在役輸氣管道受荷載作用下的安全性研究

摘 要：近幾年隨著城市化的推進和發展，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、財產安全。文章從力學的角度出發，結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 主要參數設置

1.1 管道參數

文章的在役輸氣管道設計壓力為7.50MPa，管道規格為φ813× 11.9 L485鋼管，在役管道主要參數見表1。

1.2 土體性質參數

文章依據相關的工程材料數據并參照相關文獻進行綜合分析[5-7]，對土體性質的相關參數進行設定，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。根據總體結構的對稱特性，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。根據上述表格首先創建了關鍵點，然后依次根據關鍵點創建線，根據邊界定義條件建立埋地管道的幾何模型。

2.2 網格劃分[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，根據需要選擇埋地管道的網格尺寸，針對模型進行網格劃分。

2.3 施加約束和載荷

根據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果的準確性[10]。

2.4 瞬時數值模擬

在數值模擬過程中，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。但在分析中發現，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，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。