考虑双向流固耦合的洪水作用下穿越河流管道力学行为分析

为了解决洪水作用下穿越河流管道单向流固耦合未考虑管道对洪水影响而导致结果不准确的问题,提出洪水-管道双向流固耦合有限元计算模型,基于该模型开展不同因素下管道应力、位移和振动频率的力学行为分析。研究结果表明:管道应力、位移与洪水流速、悬空长度呈强正相关,管道存在屈服破坏和变形破坏的风险,且输油管道尤其明显;管道涡激振动频率与洪水流速、悬空长度呈强相关,这2个因素增大导致管道共振风险增大,且输气管道尤其明显;涡激振动引起的交变荷载导致管道累计损伤,管道存在疲劳破坏的风险。因此,管道设计时应采取预防性措施以应对洪水灾害,特别关注洪水流速、悬空长度和输送介质的影响,以避免管道发生破坏。研究结果对穿越河流管道的安全评价及可靠性研究具有参考价值。

穿越河流管道环焊缝裂纹缺陷安全性研究

穿越河流管道容易发生裸露悬空,管道的环焊缝是薄弱环节,极易发生断裂失效。为了保障穿越河流天然气长输管道环焊缝安全性,以某穿越河流输气管道悬跨段为研究对象,分析悬跨段管道所受复杂应力情况,建立管道局部悬跨段及管土相互作用的简化力学模型;基于非线性有限元法,创新性地使用连接器建立管土非线性耦合单元,建立穿越河流含裂纹缺陷管道环焊缝模型,得到悬跨管道的应力、应变等分布情况和以J积分为表征的裂纹驱动力,并结合BS 7910-2019《金属结构中缺陷可接受性评估方法指南》验证其准确性;在此基础上,考虑管道屈服强度、焊缝匹配系数、内压及土壤承载力参数,采用单因素敏感性分析法,识别各参数条件对管道J积分的影响规律,得到影响管道环焊缝裂纹起裂的关键因素。研究结果可为复杂应力作用下穿越河流管道环焊缝安全运行提供参考。

跨河桥梁防洪风险分析研究

合肥市是全国31个、全省5个的重点防洪城市之一。为做好城区南淝河河道超标洪水情况下的重点跨河桥梁防洪应急工作,确保跨河桥梁处于安全受控状态,首先对合肥市进行近70年来的降雨特性分析及洪水规律分析;然后对跨河桥梁防护设施进行风险调查;最后进行3座重点跨河桥桥址处的水文要素调查分析、防洪空间状态分析及洪水状态下的受力分析。最终确定桥梁是否满足防洪设计要求。研究结果可为类似的跨河桥梁防洪风险分析提供参考。

机动管道河流穿越受力分析

与固定管道不同,机动管道属临时性设施,完成特定运行后将被拆除或转移,以适于军用或民用需要。机动管道穿越河流时有两种穿越方式,分为水面穿越和水底穿越,穿越时管道一般不加保护层或套管。由于机动管道的河流穿越施工方式与固定管道不同,因此机动管道的受力状态也有别于固定管道,为此进行了受力状态的分析和计算,给出了机动管道水面和水底穿越时各自适用的条件和范围,可供设计和施工参考。

穿越活动断层埋地管道的应变分析

文中系统回顾了穿越活动断层埋地管道研究的历程,并分析比较了各种方法的特点、适用范围与不足,通过采用Newmark-Hall法和Kennedy法对管道应变进行了计算,并分析了不同参数对管道应变的影响程度,考虑埋地管道安全性以及建设的经济性,建议埋地管道敷设时以50°～80°穿越断层、管道埋深控制在1 m以内,最后针对当前的研究现状,提出对今后穿越活动断层埋地管道研究的建议和看法。

西气东输管道长江穿越水上钻探工艺

在西气东输管道长江穿越工程中,由于江水水深流急,流态紊乱,不利于水上钻探,因此,对钻探工艺的合理性进行了分析,分析结果表明,采取恰当合理的钻探平台形式、定位措施、套管安装技术和钻探方法等,可有效应对各种复杂情况,顺利实施水上钻探。

