橫向穿越滑坡地段石油裂化管应力分析-合金钢管-合金弯头管件-三通-异径管-弯管-管帽

橫向穿越滑坡地段石油裂化管应力分析

发表时间：2020-05-22 10:42:28

根据建立有限元模型进行非线性求解后得到其***值为150MPa，出现在石油裂化管的管壁内处，尚未达到管材屈服强度。

由软件输出的***应力结果可以看出，***Mses应力同样出现在弯管处，应力值为171.2MPa，远小于X70钢的最小屈服强度485MPa，CAESARⅡ计算得出的应力、应变值均大于ANSYS的计算值，与石油裂化管纵向穿越滑坡地段致。因此，后续的应力影响因素分析中也采用ANSYS进行计算。

与纵向滑坡相比较，管线在横向滑坡作用下受到土体的作用力更大。因为当滑坡方向垂直于管道轴向时，管道主要承受滑坡体对其施加的巨大推力和滑坡体侧端面对其施加的剪力。倘若滑坡较为剧烈，管线则很有可能发生局部屈曲变形甚至断裂。使用 ANSYS软件模拟纵向滑坡作用下埋地管道的响应，考察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内压；③管材；④埋深。

选择的管道横向敷设，滑坡地段土体材料参数，求解后得到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如图8所示。由图8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。但这说明滑坡越剧烈，土体对管道施加组合载荷越大，所以管道的应力应变随之增大。但当滑坡体位移量达到一定程度后，管道***等效应力不再增加，甚至有下降的趋势：***等效应变同样不再增加，保持平稳水平，几乎不变。此现象说明滑坡作用时管道所受的载荷并不一定是持续增加的，有可能因产生临空面等原因，导致管道一部分与滑坡体之间没有接触，所以载荷反而下降。至于应变，当管道发生塑性变形后，即使载荷撤去，但总应变波动范围很小。

同样选择的管道，改变管道内压，设定管道内压分别为6MPa、8MPa和10MPa，土体材料参数同表4.求解后得到管道***Mses应力应变和位移与内压的关系曲线。可以看出，管道***等效应力应变随内压的增加呈起伏变化趋势。当内压小于8MPa时，管道承受的等效应力逐渐增大；当内压大于8MPa时，等效应力又有明显的下降趋势。这说明石油裂化管的内压有可能会影响滑坡体对管道施加的载荷的大小，内压载荷和土体对管道施加的载荷构成的组合载荷并非是简单叠加。

在计算滑坡作用下埋地钢管的反应时，管道的应力应变状态分成弹性状态、弹塑性状态和塑性状态。改变表中的钢号，选用X65、X60两种钢材型号的管道，土体材料参数求解后得到管道*** Mises总应变与钢材的关系。可以看出，当滑坡体位移量相同时，X60钢的Mises总应变峰值始终大于X65钢。虽然《输油（气）埋地钢质管道抗震设计规范》所给出的X60钢和X65钢的弹性段弹性模量E1值为210GPa，但是在ANSYS建模过程中，管材采用多线性塑性材料模型，软件要求输入的弹性模量值，否则无法求解。X65钢比X60钢的E值稍大。因此管道应变峰值更小。综上所述，为防止管道在滑坡的作用下发生塑性变形，应当使用最小屈服强度较大的钢材，如X70钢。