地震帶穿越河流管道應(yīng)力分析研究

1、第 14 卷 第 22 期 2021 年 8 月1671 1815( 2021) 22-0017-06科學(xué)技術(shù)與工程Science Technology and EngineeringVol. 14 No. 22 Aug 2021 2021 Sci. Tech. Engrg.石油技術(shù)地震帶穿越河流管道應(yīng)力分析研究李佳駿1初飛雪1唐道林2( 中國(guó)民航大學(xué)1 ，天津 300300，中國(guó)石油大學(xué)( 華東) 2 ，青島 266580)摘 要 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外地震災(zāi)害頻發(fā)，作為能源大動(dòng)脈的長(zhǎng)距離輸油氣管道面臨前所未有的平安隱患。鑒于地震帶穿越河 流管道遭受荷載情況的復(fù)雜性，根據(jù)地震帶穿越河流油氣管道的特點(diǎn)

2、，分析了應(yīng)力分析時(shí)應(yīng)該考慮的荷載類型和目前地震荷 載主要分析技術(shù)方法，提出了建立應(yīng)力分析模型及邊界條件的簡(jiǎn)化處理方法，利用 CASEAII 對(duì)實(shí)際工程進(jìn)行應(yīng)力分析研究， 得到應(yīng)力分布狀況評(píng)價(jià)，供技術(shù)人員參考。關(guān)鍵詞 地震帶穿越管應(yīng)力分析中圖法分類號(hào) TE88;文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A國(guó)內(nèi)外目前還沒(méi)有專門開展對(duì)地震帶穿越河流 管道的應(yīng)力分析研究，但已有模擬地震對(duì)管道作用 的方法及穿越管道的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。模擬方法主要有靜 態(tài)荷載等效法和響應(yīng)譜分析法。1943 年 Courant 等人提出了有限元思想并應(yīng)用 于力學(xué)分析。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的開展，以有限元法 為根底的管道應(yīng)力分析軟件在管道應(yīng)力分析中得到 普遍應(yīng)用。國(guó)內(nèi)

3、外專業(yè)管道應(yīng)力分析軟件主要有 CAESAII、AUTOPIPE、AUTOPSA、ASIP 等，其 中CAESAII、AUTOPIPE 軟件在國(guó)內(nèi)各大設(shè)計(jì)院得到 廣泛的應(yīng)用，都可以用于模擬地震對(duì)管道的作用，與 國(guó)外軟件相比擬，國(guó)內(nèi)管道應(yīng)力分析軟件在軟件功 能、開發(fā)完善、標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)支特等方面，還存在較 大差距。但我國(guó)管道應(yīng)力分析的根本原理、分析方 法、平安評(píng)定條件與國(guó)外無(wú)本質(zhì)區(qū)別，我國(guó)現(xiàn)有國(guó)家 標(biāo)準(zhǔn) GB 50316?工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?1及其他 涉及管道應(yīng)力分析內(nèi)容的其它標(biāo)準(zhǔn)根本上都參考了 美國(guó) ASME B31 系列2，3標(biāo)準(zhǔn)。在穿越河流管道設(shè)計(jì)方面，主要采用溝埋敷設(shè)。 GB 50423

4、2007?油 氣 輸 送管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī) 范 ?4 對(duì)穿越管道的設(shè)計(jì)作了具體要 求，GB 504702021?油氣輸送管道線路工程抗震技術(shù)規(guī) 范?5提出了穿越管道的抗震設(shè)計(jì)方法。但標(biāo)準(zhǔn)只 從理論上對(duì)抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行了計(jì)算推導(dǎo)，設(shè)計(jì)方法單 一，缺少地震荷載對(duì)穿越管道作用情況的實(shí)際模擬。2021 年 3 月 20 日收到第一作者簡(jiǎn)介: 李佳駿( 1990) ，男，陜西西安人，碩士。研究方向:1應(yīng)力分析方法和技術(shù)地震帶穿越河流管道主要面臨永久荷載和偶然 荷載，應(yīng)力分析關(guān)鍵技術(shù)可以概括為: 一是地震對(duì)管 道作用的模擬; 二是多種荷載對(duì)管道綜合作用的簡(jiǎn) 化和模擬。目前國(guó)外先進(jìn)的應(yīng)力分析軟件已具有模擬地震

