纵向穿越滑坡地段化肥专用管的应力分析-合金钢管-合金弯头管件-三通-异径管-弯管-管帽

纵向穿越滑坡地段化肥专用管的应力分析

发表时间：2020-05-22 10:35:49

根据建立模型求解得到未滑坡时埋地管道的Mses应力云图。可以看出，未发生滑坡时，化肥专用管的***等效应力发生在弯管处，其值为972MPa，远小于X70钢的最小屈服强度485MPa。与应力分布类似，***应变同样发生在管道弯管处，同样远小于X70钢塑性变形开始点的应变值E1（0.0023）。分析可知，未发生滑坡作用时，管线的***应力应变均出现在弯管处，说明弯管是应力危险截面处，但远未达到危险工况。

从 CAESARⅡ软件输出的***应力结果可以看出，***Mses应力同样出现在弯管处，应力值为1066MPa，远小于X70钢的最小屈服强度485MPa可以看出在未滑坡情况下化肥专用管并未发生屈曲，属于弹性变形范围内，CAESARⅡ软件无法输出应变。

将 ANSYS软件计算得出的应力、应变结果与CAESARⅡ软件进行对比，可以看出 CAESARⅡ软件计算得出的应力、应变值均大于 ANSYS软件的计算值，由此可见， CAESARⅡ的应力与位移计算结果均趋于保守，在实际的管道应力分析中可以使用，但对分析结果可以进行更为详尽的分析和考虑，而ANSYS软件处理非线性问题更准确。因此，后续的应力影响因素分析中均采用 ANSYS软件进行计算。

边坡部分岩、土体沿着先前存在的地质界面，或新形成的剪切破坏面向下滑动的过程，称为滑坡。在油气管道工程中，滑坡通常由降雨诱发，随着土体含水率的增加，土壤的黏聚力显著下降，同时土壤密度或容重又增大，滑坡体和非滑坡段土体之间的摩擦系数因雨水的润滑作用而降低。纵向滑坡作用下，管线上部受拉伸作用，下部受挤压作用，这可能会造成管道的局部屈曲变形，也有可能摩擦应力和覆土压力的综合作用下使管发生拉断或压裂。使用ANSYS软件模拟纵向滑坡作用下埋地化肥专用管的响应，分析不同变量因素对管道应力的影响，主要参数包括：

①滑坡体的位移量；

②管道外径；

③管道壁厚；

④滑坡体土壤性质。

由于发生了滑坡作用，土体材料发生了本质改变，滑坡段土体材料参数如表4所示。使用 ANSYS软件建立有限元模型进行非线性求解后，滑坡体位移量与管线等效应力和应变峰值之间的关系曲线。可以看出，随着滑坡体位移量的增加，管道*** Mises应力应变都呈近似线性上升趋势。这说明滑坡越剧烈，土体对管道施加的组合载荷越大，所以管道的应力应变随之增大。

为分析不同管径对纵向滑坡作用下埋地管道应力应变的影响，改变表1中管道的管径和弯管半径，选取管径分别为3556mm、457.0mm和559.0mm，弯管半径分别为8m、13m和17m的3种不同的管道建模型求解，得到管道*** Mises应力应变和位移与管道外径的关系曲线。可以看出，管道的等效应力与应变随管径上升而近似线性增加。从可以看出，管道的***位移量同样随管径增大而上升。因为管径增大后，管道的外表面面积增大，即管土之间的接触面面积增大，所以管道承受滑坡体的作用力更大。查看结果文件，这3种工况虽然管径不同，但管道应力、应变云图和位移云图没有明显差异，***应力应变和位移均产生在管道弯管处，且在弯管内弧侧。综上所述，在纵向滑坡地段，宜敷设小口径的管道，并且应特别注重弯管处应力集中的现象。