木龙河悬索跨越的安全性分析

介绍了木龙河悬索跨越结构,并对其各锚固点高程及主索吊索索力、风索拉索索力和背索索力进行了测量、校核计算和安全性分析。结果表明,木龙河悬索跨越桥主索索力及其吊索和风索拉索索力符合规范要求,在测量状态下是安全的,同时对其钢桁架梁存在一定程度的扭转变形,风索主索锚固端处有16.147°偏差,风索主索端部锚具件中的连接螺栓存在安全隐患等问题,提出了应进行及时整改的建议。

黄河定向钻穿越事故分析

定向钻穿越河流是一种比较先进的施工方法。采用合适的钻进工艺,可以穿越许多类型的地层,有较宽的适用范围。但穿越的成功与否要受到许多客观条件的影响,如钻进工艺,泥浆性能与地质条件的适应性,操作人员的素质,设备能力的大小等。从某工程黄河穿越的多次受挫过程分析发现以上条件的重要性,据此提出不同地层条件下所适合钻进工艺的建议。

城市管线过河方案设计探讨

通过介绍目前城市管线过河的常用方法,并进行对比分析,得出安全、合理和经济的管线过河方案,可为实际工程提供参考。

基于ANSYS模型的堤防渗流稳定研究

为了研究管道穿越工程对河道堤防产生的影响,利用ANSYS软件中的渗流场分析功能,对堤防土层进行渗流分析计算,分析管道穿越工程施工对堤防工程基础土层产生的扰动影响,对原土体密实度的影响,是否会沿管体周边形成渗流通道,从而影响堤防的结构稳定。

河流穿越施工的环境风险分析研究——油气管道大开挖及河流穿越

针对油气管道大开挖河流穿越施工影响周边环境问题,在分析大开挖河流穿越施工对空气环境、水环境、声环境、生态环境风险的基础上,以某条输气管道大开挖穿越河流部分为例,建立了环境风险影响评价指标,采用了一种改进的灰色关联分析法确定了大开挖河流穿越施工造成的环境风险影响因素权重,得出该类型施工对环境影响的主要风险因素,并提出了相应的降低环境影响的风险控制措施。

勐岗河大型悬索跨越管道成桥状态下非线性静力有限元分析

云南楚雄—四川攀枝花天然气管道工程勐岗河悬索跨越管道因采用了一跨过河的方式架设,其在清管时产生的变形和应力不可忽视,为了获取清管动力响应特性的初始条件,需要先进行成桥状态下的非线性静力有限元分析。为此,首先基于ANSYS Workbench软件建立了1∶1的仿真模型;然后分析了存在一定起拱高度时,跨越结构在自身重力作用下各部分的应力大小;最后通过对跨越管道施加不同的静载荷,计算了管道的应力和位移并进行了校核。研究结果表明:①所建存在一定起拱高度的跨越结构仿真模型在自身重力作用下的应力与位移均低于许用值,并且与现场测试数据偏差较小;②试压工况下,管道最大应力位置出现在南岸桥面管道开始起拱处而非跨中部;③随着施加载荷的增加,管道的最大应力和位移也不断增大,但整体位移变化较小而应力最先达到许用应力值;④受起拱高度的影响,跨越管道在外载荷作用下各部分的位移变化和极限应力出现的位置均存在着特殊性。结论认为,该研究成果为后续同类型的跨越结构清管动力响应研究奠定了基础。

某穿越长江输油管道工程中河床冲刷深度计算

河道冲刷深度是过江油气管道埋深设计的关键参数,管道埋深过浅,水流冲刷有可能使管道暴露,形成安全隐患;管道埋深过大,则将造成投资浪费。以长江上某过江油气管道为例,在分析实际河道地质与水文条件的基础上,利用目前常用的河道冲刷计算公式计算了河道冲刷深度,并对计算结果进行了比较,最后依据当地的实际情况,确定了河道的设计冲刷深度。

管道穿河埋深综合判定

管道穿河的埋深问题一直是岩土工程勘察的重点问题,埋深过浅会导致洪水来临时,管道被冲刷露出,造成安全问题;埋深过深会增加不必要的经济浪费。但是对于埋深计算,一直没有相关规范出台,实际应用中多是相关经验公式粗略估计。这些经验公式常由于假设或使用条件的限制,存在较大的差异。在综合考虑各公式计算前提的基础上,评判该前提条件对计算结果的影响,并依此锁定埋深计算的上下限之间的差值,为最终可靠的断定埋深提供了重要的参考。