5、對(duì)管道作用的實(shí)力，但對(duì)于油氣管道并不完全適用。 穿越河流油氣輸送管道屬于埋地管道，建立應(yīng)力分 析模型首先要考慮土壤對(duì)管道的作用，目前都以雙 線性約束彈簧6進(jìn)行模擬。當(dāng)管段較長(zhǎng)時(shí)，埋地管 段將會(huì)具有很多雙線性約束彈簧，彈簧數(shù)量越多，會(huì) 影響動(dòng)態(tài)地震荷載的添加以及地震荷載的作用; 另 外，地震對(duì)管道作用一般采用靜態(tài)荷載等效法或響 應(yīng)譜分析法進(jìn)行模擬，但響應(yīng)譜方法分析地震荷載 作用時(shí)，常需要指定特定響應(yīng)譜，對(duì)于具體的管道的 設(shè)計(jì)沒(méi)有適用價(jià)值，管道設(shè)計(jì)時(shí)用靜態(tài)荷載等效法 更為適當(dāng)。該類管道面臨荷載條件復(fù)雜，應(yīng)力分析時(shí)，要將 每一種可能的荷載添加到應(yīng)力分析模型中，特別是 土壤作用、水的靜壓作用以及地震對(duì)

6、管道的作用。 由于穿越河流管道設(shè)計(jì)時(shí)要考慮汛期洪水的沖刷、 洪水的水位高度對(duì)管道的影響; 并且具體河流的河 灘、河床情況以及土壤地質(zhì)條件并不一樣，因而在荷 載處理方面，應(yīng)該根據(jù)具體的工程進(jìn)行具體的分析。 當(dāng)被分析管道所面臨的荷載條件得到正確處理后， 應(yīng)力分析軟件可對(duì)多種荷載 共同作用進(jìn)行模擬 分析。1. 1地震荷載分析方法7油氣管道儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)。E-mail425039972 qq. com。地震荷載是由于地面的運(yùn)動(dòng)( 加速度、速度18科 學(xué) 技 術(shù) 與 工 程14 卷表 1 地震荷載分析方法表Table 1 Methods of seismic analysis方法名稱主要特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)劣勢(shì)結(jié)構(gòu)剛度抽

7、象為無(wú)限大，地震 反響靜態(tài)荷載等效法將地震荷載等效為靜力，地震對(duì)結(jié)構(gòu)的影響主要?dú)w結(jié)為地面最大加速度應(yīng)用廣泛，防止響應(yīng)譜分析的盲從性與結(jié)構(gòu)自振特性相脫離，分析 結(jié)果 與實(shí)際存在差異采用現(xiàn)有的響應(yīng)譜對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析， 考慮地面最大加速對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，并計(jì)只能采用同類地震響應(yīng)譜對(duì)管道結(jié)響應(yīng)譜分析法時(shí)程分析法各方向響應(yīng)通過(guò)用戶指定方式進(jìn)行組 合，總相應(yīng)通過(guò) SSS 法組合 地震特征參數(shù)包含最大加速度和地震 持續(xù)時(shí) 間，考 慮 震 級(jí)與距震中遠(yuǎn)近 有關(guān)入了結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性對(duì)反響的影響，較準(zhǔn) 確描述物體結(jié)構(gòu)對(duì)地震做出的反響真實(shí)描述結(jié)構(gòu)對(duì)地震的反映，計(jì)算值非 常接近實(shí)測(cè)值構(gòu)進(jìn)行分析，分析結(jié)果與實(shí)際 存在 差異分析復(fù)

