基于應變判據(jù)一般埋地高壓燃氣管道抗震計算

文/蘭敏輝 河北晟澤新能源發(fā)展有限公司 河北張家口 075000

在埋地高壓熱燃氣管道運行的過程中，地震動是影響其使用壽命的主要因素之一，因此在管道埋設施工的過程中，必須做好抗震設計。針對高壓燃氣管道的抗震計算是抗震設計的重要依據(jù)之一，對抗震計算過程以及影響因素進行研究對于提升管道埋設質(zhì)量具有十分重要的積極作用。

1、埋地高壓燃氣管道抗震計算概述

對于一般埋地管道的抗震計算，我國在該領域的研究已經(jīng)十分全面，如針對直管段的應變雖不同影響因素產(chǎn)生的變化、針對直管段和彎管的應力分析以及地震波作用下埋地管道產(chǎn)生的最大應變和應力等。當前階段，埋地高壓燃氣管道抗震計算比較常見的方法包括一般埋地管道直管段和彎管的抗震計算。

在對水平彎管進行抗震計算的過程中，熱脹彎矩是必須計算的要素之一，雖然GB 50251—2015中并未對具體的計算方法進行明確，但是在條文說明中卻給出了相應的文獻作為參考資料，其中提供了較為簡便的計算過程。

在新階段的抗震計算中，計算條件不足的情況十分常見，如缺少地震峰值速度。針對這一情況，可以結合GB 50251—2008中地震動加速度劃分的相關內(nèi)容，對地震烈度進行深入分析，在此基礎上根據(jù)設計地震動峰值加速度璇卻設計地震動峰值速度。

一般埋地高壓燃氣管道運行的過程中，管道內(nèi)壓始終處于不斷變化的狀態(tài)下，管道的工作溫度也會在燃氣溫度的影響下產(chǎn)生相應的變化。為了有效的提升管道的抗震性能，設計人員在設計工作中，可以通過的對管道彎曲半徑、彎管轉角、管道和土壤摩擦系數(shù)等因素的控制達成這一目標，這也是本文研究的重點之一。

2、埋地高壓燃氣管道抗震計算的具體方法

2.1 抗震計算條件介紹

抗震計算條件一部分可以通過文獻資料以及勘察數(shù)據(jù)的查詢獲得，例如，可以根據(jù)勘察資料對管道場地覆蓋層的厚度、場地土層等效剪切波速進行了解，之后結合規(guī)范文件對管道沿線的抗震設防烈度進行明確，據(jù)此確定地震動峰值加速度。根據(jù)鋼管標準文件對管道的材質(zhì)、鋼管最低屈服強度、拉伸強度極限、鋼材線膨脹系數(shù)、彈性模量等數(shù)據(jù)進行掌握。之后確定管道設計壓力、管道下溝回填時的溫度以及工作溫度。

在掌握以上數(shù)據(jù)之后，可以參照高壓管道布置圖紙選擇其中的一處水平彎管進行計算。在計算之前，還需了解彎管轉角的實際角度、彎管雙臂的長度、彎曲半徑倍率、回填土地的密度、管道和土壤之間的內(nèi)摩擦角度等數(shù)據(jù)。

2.2 計算條件的進一步細化

首先，對彎管制作所用鋼管的壁厚進行計算，由于鋼管在彎制過程中會出現(xiàn)壁厚減薄的情況，根據(jù)管壁體積彎制前后不發(fā)生變化這一條件，可以對彎制后管道壁厚進行計算，計算公式為如下：

其中Mb為彎管的壁厚，M為原材料鋼管的壁厚，R為彎管的彎曲半徑，D為彎管的外直徑。

其次，對直管段、彎管內(nèi)直徑和截面平均半徑進行計算。

其三，直管段管壁截面積計算。計算公式如下：

其中dn為直管段內(nèi)直徑。

其四，場地類別。結合管道場地覆蓋厚度和場地土層等效剪切波速，根據(jù)GB 50470—2008，確定管道場地的類別。

其五，地震動反應譜特征周期Tg，根據(jù)場地類別對地震動反應譜特征周期進行適當?shù)恼{(diào)整。

其六，地震動峰值速度。根據(jù)GB 50470—2008中對地震加速度的劃分，編制地震烈度分析表，之后根據(jù)設計地震動峰值加速度對地震動峰值速度進行選取。

2.3 限定值計算

其一，容許拉伸應變。根據(jù)管道材質(zhì)拉伸強度極限值，結合GB 50470—2008的內(nèi)容對容許拉伸應變值進行確定。

其二，容許壓縮應變S。計算公式如下：

其中N為直管段或是彎管的壁厚值。由于直管段和彎管的壁厚存在一定的差異，因此二者的容許壓縮應變值要有所不同。將相關數(shù)值帶入到公式中就可以獲得具體數(shù)據(jù)。

其三，管材許用應力β，計算公司如下：

β=Ft

其中F為強度設計系數(shù)，t為溫度折減系數(shù)。

2.4 直管段抗震核算計算

其一，地震引起的直管段應變。埋地高壓燃氣管道直管段在地震中下產(chǎn)生的最大軸向應變θ，計算公式如下：

其中a為設計地震動峰值加速度，Tg為設計地震反應譜特征周期，v為場地土層等等效剪切波速，v1為設計地震動峰值速度。

其二，內(nèi)壓和溫度引起的直管段的軸向應變。這一部分的計算分成兩個部分，分別為環(huán)向應力和軸向應力計算、直管段當量應力計算。計算公式如下：

其中dn為直管段管子內(nèi)徑，δn為直管段管子公稱壁厚。由內(nèi)壓引起的軸向應力ψ計算公式如下：

其中μ為泊松比，E為鋼材的彈性模量，α為鋼材線膨脹系數(shù)，t1為的管道下溝回填時的溫度，t2為管道的工作溫度。

直管段當量應力計算公式為ρ=Ε-Ψ.

3、埋地高壓燃氣管道抗震計算的影響因素分析

3.1 管道內(nèi)壓

將計算公式中的設計壓力替換成管道內(nèi)壓，就可以獲得三項組合拉應變、三項組合壓應變與管道內(nèi)壓的聯(lián)系。隨著管道內(nèi)壓值的不斷增大，三項組合拉應變會出現(xiàn)上升，而三項組合壓應變絕對值則會下降。在計算過程中，要使三項組合拉應變處于允許值范圍內(nèi)。

3.2 溫差

隨著溫差的不斷增大，三項組合拉應變會升高、三項組合壓應變絕對值會降低。在計算過程中，在溫差處于峰值時，應該保障三項組合拉應變不超出允許范圍。在溫差處于最低谷時，應該保障三項組合壓應變絕對值不超出允許值。

結語：

綜上所述，在埋地高壓燃氣管道抗震計算的過程中，溫差、管道內(nèi)壓等多項因素對三項組合拉應變以及三項組合壓應變的作用方式存在一定的差異，一次你必須充分考慮到各項因素的影響力。