作者：刘铭刚1,2, 杨秀娟1,2, 闫相祯1,2, 韩思旻1,2, 樊苏楠1,2
作者单位：1. 中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院, 山东 青岛 266580;
2. 中国石油大学(华东)油气CAE技术研究中心, 山东 青岛 266580
关键词：工程力学;管土耦合模型;管道应变设计;完整性;埋地管道
摘要：
基于应变的管道设计方法是利用位移控制思想实现管道的极限状态设计，是管道设计的发展方向。考虑材料非线性和载荷非线性建立管-土耦合模型进行基于应变的管道设计，以设计应变作为可靠度评价指标，建立埋地管道可靠度评价分析模型，通过对不同断层参数和管道参数的分析，得出定量的管道可靠度结果。结果表明：管道的轴向最大拉伸应变和轴向最大压缩应变随断层错距与土壤内摩擦角增大而增加；壁厚、径厚比、埋深对跨断层埋地管道极限应变状态影响很大，参数敏感性最大的是径厚比；敏感性分析的结果可以作为埋地管道完整性评价模型的状态变量。研究结果可为跨断层埋地管道完整性评价及管道安全测试方法提供思路参考。
Strain design analysis method of buried pipeline based on multiple nonlinear pipe-soil coupling model
LIU Minggang1,2, YANG Xiujuan1,2, YAN Xiangzhen1,2, HAN Simin1,2, FAN Su'nan1,2
1. College of Pipeline and Civil Engineering, China University of Petroleum, Qingdao 266580, China;
2. Oil and Gas CAE Technology Research Center, China University of Petroleum, Qingdao 266580, China
Abstract: Strain analysis method for pipeline is a limit state design way base on displacement control theory which can be the new direction of pipeline design. Taking designed strain as reliability evaluation index and considering the material nonlinearity and load nonlinearity and different parameters of the fault and pipe, pipe-soil coupling model based on strained pipeline design is established and quantitative reliability result of pipeline is proposed. The result shows: The maximum axial tensile strain and compressive strain rises as the staggered distance and internal friction angle of soil grows; Wall thickness, radius to thickness ratio and buried depth of the pipe have great influence on the strain of buried pipeline at crossing-fault and the radius to thickness ratio has the greatest parameter sensitivity; The results of sensitivity analysis can be used as the state variables of the integrity assessment of pipeline. The studying conclusions can provide ideas and reference for the integrity assessment of crossing-fault buried pipeline.
Keywords: engineering mechanics;pipe-soil coupling model;pipeline strain design;integrity;buried pipe
2016, 42(7): 9-14 收稿日期: 2015-11-22;收到修改稿日期: 2016-1-7
基金项目: 国家自然科学基金项目（51274231，51374228）；国家自然科学基金-石化联合基金项目（U1262208）；CNPC重点实验室课题（2014A-4214）；中央高校基本科研业务费专项资金（15CX06067A）
作者简介: 刘铭刚(1990-),男,博士研究生,研究方向为油气工程力学、机械强度及可靠性。
参考文献
[1] Oil and gaspipeline systems:CSA Z662-2003[S].Canadian Standards Association,2003.
[2] 刘爱文. 基于壳模型的埋地管线抗震分析[D]. 北京:中国地震局地球物理研究所,2002.
[3] 刘冰,刘学杰,张宏. 以应变为基础的管道设计准则及其控制因素[J]. 西南石油大学学报(自然科学版),2008,30(3):143-147.
[4] 刘冰,刘学杰,张宏,等. 基于应变的管道设计准+则[J]. 天然气工业,2008,28(2):129-131.
[5] 刘学杰,孙绍平. 地下管道穿越断层的应变设计方法[J].特种结构,2005,22(2):81-85.
[6] 余志峰,史航,佟雷,等. 基于应变设计方法在西气东输二线的应用[J]. 油气储运,2010,29(2):143-147.
[7] 韩冰,王芝银,吴张中,等. 基于应变理论在采空区管道失效分析中的应用[J]. 中国石油大学学报(自然科学版),2012,36(4):134-138.
[8] 王海霞,范玮. 在役输气管线的完整性评价方法[J]. 管道技术与设备,2008(3):4-5.
[9] 付小方. 天然气输送管道风险评价与完整性评定[D]. 广州:华南理工大学,2011.
[10] 钱成文,刘广文,高颖涛,等. 管道的完整性评价技术[J]. 油气储运,2000(7):11-15.
[11] 孙建宇. 输气管道完整性管理简介[J]. 石油库与加油站,2009,18(3):14-17.
[12] 张骏华. 结构可靠性设计与分析[M]. 北京:宇航出版社,1989.
[13] 盛骤,谢式千,潘承毅. 概率论与数理统计[M]. 北京:高等教育出版社,1989.
[14] 刘惟信. 机械可靠性设计[M]. 北京:清华大学出版社,1996.
[15] Ansys Incorporated. Ansys Release Document[Z]. Ansys Help.
[16] The American Society of Civil Engineers. Guidelines for the design of buried steel Pipe[M]. American Lifelines Alliance,2001:57.