8、雜，對(duì)計(jì)算裝置要求很高，運(yùn) 行速度慢，對(duì)管道震害分析缺乏和位移) 產(chǎn)生的，符合慣性荷載特性，屬動(dòng)荷載。目 前模擬分析方法主要有: 靜態(tài)荷載等效法、響應(yīng)譜分 析方法和時(shí)程分析方法。其中靜態(tài)荷載等效法在管 道設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用最為廣泛，響應(yīng)譜方法可對(duì)具體的地 震波響應(yīng)進(jìn)行較準(zhǔn)確模擬，而時(shí)程分析法過(guò)程繁瑣 且技術(shù)不夠成熟，目前幾乎沒(méi)有應(yīng)用。1. 2 溫度、壓力等計(jì)算條件確實(shí)定方法管道應(yīng)力計(jì)算所采用的溫度和壓力，稱為計(jì)算 溫度和計(jì)算壓力。穿越河流管道應(yīng)力分析計(jì)算條件 的規(guī)定如下:( 1) 計(jì)算溫度: 按穿越河流管道工作時(shí)可能遇 到的最高溫度選取;( 2) 計(jì)算壓力: 按穿越河流管道工作時(shí)可能遇 到的最高壓力選

9、取，管道及其每個(gè)組件的計(jì)算壓力， 不應(yīng)小于運(yùn)行中遇到的內(nèi)壓或外壓與溫度相偶合時(shí) 最嚴(yán)重條件下的壓力，如果管道處于設(shè)計(jì)階段，按照 其設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行計(jì)算;( 3) 環(huán)境溫度: 在沒(méi)有特殊要求情況下，取 為 20 。如果需要具體分析管道所受溫度荷載 的影 響，應(yīng)分別考慮穿越管道所面臨的最高環(huán)境溫度和 最低環(huán)境溫度。2應(yīng)力分析模型的建立及邊界條件的 處理2. 1 應(yīng)力分析總體技術(shù)路線圖 1 應(yīng)力分析技術(shù)線路框圖Fig. 1 Circuit diagram of stress analysis從圖 1 看出，地震帶穿越河流管道的應(yīng)力分析 過(guò)程可以分為靜態(tài)分析、靜態(tài)地震分析和動(dòng)態(tài)地震分析三局部。其中靜態(tài)分析

10、主要是對(duì)穿越管道在持 續(xù)荷載作用下的一次應(yīng)力、溫度荷載作用下的二次 應(yīng)力以及操作條件下的應(yīng)力進(jìn)行分析和校核，以判 斷管道在安裝、工作條件下的平安性。靜態(tài)地震分 析和動(dòng)態(tài)地震分析是指對(duì)穿越河流的油氣輸送管道 進(jìn)行地震荷載分析，判斷管道在特定地震荷載作用 下的平安性能分析。2. 2 模型的建立方法模型建立主要包括兩步: 一是管道實(shí)體模型的 建立; 二是邊界條件的處理。其中第一步管道實(shí)體 建模比擬簡(jiǎn)單。首先，對(duì)具體的穿越河流輸氣管道 進(jìn)行分析，分析其兩端模型模擬的截止處，一般在穿 越管道兩側(cè)與外部管道相連處模型截止; 其次，任選 管道一端起始，在 CAESAII 軟件中按照管道走向 依次添加直管、彎

11、頭等根本管件及其對(duì)應(yīng)參數(shù)，注意 參數(shù)大小和軟件中顯示的單位，務(wù)必保持參數(shù)正確 性及管道整體模型與實(shí)際相符合 。建模時(shí)，除了需要輸入各個(gè)管件的參數(shù)以外，還 需要輸入管道輸送介質(zhì)的密度、保溫層密度、保溫層 厚度、計(jì)算壓力、計(jì)算溫度等參數(shù)。其中輸送介質(zhì)的 密度的輸入時(shí)，無(wú)論管輸介質(zhì)是氣體還是液體，只需 要輸入其密度，軟件在進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算時(shí)將會(huì)根據(jù)輸 入的密度考慮管輸介質(zhì)對(duì)管道應(yīng)力的影響; 保溫層 密度和厚度，根據(jù)穿越管道采取的保溫層材料的實(shí) 際情況進(jìn)行設(shè)置，應(yīng)力分析計(jì)算時(shí)也會(huì)自動(dòng)對(duì)此參 數(shù)進(jìn)行考慮。2. 3 邊界條件的處理地震帶穿越河流油氣輸送管道進(jìn)行應(yīng)力分析時(shí) 的邊界條件主要是指力邊界條件，在運(yùn)用

