动荷载作用下地下管道破坏的数值模拟

【摘要】： 本文主要是应用有限元分析软件ADINA对地下管道在动荷载作用下的破坏进行数值模拟。文中分析了地下管道破坏的控制因素,探讨了考虑复杂场地条件和断层情况下的地下管道破坏分析有限元三维建模,并在计算中考虑了管内流体与管道的耦合作用。 考虑到场地和管道间的相互作用,在ADINA三维有限元建模过程中,应用布尔操作实现场地与管道间的几何融合,并通过管土摩擦解决场地与管道间的物理接触问题。由于断层对管道破坏的重要性和特殊性,对跨断层地下管道的破坏做了深入分析。在有限元三维模型建立中考虑的因素有:管道自身参数如管道埋置深度、管壁厚度、管径、管道材料等;岩土材料参数如土体类型、岩土的内摩擦角、管土相互作用等;断层考虑有断层类型,断层断距,断层错动距离,断层与管道的交角,断层材料的考虑等;荷载分别考虑静荷载,动荷载,其中动荷载包括线性位移加载、地震力加载和地震波加载等。依据计算结果分析了各因素对地下管道破坏的影响,并得出几点结论:管土摩擦系数较大情况下,管道破坏较轻;地下管道在穿越断层时,管道宜浅埋,并选取大管径、壁厚的管道;应尽量避开断层错动较大的位置,并选取合适的管道穿越断层角度;在受动荷载作用时,管道在断层两侧受压区先破坏,故在断层两侧要进行特殊处理进行防护。 在考虑管内介质及流速的情况下,应用ADINA中流体-结构耦合分析求解器ADINA-FSI分析了固液耦合作用下地下管道的破坏情况。管道内部的输送介质对管道破坏影响也很大,管内介质的流态、温度、压力变化、流速等对管壁变形和应力分布都有影响,故管道内流体和管道间的耦合分析对地下管道破坏分析很重要。管道内输送介质密度和流速越大,管道越易破坏,故在地下管道设计中应充分考虑管内介质的密度与流速。