导　　师： 马小明

授予学位： 硕士

作　　者： (）;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 我国天然气管道运输得到了快速发展,但受场地地质条件限制,许多管道铺设在软土地基上,由于这种地基承载力低,容易产生不同程度的非均匀沉降,从而对管道的安全运行构成严重的威胁。由于天然气具有易燃、易爆的特性,天然气管道失效容易引发火灾、爆炸等事故,为保障管道安全运行,对场地非均匀沉降下天然气管道应力状态与安全对策措施开展研究,具有实际工程意义。本文主要工作如下:(1)以某天然气分输站进站管道为研究对象,应用弹性地基梁理论与结构力学建立了管道的力学分析模型。采用解析法对场地非均匀沉降下管道进行了受力分析,得出了管道沉降条件下的附加应力表达式。(2)建立了分输站管道管土相互作用模型,采用ABAQUS软件分析了管道参数、土壤物理性能对管道应力的影响程度,研究不同场地沉降状态下分输站管道应力变化规律。结合有限元计算结果,采用MATLAB软件拟合出管道最高Mises应力与场地沉降区域长度、最大沉降位移之间的关系公式,用于预测管道在不同沉降状态下的最高Mises应力水平。(3)基于管道轴向应力分析给出场地非均匀沉降下管道附加轴向拉应力阈值171.3MPa,轴向压应力阈值-148.5MPa,制定了管道附加应力多级预警准则,提出了针对性的管道安全防护措施。(4)采用电阻应变法对分输站进站管道关键部位进行管道应力测试试验,验证了管道应力有限元分析的准确性,得到非均匀沉降作用下管道附加应力水平。其中,轴向附加应力最大值114.9MPa、环向附加应力最大值142.0MPa。结合管道应力有限元分析与实测结果,对高应力区域提出整改方案并加以实施,管道整体附加应力水平降低,管道处于安全状态。本文研究成果为场地非均匀沉降作用下管道应力分析与预警防护提供重要依据。

关 键 词： 天然气管道 非均匀沉降 应力分析 应力测试 有限元计算

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