12、CAESA- II 軟件建立應(yīng)力分析模型時(shí)邊界條件的處理主要 包括如下三個(gè)方面: 靜水壓力的處理、土壤荷載的處 理、地震荷載的處理。2. 3. 1 靜水壓力的處理管道處于河流水位線以下的管段局部，分析時(shí) 需要對(duì)其添加靜水壓力的作用，在 CAESAII 中，靜22 期李佳駿，等: 地震帶穿越河流管道應(yīng)力分析研究19水壓力按均布荷載方法進(jìn)行添加，均布荷載的大小 按照式( 1) 進(jìn)行計(jì)算。Fw = gDH( 1)式中，F(xiàn)w 為單位長(zhǎng)度管段所受靜水壓力( N / m) ; 為水密度( kg / m3 ) ; g 為重力加速度( m / s2 ) ; D 為管 道外徑( m) ; H 為管道上方的水深(

13、 m) 。穿越河流管道可能處于水面高度不一的漫灘、 河床等不同位置，靜水壓力大小也不一，應(yīng)合理對(duì)管 道進(jìn)行區(qū)域劃分，無(wú)統(tǒng)一的方法。2. 3. 2 土壤荷載的處理CASEAII 對(duì)土壤荷載的模擬算法是用具有初 始剛度、極限載荷和屈服剛度8的雙線性彈簧來(lái)模 擬。通常屈服剛度設(shè)為接近于零的數(shù)，即一旦到達(dá) 作用在土壤中的極限載荷，那么即使位移不斷增加極 限載荷也不會(huì)進(jìn)一步增加。分析埋地管道需計(jì)算軸 向和橫向極限載荷，而后管道四周剛度可通過(guò)極限 載荷除以屈服位移而得到。其中在 CAESAII 中建 立埋地管道模型涉及的計(jì)算公式如下所述( 1) 軸向極限載荷( Fax ) 。 F = WXg( 7)式中，

14、F 為作用于單位長(zhǎng)度管道上的地震荷載; W 為 單位長(zhǎng)度管道的重量; X 為地震加速度系數(shù)，一般設(shè) 計(jì)時(shí)取 0. 1; g 為重力加速度。( 2) 響應(yīng)譜分析方法。用戶對(duì)于除地震荷載以 外邊界條件都處理完畢的穿越管道進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析， 進(jìn)入動(dòng)態(tài)分析界面，然后在動(dòng)態(tài)分析中選定地震荷 載的響應(yīng)譜分析方法，然后用戶選定 CAESAII 軟 件提供的地震頻譜或者自己定義地震頻譜，再指定 地震荷載作用工況，最后進(jìn)行參數(shù)設(shè)置并運(yùn)行分析。 2. 3. 4其余邊界的處理其余邊界條件主要指穿越河流管道施工時(shí)混凝 土穩(wěn)管對(duì)管道的作用。假設(shè)穩(wěn)管為馬鞍形狀，其與管 道不接觸或者為點(diǎn)接觸，那么可以將其對(duì)管道的作用用 Y 方

15、向以及管道側(cè)向的約束進(jìn)行處理; 假設(shè)穩(wěn)管與管道非點(diǎn)接觸，可將其視為作用于管道的附加力 或附加重量進(jìn)行處理。3 工程實(shí)例3. 1 工程概況介紹Fax = D(2s H + p +4 f )( 2)某輸氣穿越管道采用 D406. 4 × 7. 1 L360 mm 直式中， 為管道與土壤間的摩擦系數(shù)，淤泥取 0. 3， 細(xì)沙取 0. 4，沙礫取 0. 5，黏土取 0. 6 2. 4; D 為管道直徑; s 為土壤密度; p 為管道材料密度; f 為管 內(nèi)介質(zhì)密度。( 2) 橫向極限載荷( Ftr ) ?？p埋弧焊鋼管，設(shè)計(jì)壓力 4. 0 MPa，設(shè)計(jì)輸量 250 × 104 m3

