燃气桥管结构若干设计问题研究

摘要

管道跨越结构是一种特殊的管道结构，其安全问题是整个管线安全问题的重要组成部分。影响管道跨越结构可靠性的因素包括荷载作用、结构参数、工作环境和工作状况等。本文对城镇燃气系统中常见的管道跨越结构即梁式桥管结构的几个关键问题进行了研究，包括梁式桥管结构在自然补偿情况下的静力性能分析，波纹管补偿器在运行状态下的应变和位移监测以及梁式桥管结构地震反应的数值模拟。主要研究内容如下： ⑴对梁式桥管结构静力性能进行分析，以典型的单跨梁式桥管结构为例，研究其在自然补偿情况下的应力情况，分析影响允许跨度的主要因素。研究发现，内压产生的环向应力将直接影响桥管的允许跨度。同时，运用有限元软件ANSYS对桥管弯管应力进行精细化分析。 ⑵借助于监测手段，对桥管模型中的波纹管在运行状态下波峰波谷处的应变和位移进行试验研究，分析波纹管受温度和内压作用的影响程度。 ⑶利用大型有限元软件ANSYS对梁式桥管结构地震反应进行数值模拟。将管线周围土体简化为非线性弹塑性弹簧，采用PIPE单元对管线结构进行离散，依据管线与土体系统平衡的有限元方程，计算土弹簧模型下梁式桥管结构的应力和应变。通过具体的算例，定量计算分析了不同参数如桥管跨度、管径、肇厚以及弯管曲率半径对梁式桥管结构在强震作用下反应的影响程度，寻找其敏感因子。根据计算结果得出桥管在地震波作用下的基本反应规律，比如发现桥管应力以弯曲应力为主，在水平双向地震波作用下桥管最大应力和应变都发生在跨中截面等，得出了一些有意义的结论。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2管道跨越结构类型

1.3国内外研究现状

1.3.1地下管线在地震波作用下的反应

1.3.2地下管线在活动断层作用下的反应

1.3.3竹道跨越结构研究现状

1.4本文研究课题的提出

1.4.1问题的提出

1.4.2本文主要研究工作

第2章燃气桥管结构的静力特性分析

2.1引言

2.2梁式桥管结构的力学模型

2.2.1建立力学模型

2.2.2温度荷载分析

2.2.3确定弹簧刚度

2.3梁式桥管结构的应力分析

2.3.1计算原理

2.3.2梁式桥管结构在自重和温度作用下的应力分析

2.3.3梁式桥管结构在内压作用下的应力分析

2.3.3梁式桥管结构存沉降差作用下的应力分析

2.4确定梁式桥管结构允许跨度

2.4.1强度控制

2.4.2刚度控制

2.4.3确定桥管允许跨度

2.5弯管应力的有限元分析

2.5.1参数选取

2.5.2有限元计算模型

2.5.3计算结果与分析

2.6本章小结

第3章燃气桥管波纹管监测的试验研究

3.1引言

3.2监测方案

3.2.1测点布置

3.2.2仪器介绍

3.2.3工况设计

3.3监测数据处理与分析

3.3.1监测数据校核

3.3.2肓板力引起的波纹管伸缩量计算

3.3.3波纹管峰值点的应变监测

3.3.4波纹管的温度监测

3.3.5波纹管壁厚复核

3.4波纹管改善措施

3.4.1材料

3.4.2疲劳寿命设计

3.4.3安装质量

3.5本章小结

第4章梁式桥管结构有限元建模

4.1引言

4.2管土相互作用模型

4.2.1土弹簧模型建立

4.2.2土弹簧单元选取

4.3管线模型

4.4边界条件

4.5时程分析

4.5.1时程分析的基本理论

4.5.2时程分析中的阻尼

4.5.3地震波选取

4.5.4地震波输入

第5章梁式桥管结构地震反应分析

5.1引言

5.2基本资料

5.2.1基本资料

5.2.2计算工况

5.3有限元模型的建立

5.4计算结果及分析

5.4.1管线应力分析

5.4.2计算结论

5.5影响因素分析

5.5.1加速度峰值的影响

5.5.2跨度的影响

5.5.3管径的影响

5.5.4管道壁厚的影响

5.5.5弯管曲率半径的影响

5.5本章小结

第6章结论与展望

6.1结论与建议

6.1.1结论

6.1.2设计建议

6.2展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果