摘 要：近幾年隨著城市化的推進和發(fā)展，促進了眾多輸氣管道工程項目的開展與建設(shè)。與此同時由于地面建設(shè)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(guān)鍵詞：管道；荷載；安全性

在日常的生產(chǎn)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(fā)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(chǎn)安全。文章從力學(xué)的角度出發(fā)，結(jié)合安全學(xué)科就埋地輸氣管道的安全性進行研究，提出相應(yīng)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(fā)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(yīng)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(shù)設(shè)置

1.1 管道參數(shù)

文章的在役輸氣管道設(shè)計壓力為7.50MPa，管道規(guī)格為φ813× 11.9 L485鋼管，在役管道主要參數(shù)見表1。

1.2 土體性質(zhì)參數(shù)

文章依據(jù)相關(guān)的工程材料數(shù)據(jù)并參照相關(guān)文獻進行綜合分析[5-7]，對土體性質(zhì)的相關(guān)參數(shù)進行設(shè)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(chǔ)上，假定不考慮在役埋地管道的總長度，以平面應(yīng)變方式進行單元模擬。根據(jù)總體結(jié)構(gòu)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(jù)上述表格首先創(chuàng)建了關(guān)鍵點，然后依次根據(jù)關(guān)鍵點創(chuàng)建線，根據(jù)邊界定義條件建立埋地管道的幾何模型。

2.2 網(wǎng)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(guān)的設(shè)置，根據(jù)需要選擇埋地管道的網(wǎng)格尺寸，針對模型進行網(wǎng)格劃分。

2.3 施加約束和載荷

根據(jù)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(jié)果的準確性[10]。

2.4 瞬時數(shù)值模擬

在數(shù)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(cè)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(yīng)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(chǎn)生的有效應(yīng)力圖，有效應(yīng)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(yīng)力小于輸氣管道的屈服強度485MPa，輸氣管道未發(fā)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(fā)現(xiàn)，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(chǎn)和生活中，應(yīng)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(nèi)，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(xué)性狀分析[D].浙江大學(xué)，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(xué)學(xué)報：自然科學(xué)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(xué)響應(yīng)的數(shù)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(xué)性狀分析[D].浙江大學(xué)，2006.

[6]蔣錄珍.動荷載作用下地下管道破壞的數(shù)值模擬[D].河北理工大學(xué)，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(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2007，1：48-51.

[8]王直民.交通荷載作用下埋地管道的力學(xué)性狀研究[D].杭州：浙江大學(xué)，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(xué)，2004.

[10]孫超.ANSYS軟件在非開挖鋪設(shè)給排水管道中的應(yīng)用研究[D].成都：西南交通大學(xué)，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(shù)及工程。