大口径输气管道公路穿越力学性状研究

论文摘要

穿越道路管道在长输管道中占有重要部分,随着经济的快速发展,国家对能源需求的扩大,油气管道的建设越来越多。受地理条件和工程实际的限制,许多管道都埋设在软质土地基中。埋设在路面下的管道所承受的主要活荷载之一就是交通荷载,随着经济与交通运输业的迅猛发展,由交通荷载引起的埋地管道的失效与破坏问题越来越多。诸如西气东输,川气东送等生命线工程,一旦发生此类事故,后果相当严重。有鉴于此,本文对交通荷载作用下埋地管道的力学性状进行了分析和模拟。本文在总结、归纳、分析国内外关于管道受力分析的有关成果的基础上从以下几个方面作了一定的工作：（1）采用理论分析的方法对车辆荷载作用下埋地管道进行静力分析和动力响应分析。将长期车辆荷载作用下管道的受力进行简化,即：从长期的角度来看,相当于路面上不间断地作用着均布车辆荷载。这样,车辆荷载大小和作用位置均不随时间变化。从长期角度考虑,管道动力学问题可转化为管道的静力学问题。（2）分析了车辆荷载引起的波的土体传播、运动规律；车辆荷载下锐利波弥散特性与常规荷载作用产生锐利波的弥散特性相同,只是车辆荷载作用下的锐利波的传播方向是不定的,不同频率的波运动速度相同时其传播方向不相同。（3）对车辆荷载作用下埋地管道管-土耦合作用问题进行了研究。给出了管-土相互作用的组合模型。（4）利用数值模拟和算例验证等方法,并建立有限元模型对可能造成管道失效的各个因素进行了相关分析,并得出相关结论。（5）采用模糊理论分析了管道在交通荷载作用下的可靠度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的意义
• 1.2 研究现状及存在的问题
• 1.3 本文的研究内容
• 1.4 本文的研究方法
• 第二章 穿越道路管道铺设方式
• 2.1 穿越公路管道埋设方式
• 2.1.1 埋地式
• 1) 无套管穿越
• 2) 有套管穿越
• 2.1.2 涵洞式
• 2.2 穿越公路管道的浴盆曲线效应
• 第三章 车辆荷载在土体中的传播
• 3.1 车辆荷载作用下地基中锐利波的传播特特性
• 3.1.1 锐利波特征方程的建立
• 3.1.2 锐利波特性研究
• 3.2 车辆荷载在土体中传播
• 3.2.1 控制方程
• 3.2.2 边界条件
• 3.2.3 时域稳态响应
• 3.3 结束语
• 第四章 交通荷载简化及管-土耦合作用
• 4.1 概述
• 4.2 车辆载荷长期作用下管道的简化模型
• 4.2.1 选择地基反力模型
• 4.2.2 选择计算方法
• 4.2.3 两端支座的简化
• 4.2.4 长期垂直路面载荷的简化
• 4.2.5 垂直地基反力合力的简化
• 4.2.6 地基均布假定
• 4.2.7 管道轴向等刚度假定
• 4.2.8 其它交通荷载形式
• 4.3 车辆荷载下管—土耦合作用
• 4.3.1 车辆荷载特性
• 4.3.2 模拟方法
• 4.3.3 常见的两种随机模拟形式
• 4.4 管与土相互作用的组合模型
• 4.5 确定管-土相互作用模型参数
• 4.6 小结
• 第五章 计算实例（管道受力的ANSYS有限元模型）
• 5.1 ANSYS的功能
• 5.2 模型概述
• 5.2.1 荷载模型
• 5.2.2 地基模型
• 5.2.3 接触面模型
• 5.3 算例分析
• 5.3.1 车辆移动方向与管道纵向垂直时的管土受力模型
• 5.3.1.1 车辆模拟参数
• 5.3.1.2 土体材料参数
• 5.3.1.3 管道材料参数
• 5.3.1.4 选取单元类型及网格划分
• 5.3.1.5 计算结果分析
• 5.3.1.6 不同因素对管道应力的影响分析
• 5.4 车辆移动方向与管道纵向平行时管土受力模型
• 5.5 本章小结
• 第六章 穿越公路管道车辆荷载作用下的疲劳损伤模糊可靠度分析
• 6.1 模糊子集概念
• 6.2 模糊可靠度模型
• 6.3 隶属函数
• 6.4 管道疲劳寿命的WEIBULL分布
• 6.5 穿越道路管道车辆荷载下的可靠度模糊综合评判
• 6.6 结束语
• 第七章 结论与展望
• 7.1 本文主要结论
• 7.2 展望和建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果