断层作用下埋地管道应变计算及可靠性分析

摘要

我国是一个地震多发国，而管道作为生命线工程的重要组成部分不可避免会穿越强震区、活动断层区等典型地质灾害区。这些自然灾害会导致管道易产生过量变形而失效破坏，从而造成重大的经济损失和人员伤亡。本文主要对跨断层埋地管道产生的变形应变等进行分析研究，利用有限元软件对不同情况下埋地管道的可靠度进行计算，得出较为完善的安全评价方法，从而为跨断层埋地管道设计和安全评价提供一定的参考依据。基于此，本文主要进行的工作有如下几点： 首先，对不同的应变设计准则进行对比分析，对可靠性分析的计算和基本理论进行研究，确定可靠性分析的方法。对管道极限应变的计算进行总结分析，得出具体的计算公式。结合可靠性理论及应变设计准则，建立埋地管道应变可靠性模型。 其次，本文利用有限元软件对建立的管土相互作用有限元模型进行分析研究，计算分析了断层参数、管道几何参数等因素对跨断层埋地管道轴向最大应变及管线上轴向应变分布的影响规律。分析中发现，断层位错达到一定值时，由于管道受压侧应变集中、出现褶皱导致管道轴向压缩应变会剧增，压缩应变极大，且受压侧会由于应变集中先发生屈曲。 本文还对不同条件下的管道进行了可靠度计算。分析了各随机变量变异系数及类型的选取对可靠度计算结果的影响，也对管线上可靠度的分布进行了分析和研究。一般情况下，在定值即随机变量均值计算中出现最大轴向应变的位置处附近的可靠度最低，最容易破坏。在可靠性分析中，随机变量的减少会使得计算所得可靠度在一定程度上有所提高，且断层地质相关变量对管道应变可靠度影响更大。在计算中，为确保安全，需要充分考虑管道、地层相关参数，尤其是断层相关参数，以计算得到更为安全可靠的结果。 利用Visual Basic编程语言，编制了基于有限元软件计算的交互软件，提高了较大规模计算情况下的计算效率，也为不熟悉有限元软件的工程技术人员提供一定的便利。

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