非常态下大口径开孔管道性能研究
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摘要
埋地管道被广泛用来输送油、气等流体,相对于地上的普通管道其受力状态更加复杂,故埋地管道的安全性十分重要,一旦发生破坏,后果十分严重。输气管道开孔是工程中的常见现象,本文在理论上为此类工程问题提供一个保障和规范,来指导各种输送介质管道安全开孔作业及开孔后正常可靠运行,主要内容包括以下几个方面:
1、介绍埋地管道在非正常负载(地基凹陷)时的受力情况及一般计算公式;
2、对埋地管道带压开孔后的强度问题,采用力学分析方法,建立了三种不同的力学模型并分别进行分析、计算,提出了主要影响因素及数据;
3、采用有限元方法,应用有限元程序ANSYS,建立了管道与连接器的有限元模型,模拟出管道与连接器在承受自重、垂直土压力、地面车载及内压等载荷下,多个应力分量的分布情况及规律,并与理论分析结果进行对照,验证模型的合理性;
4、提出应力修正系数,使理论计算值更符合实际工况:
5、通过Visual C++进行编程,使得计算分析简单、方便,进而将其成熟完善成一个专用软件。
Bury land pipeline have been used extensively to transport the fluids such as oil and air, relative to on the ground ordinary pipeline it get force state more complex, so bury land the safety of pipeline very important, once occuring damage, consequence is very serious. Lose windpipe road starting a hole is the common phenomenon in project, this paper is that this kind of project problem offers a guarantee and specification theoretically , guides the various normal reliable operations after transport the medium pipeline schoolwork and starting a hole of starting a hole , major content includes some following aspects: 1 、 Introduce to bury land pipeline in not normal load ( foundation hollow) get forcecondition and general calculation formula;2、 For burying land, pipeline tape presses the strength problem after starting a hole , adopts mechanics analysis method, have established 3 kinds of different mechanics model and analyse and calculate respectively, have put forward major influencing factor and data;3 、 With the finite element method, apply the finite element program ANSYS , have established the finite element model of pipeline and connector , imitate pipeline with connector in bear the loads such as dead weight, vertical earth pressure, ground vehicle year and internal pressure take off , law and the distribution condition of many stress weights, and with theoretical analysis result compare , verify the reasonability of model;4、 Put forward stress correction coefficient, make theoretical calculation worth moreaccord with operating condition;5、 Through Visual C++ carry out programming, it is simple to make calculate analysis , convenience, and then will its a mature software for special purpose of perfecting.
1、介绍埋地管道在非正常负载(地基凹陷)时的受力情况及一般计算公式;
2、对埋地管道带压开孔后的强度问题,采用力学分析方法,建立了三种不同的力学模型并分别进行分析、计算,提出了主要影响因素及数据;
3、采用有限元方法,应用有限元程序ANSYS,建立了管道与连接器的有限元模型,模拟出管道与连接器在承受自重、垂直土压力、地面车载及内压等载荷下,多个应力分量的分布情况及规律,并与理论分析结果进行对照,验证模型的合理性;
4、提出应力修正系数,使理论计算值更符合实际工况:
5、通过Visual C++进行编程,使得计算分析简单、方便,进而将其成熟完善成一个专用软件。
Bury land pipeline have been used extensively to transport the fluids such as oil and air, relative to on the ground ordinary pipeline it get force state more complex, so bury land the safety of pipeline very important, once occuring damage, consequence is very serious. Lose windpipe road starting a hole is the common phenomenon in project, this paper is that this kind of project problem offers a guarantee and specification theoretically , guides the various normal reliable operations after transport the medium pipeline schoolwork and starting a hole of starting a hole , major content includes some following aspects: 1 、 Introduce to bury land pipeline in not normal load ( foundation hollow) get forcecondition and general calculation formula;2、 For burying land, pipeline tape presses the strength problem after starting a hole , adopts mechanics analysis method, have established 3 kinds of different mechanics model and analyse and calculate respectively, have put forward major influencing factor and data;3 、 With the finite element method, apply the finite element program ANSYS , have established the finite element model of pipeline and connector , imitate pipeline with connector in bear the loads such as dead weight, vertical earth pressure, ground vehicle year and internal pressure take off , law and the distribution condition of many stress weights, and with theoretical analysis result compare , verify the reasonability of model;4、 Put forward stress correction coefficient, make theoretical calculation worth moreaccord with operating condition;5、 Through Visual C++ carry out programming, it is simple to make calculate analysis , convenience, and then will its a mature software for special purpose of perfecting.
