[發明專利]一種不均勻地層沉降引起埋地管道縱向力學響應的確定方法

有效

• 申請號: 201910760664.0
• 申請日: 2019-08-16
• 公開（公告）號: CN110457844B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 張丙強;陳福全;王啟云;羅才松;姚志雄
• 申請（專利權）人: 福建工程學院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14;G06F113/14
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 錢莉;蔡學俊

本發明涉及一種不均勻地層沉降引起埋地管道縱向力學響應的確定方法，首先確定管道縱向彈性地基梁模型的彎曲剛度及地基彈性系數，接著將管道所處地層累計沉降值繪于坐標系中，并對曲線進行擬合，然后確定不均勻地層沉降引起埋地管道縱向力學響應的計算模型，接著依次確定懸空段與接地段分段處管道截面的彎矩和剪力，懸空段以及接地段管道任意截面的剪力、彎矩、轉角和沉降表達式，最后對地層累計沉降項進行傅里葉余弦級數展開，利用地層沉降項的傅里葉級數展開式及相應的傅里葉系數，分別確定懸空段和接地段任意截面彎矩、剪力和沉降。本發明能夠更準確確定不均勻地層沉降影響作用下埋地管道的縱向力學響應值，為管道縱向設計提供依據。

技術領域

本發明涉及建筑工程技術領域，特別是一種不均勻地層沉降引起埋地管道縱向力學響應的確定方法。

背景技術

埋地管道是輸送天然氣、原油等基礎設施的重要組成部分，在社會生產和生活中發揮著舉足輕重的作用，被稱為“生命線工程”。地鐵隧道施工、過量抽取地下水以及地下礦藏的開采等誘發的地層沉降問題越來越多，給埋地管道的長期安全運行構成嚴重威脅。

歐洲天然氣管道事故數據組織(European Gas pipeline Incident data Group，EGIG)統計了1970-2010年間歐洲各國天然氣管道事故，其中由于地表運動造成的天然氣管道事故比例達到7.4％。地層沉降會使得埋地管道發生不均勻沉降變形，進而會發生局部應力集中現象，導致管道失效與破壞。地層沉降過程中埋地管道的力學響應，實質上是埋地管道與管周土體(管-土)相互作用的結果，目前分析管-土互相作用時通常將其簡化成彈性地基上梁模型來計算。

然而研究表明管-土相互作用的特征與管道所處地層的累計沉降量有關，當埋地管道周圍土體發生較大變形時，受管-土變形剛度影響，管道的下沉值小于管周土體，地層沉降區域管道會與周圍土體脫離，即呈現局部懸空、局部接觸現象，完全接觸的彈性地基模型并不符合管周土體變形的實際情況，不能體現埋地管道的實際受力和變形情況。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提出一種不均勻地層沉降引起埋地管道縱向力學響應的確定方法，能夠更準確確定不均勻地層沉降影響作用下埋地管道的縱向響應值，為管道縱向設計提供依據。

本發明采用以下方案實現：一種不均勻地層沉降引起埋地管道縱向力學響應的確定方法，具體包括以下步驟：

步驟S1：獲取管道埋藏土層信息及管道結構設計信息，確定管道縱向彈性地基梁模型的彎曲剛度及地基彈性系數；包括：管道的埋深，管道的內、外直徑，管道彈性模量，管道自重，管道上部土柱壓力；土層的彈性模量、泊松比；

步驟S2：測出埋地管道下方地層的累計沉降值，建立沉降坐標系，將沉降值繪于坐標系中，并對曲線進行擬合；

步驟S3：將埋地管道分為非地層沉降影響區接地段、地層沉降影響接地區接地段、以及地層沉降影響區懸空段三部分，確定不均勻地層沉降引起埋地管道縱向力學響應的計算模型；

步驟S4：根據Winkler地基上半無限長彈性地基梁理論，確定地層沉降影響區內懸空段與接地段分段處管道截面的轉角和沉降表達式；

步驟S5：利用中間懸空段連續梁微元的平衡方程，通過對方程兩端依次進行一至三次積分，并聯合分段處邊界條件，確定懸空段剪力、彎矩、截面轉角和沉降表達式；

步驟S6：根據埋地管道結構對稱性以及分段處邊界連續條件，確定埋地管道懸空段與接地段分段處截面彎矩和剪力表達式；

步驟S7：對地層累計沉降項進行傅里葉余弦級數展開，獲取沉降項的傅里葉級數展開式及相應的傅里葉系數，確定分段處截面彎矩和懸空段沉降值；不斷修正懸空段長度，直到接地段和懸空段分段處管道沉降近似等于地層累計沉降，從而確定懸空段長度t、分段處截面彎矩M_i和剪力Q_i；