球状落体冲击条件下埋地管道力学响应行为

落物冲击易造成管道管体局部凹陷,一旦建设期埋地油气管道遭遇落物冲击,将对其后期安全运行产生严重影响。为了研究受冲击埋地管道的动力响应行为,以某埋深2 m(自管顶至地表)、Ø1016 mm×12.5 mm的管道为对象,基于显示动力学分析方法,建立了受球状落体冲击的埋地管道三维双重非线性动力响应分析模型,并探讨管道动力响应随不同影响因素的变化规律。研究结果表明:①随着冲击能增加,管道残余等效应力和凹陷变形深度均呈显著增加趋势,当冲击能为1525 kN·m时,管道最大凹陷深度可达名义管径的2.8%;②管道残余等效应力和凹陷变形随地基材料性能的改变而变化明显;③黏土适宜作埋地管道的地基材料,沙土最不适宜,砾石可以有效降低受冲击埋地管道的残余变形,但是对落物冲击正下方点管道的残余应力影响不可忽略。结论认为:①对于受冲击埋地管道,当管径与管壁厚度之比、埋深不变时,冲击能对管道残余等效应力和凹陷变形的影响最为明显,地基材料参数次之,管道钢材料参数则对其无影响;②在特殊地理区域,为有效提高管道的抗冲击能力,建议采用多种地基材料分层回填的方式。