引文
1 王志祥,梁志钊,孙国模,文启鼎.管道应力分析与计算,北京:水利电力出版社,1983
2 王绍周,关文吉,王维新.管道工程设计施工与维护,北京:中国建材工业出版社,2000
3 [苏]阿英宾杰尔,卡麦尔什捷英著.干线管道强度及稳定性计算.肖治,崔东植,戚本明译.北京:石油工业出版社,1988
4 张小趁,陈红旗.直埋供热管道直管的应力分析.油气储运,
5 王维,梁政.关于垂悬管道计算模型的研究.天然气工业,1997;(5)
6 高惠英,冯启民.场地沉陷埋地管道反应分析方法.地震工程与工程震动,1997;(1)
7 史业腾.不停输管道的开孔封堵作业.煤气与热力,2003;(2)
8 桑芝富,薛丽萍,林杨杰.大开孔内压容器塑性极限载荷的有限元分析.南京化工大学学报,1999;(5)
9 席德粹,刘松林,王可仁,郑安涛.城市煤气管网设计与施工,上海:上海科学技术出版社,1989
10 唐永进.压力管道应力分析,北京:中国石化出版社,2003
11 李公蒲.燃气管道工程施工,北京:中国计划出版社,2001
12 沈松泉,黄振仁,顾竞成.压力管道安全技术,南京:东南大学出版社,2000
13 邓道明,李育光.埋地柔性管道的应力和变形分析.油气储运,1998;17(6)
14 薛明德,陈伟等.圆柱壳大开孔的薄壳理论解.力学学报,1995;27(4)
15 张土乔,李询,吴小刚.地基差异沉降时管道的纵向力学性状分析.中国农村水利水电,2003;(7)
16、由小川,庄茁.高压天燃气管线在地质灾害下的失效分析.天燃气工业,1999:19(4)
17 崔晋豫.给水管道地基沉降的加固技术分析.青岛建筑工程学院学报,1998:19(1)
18 黄生龙,李晓,雷英.直埋供水管道和直埋蒸气管道设计理论浅析.冶金矿山设计建设,2002;34(4)
19 赵吉,姜民政,李春红.埋地输油管线在线大修应力应变分析.石油矿场机械,2004;33(1)
20 李伟,吴长征.煤气管道软性地基的处理方法.煤气与热力,2000;20(4)
21 张卫义,俞建荣,陈罕.内压柱壳大开孔率开孔平齐式接管应力分布研究.试验研究,2000;17(6)
22 王刚,贺平.直埋敷设热力管道强度设计方法及安装方式.区域供热1998;4
23、李宏刚.铸铁给水管线的应力分析、爆管原因、处理及预防措施.纯碱工业,2000;2
24 赵阳德.天然气管道在内压作用下的壁厚计算分析.天然气与石油,1995;13(4)
25 郭瑞萍,李广信,陈轮.“L”形直埋供热管道受力规律数值模拟.计算结构力学及其应用,1996;13(3)
26 邓华蛟.城市PE燃气管道开孔封堵技术与设备.管道技术与设备,2002;3
27 梁重阳,梁翠霞.大口径埋地管道施工中失稳事故的处理.石油工程建设,1997;05
28、邓道明,徐立.高压大口径油气管道跨长计算.西南石油学院学报,2000;22(1)
29 王祖权,邓曾禄.关于直埋管道强度计算中有关概念的辨析.焦作矿业学院学报,1994;13(4)
30、黄瑾.管道开孔补强技术的探讨.福建电力与电工,2003:23(1)
31 桑芝富,李磊.接管轴向推力作用下圆柱形壳体开孔—接管区局部应力的研究.化工机械,1995;22(4)
32 王立群.浅谈蒸汽管道的直埋敷设.山西建筑,2003:29(7)
33 刘毓智.输油管道直埋技术.纯碱工业,1999;02
34 杨宏伟.热力管道无补偿直埋敷设的可行性.技术交流(制冷空调与电力机械),2002;3
35 王振国.蒸汽直埋管道的敷设与计算.设计与研究,1998:04
36 孙云普,廖明成.直埋供热管道埋设深度设置的合理性.焦作工学院学报,1996;15(5)
37 崔晋豫,丁峰.不均匀地基沉降引起的给水管道爆裂.青岛建筑工程学院学报,1996;2
38 刘辉,范光辉.输油管道不停输开孔技术研究.技术与应用,2004;08
39 吴为义,张土乔.竖向荷载下柔性接口管道的纵向力学计算.中国给水排水,2002;9
40 吴为义,孙宇坤,张土乔.承插口给水排水管道的竖向位移(沉降)计算.特种结构,2002;20(3)
41、赵瑞宝,李金陆.天然气长输管线弹性沉降的理论研究与应用.煤气与热力,2002;5
42 梁建文,何玉敖.地下管道三通地震应力分析.天津大学学报,1994;6
43 孙训方,方孝淑,关来泰.材料力学,北京:高等教育出版社,1993,
44 王国强.实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践,西安:西北工业大学出版社,2002
45 赖新元.城市地下管线施工新技术与质量检验评定标准实施手册,北京:地震出版社,2002
46 (美)A.P.莫泽著.地下管设计,北京市市政工程设计研究总院《地下管设计》翻译组译,北京:机械工业出版社,2003
47 黄清猷.地下管道计算,武汉:湖北科学技术出版社,1987
48 吴毓熙.应用弹性力学,上海:同济大学出版社,1989
49 蔡泗维.结构力学基础,北京:科学出版社,1986