16、/ d。工程采用開挖溝埋方式穿越，穿越管道 總長(zhǎng)度為 186 m; 工區(qū)地形屬平原漫灘，主河道寬約 77 m，高差 3. 34 m; 全年最熱月 7 月，均溫 26 ，最 冷月 1 月，均溫 5. 6 ; 河流勘察期最大水深1. 0 m，F(xiàn)tr = 0. 5s ( H + D)2 tan2 (45 + × 壓縮系數(shù))2( 3)枯水期最大水深 0. 5 m，平水期最大水深 1. 0 m，豐水期最大水深 2. 5 3. 0 m; 工程區(qū)屬于非中強(qiáng)地震 震中區(qū)，既無(wú)發(fā)生中強(qiáng)地震的背景，歷史上也未發(fā)生式中，H 為土壤外表到管道頂部的深度; 為土壤內(nèi)摩擦角( 沙土取 27° 45&#

17、176;，淤泥取 26° 35°，黏土 取 0°) 。( 3) 屈服位移( yd ) 。yd = 屈服位移系數(shù) × ( H + D)( 4)式中，屈服位移系數(shù)默認(rèn)為 0. 015。( 4) 單位長(zhǎng)度管道上的軸向剛度( Kax ) 。Kax = Fax / yd( 5)( 5) 單位長(zhǎng)度管道上的橫向剛度( Ktr ) 。Ktr = Ftr / yd( 6)以上的計(jì)算可由軟件自動(dòng)完成，用戶只需指定 土壤參數(shù)9，并且對(duì)不同土壤性質(zhì)、不同埋深的管 段進(jìn)行劃分，軟件將會(huì)以雙線性彈簧模擬土壤對(duì)管 道的作用，彈簧的剛度與上面計(jì)算的結(jié)果一致。 2. 3. 3地震荷載的處

18、理( 1) 靜態(tài)荷載等效法。靜力荷載通過(guò) CAESA- II 軟件的均布荷載功能作用于管道。過(guò)中強(qiáng)地震，只受鄰近地區(qū)中強(qiáng)地震影響; 據(jù)?建筑抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?，該區(qū)抗震設(shè)防烈度為 7 度，設(shè)計(jì)基 本地震加速度值為 0. 10g ( g 為重力加速度) ，設(shè)計(jì) 特征周期 0. 40 s。鑒于 CASEAII 在埋地管段處理上的明顯優(yōu) 勢(shì)，工程采用 CAESAII 軟件進(jìn)行地震帶穿越河流 輸氣管道的應(yīng)力分析，實(shí)體模型見圖 2，其中不含任 何邊界條件的設(shè)置，圖中白色的為管道，紅色為相應(yīng) 管點(diǎn)的編號(hào)( 用黑色注明) ，編號(hào)依次為: 10、20、30、 70、80、90、100、110、120、130。其中

19、 10 和 130 分別 為穿越管道的起點(diǎn)和終點(diǎn); 20、30、110、120 為穿越 段的彎頭，其余管點(diǎn)將在下述分析中表達(dá)。3. 2 邊界條件處理3. 2. 1 靜水壓力處理區(qū)域 1 和區(qū)域 5 的靜水壓力為 3 982. 72 N / m，區(qū)域 2 和區(qū)域 4 的靜水壓力為 11 151. 616 N / m，區(qū)域 3 的靜水壓力為 13 541. 248 N / m。20科 學(xué) 技 術(shù) 與 工 程14 卷圖 2 該穿越管道實(shí)體模型Fig. 2 The model of pipeline圖 3 河流靜水壓力分析區(qū)域劃分圖 Fig. 3 The regional division of th