多体耦合的长大弯曲型过江管道沉放系统施工过程数值分析及方案对比

针对多体耦合的长大弯曲型过江管道沉放系统进行沉放施工时,过多的履带吊和驳船数量会大幅度增加施工难度、提高施工成本的问题,提出一种基于全耦合的时域分析方法,结合管道、Winch、6Dbuoy和Shape等理论,利用大型水动力分析软件OrcaFlex建立各沉放方案在沉放过程中的数值分析模型:首先利用现场实测结果与现场施工沉放方案的数值模拟结果进行对比,验证了本数值模拟方法的准确性;然后对现场施工沉放方案和两种优化方案进行方案比选,对比各方案在沉放过程中管道的动力响应、应力分布、锚索和吊缆张力,并进行各方案关键参数敏感性对比分析;最后提出了相应的施工建议。

基于Marc数值仿真软件的过江隧道盾构施工影响分析

为了更好地研究过江隧道盾构时对周围环境的影响,文章以武汉长江隧道为例,采用Marc数值仿真软件探讨不同水深下管片的结构内力变化规律。结果表明,随着水深的增加,管片所受的弯矩和轴力都在增加,并且在水深40 m的环境下,管片所受的弯矩和轴力增幅最大。同时,研究了隧道盾构中多个因素对地表沉降的影响,明确了不同施工环境下地表沉降的允许值。

多浮体耦合的长大过江弯管系统沉放过程动力响应数值仿真分析

过江管道在沉放过程中的动力响应直接影响管道的水下定位、沉放安全性及稳定性等,研究沉放过程中过江管道沉放过程水动力行为具有重要工程价值,可以降低施工风险、提高工程安全可靠性。以南宁市邕江过江管道工程水上施工过程为研究背景,对长大弯曲型管道沉放过程中多个浮体之间的复杂耦合作用、整体沉放系统复杂的动力特性进行了研究。研究应用非线性时域动力分析方法、莫里森水动力理论、水动力多体耦合理论、长大弯管理论等,借助OrcaFlex软件,建立了考虑多体耦合的长大弯曲型过江管道沉放过程水动力数值仿真分析模型。基于数值仿真模型,运用全耦合方法,进行系统时域仿真计算分析,获取了计算工况下沉管过程管道的动力响应和锚索及吊缆的受力时域图像。对影响沉放过程动力表现的关键施工变量,如气囊放气和管道下放的配合、气囊放气时间、吊缆预张力等进行了参数敏感性分析,根据数值模拟结果提出了施工安全性控制技术及施工建议。

河流穿越管道冲刷裸露段安全评估方法

河流定向钻穿越管道受到洪水冲刷,可导致管道穿越段裸露于河床之上,甚至悬空,引起管道失效。研究管道在水动力作用下从开始裸露到发生疲劳破坏整个过程的破坏机理,从侧向稳定性、强度失效及悬跨疲劳分析3个层面,提出受冲刷裸露管道安全评估方法。利用该方法对两条实际管道进行安全评估,并提出了有针对性的解决方案,结果表明:实例1中受冲刷裸露管道的最大等效应力为176 MPa,小于管材的最小屈服强度,且未发生悬空,管道处于安全状态;实例2管道裸露期间,洪水对管道的冲刷时间超过了其疲劳寿命,管道无法继续运营。研究成果为受冲刷管道的安全评估与更换方案制定提供了理论支持与依据。

河流穿越段水流冲刷作用下输气管道应力分析

河流穿越段输气管道在不同环境介质作用下易产生弯曲变形,是威胁管道运行安全的重要隐患。对河流穿越段不同环境介质作用下的输气管道进行应力分析,建立漂浮管段静力学分析物理模型,运用ANSYS软件对漂浮管段应力分布进行模拟,得到管道应力与应变分布情况,并讨论管道内压和水流速度对不同管径管道最大应力的影响及其变化规律。研究结果表明:管道内压或水流流速的增加会使管道受到的最大应力增加,且随着管道内压或流速的增大,管道最大应力的增长速度也变快;在流速或管道内压不变的情况下,随着管径的增加,管道受到的最大应力增大。(图9,表2,参20)