應變的抗震設計。目前,油氣管道埋地通過活動斷層的常用抗震措施有:選擇斷層位移和斷裂寬度較小的地段通過;管道穿越斷層的交角應選擇合宜的角度,規範中推薦30~70.,不能超過90°,避免管道在斷裂帶處錯動時產生壓屈破壞;在斷層區管道覆蓋層的厚度最好不要超過1m;固定墩應設置在管道滑動長度以外;應采用較寬鬆的管溝和疏鬆的回填土1. 2穿越活動斷層埋地管道應變分析2.1算例1某埋地管道以30.的交角穿越活動斷層,斷層為走滑斷層,斷層水平位移2m,垂直位移為0.5m,管道用X70管線鋼製成,管徑為529mm,壁厚6mm,管道埋深1m ,回填土密度為1 800kg/m3,內摩擦角為28.,對於X70鋼,其在彈性階段區的容許拉伸應變為0.0024,容許拉伸應力為503MPa,彈性區彈性模量為2.1x105MPa,彈塑性區彈性模量為2文中采用常用的兩種理論解析法Newmark -Hall法0和Kennedy法65-7分別對該算例進行計算,並比較兩者的結果。采用Newmark-Hall法,求得管道應變為1.31%,采用Kennedy法 ,求得應變為1. 74%,由此可以比較出Newmark-Hall法比Kennedy法更為守舊,算出的管道應變偏小。
  
  2.2管道應變影響身分分析以算例1所給的參數為基礎 ,分別對管道穿越斷層角度、管道埋深、回填土密度、回填土內摩擦角和管道壁厚進行調整,通過計算,得出這些參數對管道應變的影響情況。
  
  是管道穿越斷層角度不同時,管道應變的變化情況,可以看出隨著穿越角度的增加,管道的應變呈逐步變小趨勢。由可知,管道穿越該斷層的理想角度為50.~80°。
  
  中國鋼管信息港據媒體報道:是管道埋深不同時,管道應變的變化情況,隨著埋深的增加,管道的拉應變逐步變大。由可知 ,管道埋深在1m以內較合適。
  
  是回填土密度不同時,管道應變的變化情況。
  
  由可知,隨著回填土密度的增大,管道的應變越來穿越斷層角/(°>管道穿越斷層角度對管道應變的影響管道埋深對管道應變的影響越大,是以為了減小管道的破壞程度,應使用輕質(密度小)的回填土。
  
  回填土密度對管道應變的影響是回填土內摩擦角對管道應變的影響情況。
  
  由可知,應使用內摩擦角較小的回填土,如許可使管道在斷層感化下的應變較小。
  
  比較了2種方法下管道壁厚對應變的影響。
  
  從中可以看到,當管道處於活動斷層感化下時,管道壁厚越大(超過8mm)對於管道的抗震性能有明顯通過對算例1的影響身分分析,可以得出一些有關埋地管道抗震設計的措施:穿越角度為50.~80.比較合適;管道埋深不宜過大,最好不超過1m,淺埋為宜;使用密度小、疏鬆的回填土可以減小管道應變;適當增大管道壁厚,以加強埋地管道的抗震性 。
  
  2.3算例2通過以上計算和分析,優化各個影響參數,現取穿越角度為60.,埋深0.7m,回填土密度取1600kg/m3,內摩擦角為22.,管道壁厚改為9mm,從頭計算,采用Newmark-Hall法,求得管道應變為0.14%,比優化前降低了89.31%,采用Kennedy法,求得最大應變為0.44%,比優化前降低了3結束語埋地管道的分析模型由最初的線彈性梁模型到可求解非線性的有限元薄殼模型,研究手段由最初的半理論、半經驗分析方法過渡到理論、實驗和數值模擬相結合的方法,使得關於穿越活動斷層埋地管道的研究方法體係日趨完善。
  
  總結現狀,穿越活動斷層埋地管道的研究仍需繼續發展,各種方法的精確性仍有待驗證,是以,對於穿越活動斷層埋地管道的研究有一下幾點看法:到目前為止,對穿越活動斷層埋地管道的受力反應已建立了多種分析模型,並取得了不少研究成果,但這些成果能否和真實地震斷層的破壞相符合,仍需通過對實際地殼活動中的反應實例、統計數據加以分析來驗證;綜公道論方法、數值模擬方法和實驗方法 ,共同模擬出最適合穿越斷層油氣管道受破壞的情形,各種方法間還需加強聯係和反饋;漏點的定位精確度和泄漏判定精確度首要取決於負壓波在管道中傳播速度的測定誤差H.綜上所述,基於負壓波相關分析的軟丈量在管道泄漏檢測與定位中已得到很好的利用,它是種良好的管道泄漏外部檢測法 ,是目前管道泄漏檢測和定位的主攻方向之。中國鋼管信息港據媒體報道
  
  

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