20、e river hydrostatic pressure analysis3. 2. 2土壤荷載的處理表 2 土壤類型及參數(shù)表Table 2 The types and parameters of soil土壤類型2345管道埋深 / m364. 23. 6摩擦系數(shù)0. 3土壤密度 / ( kg·m 3 )5 000土壤內(nèi)摩擦角 / ( °)15無(wú)排水抗剪強(qiáng)度 / kPa未指定土壤壓縮系數(shù)8屈服位移系數(shù)0. 015熱膨脹系數(shù)11. 214 安裝溫度和操作溫度之差 / 21 軟件根據(jù)每一中土壤的參數(shù)計(jì)算土壤的性質(zhì)， 并采用具有相同剛度的雙線性約束彈簧模擬土壤對(duì) 管道的作用。3

21、. 2. 3 地震荷載的處理?yè)?jù)?建筑抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) ?( GB 500112001 )2021 版，工區(qū)抗震設(shè)防烈度為 7 度，設(shè)計(jì)根本地震 加速度值為 0. 10g ( g 為重力加速度) ，設(shè)計(jì)特征周 期 0. 40 s。因此對(duì)此穿越管道應(yīng)力分析主要按照地 震加速度峰值為 0. 1g 的靜態(tài)等效法進(jìn)行模擬，根據(jù)式( 3) 式( 7) ，可以計(jì)算作用于單位管道長(zhǎng)度的地 震荷載為22穿越管道模型段劃分為 7 個(gè)區(qū)域( 圖 4 ) ，共分為 4 種土壤類型( 表 2) ，其不同點(diǎn)主要表達(dá)在管道 埋深上，其余參數(shù)根本一致。區(qū)域 1、7 屬于未處于 河道內(nèi)的穿越管道( 2 號(hào)土壤) ; 區(qū)域 2、6

22、為處于漫 灘的穿越管道( 3 號(hào)土壤) ; 區(qū)域 3、5 為處于河床內(nèi)與 漫灘交接處的局部穿越管道( 4 號(hào)土壤) ; 區(qū)域 4 為處 于河床中心受洪水沖刷最為嚴(yán)重的局部穿越管道( 5 號(hào)土壤) ，根據(jù)每種土壤類型，軟件將采用具有相同剛 度的雙線性約束彈簧模擬土壤對(duì)管道的作用。圖 4 土壤荷載時(shí)管段區(qū)域劃分圖Fig. 4 The regional division of soil loading7 830 × 0. 406 4 0. 392 2 × 3. 14 × 0. 1 × 9. 8 =468. 343 2 N / m。計(jì)算完單位長(zhǎng)度所受地震荷載后，

23、按均布荷載 添加方式將靜態(tài)地震荷載作用于 + X、+ Y、+ Z 三 個(gè)方向，大小均采用 0. 1g 加速度峰值的靜態(tài)等效荷載。3. 2. 4混凝土穩(wěn)管的處理該管道穩(wěn)管為馬鞍形，最低埋深 3. 6 m，將穩(wěn)管 對(duì)管道的作用用作用于 Y 方向的約束以及管道側(cè) 向的導(dǎo)向支撐進(jìn)行模擬，即除軸向的運(yùn)動(dòng)不進(jìn)行限制外，其余方向均有限制。3. 3結(jié)果評(píng)價(jià)由于管道較長(zhǎng)，分析結(jié)果較多，再此只給出局部 節(jié)點(diǎn)應(yīng)力情況。表 3 持續(xù)荷載作用下的局部靜態(tài)分析結(jié)果Table 3 The partial results of static analysis under sustained load軸向應(yīng)力/ kPa彎曲應(yīng)力

24、/ kPa環(huán)向應(yīng)力/ kPa標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力/ kPa許用應(yīng)力/ kPa比值/%32 277. 01 204. 1114 478. 9102 536. 6322 674. 63232 491. 2897. 2114 478. 9102 404. 8322 674. 63232 508. 035. 7114 478. 9102 188. 4322 674. 63232 768. 577 772. 2114 478. 9159 482. 6322 674. 649管點(diǎn)管點(diǎn)說(shuō)明28彎頭附近30彎頭33彎頭附近36直管段22 期李佳駿，等: 地震帶穿越河流管道應(yīng)力分析研究21表 4 操作條件下的局部靜態(tài)分析結(jié)