50 丁伯民,蔡仁良.压力容器设计,北京:中国石化出版社,1992
51 嘉木工作室.ANSYS5.7有限元实例分析教程.北京:机械工业出版社,2002
52 黄炳臣.管道和支耳的三维有限元分析:[硕士学位论文]。北京:北京化工大学,2003
53 吴文峰.地下埋管受力分析及结构优化的研究:[硕士学位论文]。南京:河海大学,2001
54 刘全林.地埋管道与土相互作用分析及其计算方法的研究:[博士学位论文]。上海:同济大学,2002
55 白子韶.埋地高分子柔性管道的受力形态分析研究:[博士学位论文]。合肥: 合肥工业大学,2003
56 吴小刚.交通荷载作用下软土地基中管道的受力分析模型研究:[博士论文]。杭州:浙江大学,2004
57 ZHU He Hua, Hashimoto T, Designs and Analyses on Underground Structures, Technical Report, 1995
58 Elmer L.Matyas and John B.Davis. Experimental Study of Earth Loads on Rigid Pipes. [J]. J. Geo. Engineering.Feb. 1983. 109(2).
59 Young,O.C. and Trott.J.J. Burried Rigid Pipes: Structral Design of Pipelines. [J] London Elsenvior. 1984.
60 Lawrence C. Rude. Load Reductions on Buried Regid Pipe. [J]. J. of Transportation Engineering. 1983.109(1).
61 蔡强康等.埋地热输管线的内力和应力计算,油气管道技术,1980;2
62 博嘉科技.有限元分析软件—ANSYS融会与贯通,北京:中国水利水电出版社,2002
63 张朝辉等.ANSYS8.0结构分析及实例解析,北京:机械工业出版社,2005
2 王绍周,关文吉,王维新.管道工程设计施工与维护,北京:中国建材工业出版社,2000
3 [苏]阿英宾杰尔,卡麦尔什捷英著.干线管道强度及稳定性计算.肖治,崔东植,戚本明译.北京:石油工业出版社,1988
4 张小趁,陈红旗.直埋供热管道直管的应力分析.油气储运,
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38 刘辉,范光辉.输油管道不停输开孔技术研究.技术与应用,2004;08
39 吴为义,张土乔.竖向荷载下柔性接口管道的纵向力学计算.中国给水排水,2002;9
40 吴为义,孙宇坤,张土乔.承插口给水排水管道的竖向位移(沉降)计算.特种结构,2002;20(3)
41、赵瑞宝,李金陆.天然气长输管线弹性沉降的理论研究与应用.煤气与热力,2002;5
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51 嘉木工作室.ANSYS5.7有限元实例分析教程.北京:机械工业出版社,2002
52 黄炳臣.管道和支耳的三维有限元分析:[硕士学位论文]。北京:北京化工大学,2003
53 吴文峰.地下埋管受力分析及结构优化的研究:[硕士学位论文]。南京:河海大学,2001
54 刘全林.地埋管道与土相互作用分析及其计算方法的研究:[博士学位论文]。上海:同济大学,2002
55 白子韶.埋地高分子柔性管道的受力形态分析研究:[博士学位论文]。合肥: 合肥工业大学,2003
56 吴小刚.交通荷载作用下软土地基中管道的受力分析模型研究:[博士论文]。杭州:浙江大学,2004
57 ZHU He Hua, Hashimoto T, Designs and Analyses on Underground Structures, Technical Report, 1995
58 Elmer L.Matyas and John B.Davis. Experimental Study of Earth Loads on Rigid Pipes. [J]. J. Geo. Engineering.Feb. 1983. 109(2).
59 Young,O.C. and Trott.J.J. Burried Rigid Pipes: Structral Design of Pipelines. [J] London Elsenvior. 1984.
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61 蔡强康等.埋地热输管线的内力和应力计算,油气管道技术,1980;2
62 博嘉科技.有限元分析软件—ANSYS融会与贯通,北京:中国水利水电出版社,2002
63 张朝辉等.ANSYS8.0结构分析及实例解析,北京:机械工业出版社,2005