含环向裂纹管道在不均匀沉降时的承载裕量研究
发布时间：2021-01-14 07:27
埋地管道作为一种特殊的地下结构,已成为各国经济发展的命脉和人民日常生活的重要组成部分。由于管道处于多样化地质环境中,环境因素很容易导致管道发生变形破坏,土体沉降和滑坡就是导致管道破坏失效的主要因素。管道在运输、铺设和服役过程中又不可避免地存在各种缺陷,裂纹缺陷就是最常见缺陷之一。如果含环向裂纹的管道发生不均匀沉降,管道极易在裂纹位置发生泄漏失效。因此,研究含环向裂纹管道在不均匀沉降时的承载裕量具有重要意义。本文通过有限元模拟方法,对含不同深度环向裂纹管道的极限沉降量展开较为细致的研究,主要研究内容如下:试验方面,对20号钢管进行单轴拉伸试验,测试其力学性能,并通过文献查阅,获取20号钢管的断裂韧度JIC,为后文有限元模拟提供参数支持。通过静水压和弯矩组合加载方式,对含环向表面线切割裂纹的全尺寸管样进行极限承载试验,分析内压和弯矩对管样裂纹的影响。结果表明:在内压和弯矩作用下,裂纹两端轴向应变均随内压和弯矩增大而增大。裂纹两侧轴向应变为负应变,并随内压和弯矩的增大呈负增长趋势。有限元仿真方面,建立含三维表面裂纹的平板模型,计算裂纹尖端的J积分值,通过将模拟结果与Ne...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
裂纹基本类型
西南交通大学硕士研究生学位论文 模型模型将管道与土体间的相互作用看作是管道与三个定向的非线用：轴向土弹簧、水平横向土弹簧和垂直方向土弹簧。这三个拟管道轴向管土之间的摩擦力，水平方向土体对管道的水平约管道的支撑力和土压力[49]。基于土弹簧的管土相互作用模型如中，由于土体属于颗粒状散体，土体具有只受压，不受拉和弯。因此在土弹簧模型中，土弹簧也必须模拟土体特性。
(a) 管道轴向土弹簧 (b) 水平方向土弹簧 (c) 垂直方向土弹簧图 2-3 三个方向土弹簧理想弹塑性曲线该曲线只需要土体屈服应力和最大弹性变形量两个参数。图中ut 、up 和uq 分别为管道轴向土弹簧、水平横向土弹簧和垂直方向土弹簧的屈服应力。uX 、uZ 和uY 分别为三个方向土弹簧的最大弹性变量。根据美国《Guidelines for the Seismic Design ofOil and Gas Pipeline System》,以下给出土弹簧三个方向的屈服应力和最大弹性变形的计算公式和取值范围。①管道轴向土弹簧管道轴向土弹簧主要模拟管土间的摩擦力作用，轴向土体弹簧参数主要由管沟回填土土质决定。砂土：0(1 ) tan( )2ut D H k f （2-9）
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于频谱分析的地震带输气管道应力分析方法[J]. 吴晓南,卢泓方,黄坤,汤晓勇,吴世娟,谌贵宇,傅贺平. 天然气工业. 2014(05)
[2]天然气埋地管道沉降的有限元分析[J]. 李新慧. 岩土工程学报. 2013(S1)
[3]滑坡作用下的埋地管道强度失效分析[J]. 李华,徐震,杨永和,陈小辉,陈旭. 化工设备与管道. 2012(06)
[4]我国油气管道建设现状及发展趋势[J]. 李影,李国义,马文鑫. 中国西部科技. 2009(14)
[5]利用故障树分析城市燃气管网事故的诱因[J]. 于培林,姚安林,刘晓艳,刘艳华. 内蒙古石油化工. 2007(08)
[6]管道与土的相互作用[J]. 郝婷玥,陈贵清. 水利科技与经济. 2007(04)
[7]邻近建筑荷载对地下管线的影响分析[J]. 李镜培,丁士君. 同济大学学报(自然科学版). 2004(12)
[8]ANSYS软件在分析地下埋管工程中的应用[J]. 龚爱民,傅蜀燕,黄海燕. 安徽建筑工业学院学报(自然科学版). 2004(05)
[9]世界油气管道现状[J]. 王疆戈. 中国石化. 2004(07)
[10]天然气长输管线弹性沉降的理论研究与应用[J]. 赵瑞保,李金陆. 煤气与热力. 2000(05)
硕士论文