25、果軸向應(yīng)力/ kPa彎曲應(yīng)力/ kPa環(huán)向應(yīng)力/ kPa標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力/ kPa許用應(yīng)力/ kPa比值/%56 209. 55 153. 9114 478. 999 334. 3322 674. 63152 813. 175 797. 2114 478. 9137 463. 1322 674. 64352 312. 716 782. 3114 478. 9101 490. 6322 674. 63147395. 412 751. 2114 478. 9101 683. 8322 674. 632Table 4 The partial results of static analysis under

26、operating condition管點(diǎn)管點(diǎn)說(shuō)明165直管段105彎頭附近109彎頭附近110彎頭持續(xù)荷載作用下一次應(yīng)力分布結(jié)果: 管點(diǎn) 36 標(biāo) 準(zhǔn)應(yīng)力最大，為 159 555. 1 kPa; 編號(hào) 36 的管點(diǎn)彎曲應(yīng)力最大，為 77 772. 2 kPa; 管點(diǎn) 20 軸向應(yīng)力最大，為 35 922. 73 kPa。操作條件下應(yīng)力分布結(jié)果: 管點(diǎn) 105 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力 最大，為 137 463. 1 kPa; 編號(hào) 36 的管點(diǎn)彎曲應(yīng)力最 大，為 77 726. 39 kPa; 管 點(diǎn) 165 軸 向 應(yīng) 力 最 大， 為56 209. 53 kPa。溫度荷載作用下二次應(yīng)力分布結(jié)果: 管點(diǎn)

27、109標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力最大，為 5 753 025 kPa; 管點(diǎn) 121 彎曲應(yīng)力最大，為 43 297. 57 kPa; 管點(diǎn) 165 軸向應(yīng)力最大，為23 389. 36 kPa。表 5 溫度荷載作用下的局部靜態(tài)分析結(jié)果Table 5 The partial results of static analysis under temperature load 軸向應(yīng)力彎曲應(yīng)力環(huán)向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力許用應(yīng)力/ kPa/ kPa/ kPa/ kPa/ kPa23 389. 40. 00. 023 389. 416521 634. 263. 20. 021 697. 5105管點(diǎn)管點(diǎn)說(shuō)明165直管段105 彎

28、頭附近 109 彎頭附近 19 923. 2 14 922. 1 0. 034 845. 3109 表 6 靜態(tài)地震荷載下的局部一次應(yīng)力分析結(jié)果Table 6 The partial results of analysis under the static seismic load軸向應(yīng)力/ kPa彎曲應(yīng)力/ kPa環(huán)向應(yīng)力/ kPa標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力/ kPa許用應(yīng)力/ kPa比值/%33 085. 92 422. 0114 478. 9102 641. 7322 674. 63232 927. 489 072. 1114 478. 9170 623. 6322 674. 65335 498. 01

29、367. 0114 478. 9101 799. 1322 674. 63235 959. 2771. 0114 478. 9101 564. 4322 674. 631管點(diǎn)管點(diǎn)說(shuō)明33彎頭附近36直管段119彎頭附近120彎頭靜態(tài)地震荷載作用下一次應(yīng)力分布結(jié)果: 管點(diǎn)36 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力最大，為 171 128. 8 kPa; 管點(diǎn) 36 彎曲應(yīng)力最大，為 89 072. 09 kPa; 管點(diǎn) 120 軸向應(yīng)力最大，為 35 959. 21 kPa。從應(yīng)力分布結(jié)果可看出，該工程穿越管道靜態(tài) 分析的應(yīng)力結(jié)果全部滿足 ASMEB31. 8 的要求。當(dāng) 地震加速度峰值為 0. 1 g 的地震荷載作用于管

