摘 要:近幾年隨著城市化的推進和發(fā)展,促進了眾多輸氣管道工程項目的開展與建設。與此同時由于地面建設施工、占壓、交通等原因嚴重威脅埋地在役管道的安全運行。文章就荷載作用下在役輸氣管道的安全性進行研究,選取工程項目中的某一特定荷載進行分析,提出合理的安全建議措施。
關鍵詞:管道;荷載;安全性
在日常的生產(chǎn)與生活中,埋地輸氣管道不同程度的受到交通道路、工程施工和物體占壓的影響。近幾年,更是由于管道泄漏發(fā)生的重大安全事故越來越引起人們對管道工程安全性的重視。為了保證埋地輸氣管道的安全運營,保護管道沿線人民的生命、財產(chǎn)安全。文章從力學的角度出發(fā),結(jié)合安全學科就埋地輸氣管道的安全性進行研究,提出相應的安全保障措施,從而促進管道安全運營管理。
目前埋地管道受荷載作用下而發(fā)生變形的研究已取得較多的成果,特別是在管道的橫向受力變形特性計算方面[1-4]。文章主要針對外力瞬時沖擊荷載作用下,對在役埋地輸氣管道的應變情況和安全性進行分析,并利用有限元軟件對在役埋地輸氣管道的受力情況進行模擬分析,從而提出適宜的安全對策措施。
1 主要參數(shù)設置
1.1 管道參數(shù)
文章的在役輸氣管道設計壓力為7.50MPa,管道規(guī)格為φ813× 11.9 L485鋼管,在役管道主要參數(shù)見表1。
1.2 土體性質(zhì)參數(shù)
文章依據(jù)相關的工程材料數(shù)據(jù)并參照相關文獻進行綜合分析[5-7],對土體性質(zhì)的相關參數(shù)進行設定,見表2。
2 模型建立與模擬
文章運用ANSYS有限元軟件對在役埋地輸氣管道進行實體建模。在此基礎上,假定不考慮在役埋地管道的總長度,以平面應變方式進行單元模擬。根據(jù)總體結(jié)構(gòu)的對稱特性,取其中的二分之一建立埋地輸氣管道的截面模型見圖1。
2.1 幾何建模
在ANSYS中的幾何建模方式有自下向上建模和自上向下建模兩種方式[8]。文章運用自下向上方式進行建模。根據(jù)上述表格首先創(chuàng)建了關鍵點,然后依次根據(jù)關鍵點創(chuàng)建線,根據(jù)邊界定義條件建立埋地管道的幾何模型。
2.2 網(wǎng)格劃分[9]
使用ANSYS軟件中手動尺寸控制功能,針對土體模型分別進行相關的設置,根據(jù)需要選擇埋地管道的網(wǎng)格尺寸,針對模型進行網(wǎng)格劃分。
2.3 施加約束和載荷
根據(jù)工程項目的實際情況,為了防止模型的求解失敗,需要在空間上對模型施加自由度約束來保證計算結(jié)果的準確性[10]。
2.4 瞬時數(shù)值模擬
在數(shù)值模擬過程中,對埋地輸氣管道所受到的瞬時荷載進行模擬分析。在不同時間點截取模擬圖形,可以得出在役埋地輸氣管道的右側(cè)首先受到荷載的沖擊作用。隨著沖擊載荷的不斷作用,埋地輸氣管道的有效應力迅速遍布整個管道。其中圖2截選時間為849.99us時,埋地輸氣管道上產(chǎn)生的有效應力圖,有效應力為159.7MPa。
3 安全性分析
由上述截選的圖可得,輸氣管道受到的在t=849.99us時的有效應力小于輸氣管道的屈服強度485MPa,輸氣管道未發(fā)生塑性變形,此時刻的沖擊荷載對在役埋地輸氣管道基本無損傷。但在分析中發(fā)現(xiàn),管道受力較大部位在其兩端,即管道不排除疲勞損傷等危害。因此,在日常的生產(chǎn)和生活中,應盡量使埋地管道與交通道路、工程施工等處于安全允許距離范圍內(nèi),定期對管道的可靠性進行安全特性檢查,保證在役埋地管道的安全運行。
參考文獻
[1]楊俊濤.垂直荷載作用下埋地管道的縱向力學性狀分析[D].浙江大學,2006.
[2]李鏡培,丁士君.鄰近建筑荷載對地下管線的影響分析[J].同濟大學學報:自然科學版,2004,32(12):1154-1157.
[3]鄭津洋,魯順利,馬津津,等.占壓下埋地聚乙烯管力學響應的數(shù)值模擬[J].中國塑料,2014,1:60-64.
[4]Wierzbicki T,Hoo Fatt M S.Damage assessment of cylinders due to impact and explosive loading[J].Int J Impact Eng,1993,13(2):215-241.
[5]楊俊濤.垂直荷載作用下埋地管道的縱向力學性狀分析[D].浙江大學,2006.
[6]蔣錄珍.動荷載作用下地下管道破壞的數(shù)值模擬[D].河北理工大學,2006.
[7]張土喬,邵煜.交通荷載作用下飽和土中管道的動力分析[J].浙江大學學報(工學版),2007,1:48-51.
[8]王直民.交通荷載作用下埋地管道的力學性狀研究[D].杭州:浙江大學,2006.
[9]吳小剛.交通荷載作用下軟土地基中管道的受力分析模型研究[D].杭州:杭州大學,2004.
[10]孫超.ANSYS軟件在非開挖鋪設給排水管道中的應用研究[D].成都:西南交通大學,2004.
作者簡介:蘆媛(1991-),女,新疆人,碩士研究生,主要研究方向為石油安全技術及工程。