[1]油气管道环向表面裂纹玻璃纤维增强复合材料修复补强研究[D]. 王凯一.西南交通大学 2017
[2]不均匀沉降下埋地管道力学性能数值分析[D]. 李冬冬.华北理工大学 2016
[3]A原油管道建设项目后评估[D]. 刘蕊.宁夏大学 2015
[4]基于SBASInSAR的西安地表沉降监测[D]. 罗铖.长安大学 2012
[5]含缺陷管道力学行为分析[D]. 李莉.西安石油大学 2011
[6]含周向内表面裂纹核电管道J积分计算及失效评定曲线方法研究[D]. 张静.华东理工大学 2011
本文编号：2976489
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
裂纹基本类型
西南交通大学硕士研究生学位论文 模型模型将管道与土体间的相互作用看作是管道与三个定向的非线用：轴向土弹簧、水平横向土弹簧和垂直方向土弹簧。这三个拟管道轴向管土之间的摩擦力，水平方向土体对管道的水平约管道的支撑力和土压力[49]。基于土弹簧的管土相互作用模型如中，由于土体属于颗粒状散体，土体具有只受压，不受拉和弯。因此在土弹簧模型中，土弹簧也必须模拟土体特性。
(a) 管道轴向土弹簧 (b) 水平方向土弹簧 (c) 垂直方向土弹簧图 2-3 三个方向土弹簧理想弹塑性曲线该曲线只需要土体屈服应力和最大弹性变形量两个参数。图中ut 、up 和uq 分别为管道轴向土弹簧、水平横向土弹簧和垂直方向土弹簧的屈服应力。uX 、uZ 和uY 分别为三个方向土弹簧的最大弹性变量。根据美国《Guidelines for the Seismic Design ofOil and Gas Pipeline System》,以下给出土弹簧三个方向的屈服应力和最大弹性变形的计算公式和取值范围。①管道轴向土弹簧管道轴向土弹簧主要模拟管土间的摩擦力作用，轴向土体弹簧参数主要由管沟回填土土质决定。砂土：0(1 ) tan( )2ut D H k f （2-9）
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于频谱分析的地震带输气管道应力分析方法[J]. 吴晓南,卢泓方,黄坤,汤晓勇,吴世娟,谌贵宇,傅贺平. 天然气工业. 2014(05)
[2]天然气埋地管道沉降的有限元分析[J]. 李新慧. 岩土工程学报. 2013(S1)
[3]滑坡作用下的埋地管道强度失效分析[J]. 李华,徐震,杨永和,陈小辉,陈旭. 化工设备与管道. 2012(06)
[4]我国油气管道建设现状及发展趋势[J]. 李影,李国义,马文鑫. 中国西部科技. 2009(14)
[5]利用故障树分析城市燃气管网事故的诱因[J]. 于培林,姚安林,刘晓艳,刘艳华. 内蒙古石油化工. 2007(08)
[6]管道与土的相互作用[J]. 郝婷玥,陈贵清. 水利科技与经济. 2007(04)
[7]邻近建筑荷载对地下管线的影响分析[J]. 李镜培,丁士君. 同济大学学报(自然科学版). 2004(12)
[8]ANSYS软件在分析地下埋管工程中的应用[J]. 龚爱民,傅蜀燕,黄海燕. 安徽建筑工业学院学报(自然科学版). 2004(05)
[9]世界油气管道现状[J]. 王疆戈. 中国石化. 2004(07)
[10]天然气长输管线弹性沉降的理论研究与应用[J]. 赵瑞保,李金陆. 煤气与热力. 2000(05)
硕士论文
[1]油气管道环向表面裂纹玻璃纤维增强复合材料修复补强研究[D]. 王凯一.西南交通大学 2017
[2]不均匀沉降下埋地管道力学性能数值分析[D]. 李冬冬.华北理工大学 2016
[3]A原油管道建设项目后评估[D]. 刘蕊.宁夏大学 2015
[4]基于SBASInSAR的西安地表沉降监测[D]. 罗铖.长安大学 2012
[5]含缺陷管道力学行为分析[D]. 李莉.西安石油大学 2011
[6]含周向内表面裂纹核电管道J积分计算及失效评定曲线方法研究[D]. 张静.华东理工大学 2011
本文编号：2976489
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