30、道 時(shí)，管道的應(yīng)力提高了 7. 25% 左右，仍然滿足 ASME B31. 8 的要求，管道依然能正常工作。注明: 持續(xù)荷載工況包括管道及其附件重量、介 質(zhì)重量、壓力荷載、靜水壓力、土壤荷載的作用; 操作 條件指持續(xù)荷載和溫度荷載的組合; 溫度荷載作用 指溫度荷載的單獨(dú)作用，不含其余荷載的作用; 靜態(tài) 地震荷載作用為地震荷載與持續(xù)荷載的共同作用。參 考 文 獻(xiàn)1 國(guó)家建設(shè)部 . GB 503162000，工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 北京: 中 國(guó)方案出版社，2000The national Ministry of construction. GB 503162000，Code for de- sig

31、n of industrial metallic piping Beijing: China Planning Press，20002 The American Society of Mechanical Engineers. ASME B31. 42021 pipeline transportation systems for liquid hydrocarbons and other liq- uids New York: ASME，20213 The American Society of Mechanical Engineers. ASME B31. 82021 gas transpo

32、rtation and distribution piping systems New York: ASME，20214 國(guó)家建設(shè)部 . GB 504232007，油氣輸送管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī) 范 北京: 中國(guó)方案出版社，2007The National Ministry of Construction. GB 504232007，Code for design of oil and gas transportation pipeline crossing engineering Bei- jing: China Planning Press，20075 國(guó)家建設(shè)部 . GB 504702021

33、，油氣輸送管道線路工程抗震技術(shù) 標(biāo)準(zhǔn) 北京: 中國(guó)方案出版社，2021The National Ministry of Construction. GB 504702021，Oil and gas pipeline route engineering technical specification Beijing: China Planning Press，20216 唐永進(jìn) . 壓力管道分析( 第二版) 北京: 中國(guó)石化出版社，2021 Tang Yongjin. Analysis of pressure pipeline ( the second edition) Beijing: Sin

34、opec Press，20217 大崎順彥 . 地震動(dòng)的譜分析入門 北京: 地震出版社，2021 Nobuhiko O. Spectral analysis of earthquake ground motion Beijing: Seismological Press，20218 劉鴻文 . 材料力學(xué)( 第二版) 北京: 高等教育出版社，1982Liu Hongwen. Mechanics of materials( the second edition) Beijing: Higher Education Press，198222科 學(xué) 技 術(shù) 與 工 程14 卷9 劉仕鰲，蒲紅宇，劉書文

35、，等 . 埋地管道應(yīng)力分析方法 油氣儲(chǔ)運(yùn)，2021; 31( 4) : 274278，327，328Liu Shiao，Pu Hongyu，Liu Shuwen，et al Stress analysis of buriedpipeline Oil and Gas Storage and Transportation，2021; 3( 4) : 274278Stress Analysis of iver-crossing Pipeline in Seismic BeltLI Jia-jun1 ，CHU Fei-xue1 ，TANG Dao-lin2( Civil Aviation Univer

36、sity of China1 ，Tianjin 300300，P China; China University of Petroleum ( Hua Dong) 2 ，Qingdao 266580，P China)Abstract In recent years，earthquake disasters take place frequently at home and abroad，as an energy source arteries，long distance oil and gas pipeline is faced with an unprecedented security h

37、idden danger. According to the complexity of the river crossing pipelinesloading conditions in the seismic belt，this paper analyzes the load type which should be considered in the stress analysis and the main analysis method of seismic load，the stress analysis model and the simplified method of boun

38、dary conditions is presented. In order to get the stress distribution，stress analysis was studied for the practical project with using CASEAII，refers to it for the technical personnelKey words seismic belt crossing pipe stress analysis檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸( 上接第 16 頁(yè))mining pressure firstly Ground Pressure and Strata Control，2005;2: 17183 董洪生 . 山體賦存煤層原巖應(yīng)力分布規(guī)律 能源技術(shù)與管理，2021; 10( 6) : 1416Dong H S. The original rock stress distribution law in subsequent oc- currence of coal seam Energy Technology and Man