架空管道的修复前后抗震性能分析
贝耐德 
x2架空管道的修复前后抗震性能分析
地震是引发管道失效的主要地质灾害之一，地震波的作用下，含腐蚀缺陷的管道很容易发生强度屈服、局部屈曲甚至断裂。目前，国内外学者对非地震作用下含腐蚀缺陷输油管道的剩余强度、极限承载力，以及不含缺陷管道的抗震性能进行了研究，但对于正常工作状态下的含腐蚀缺陷输油管道的抗震性能研究甚少。以下综合考虑腐蚀后管道在正常服役期间所受的内部压力、管道与液体的自身重力，以及地震作用力，利用有限元软件建立架空输油管道腐蚀及修复后的模型，对其抗震性能进行分析。
建立点蚀缺陷管道模型主要通过有限元分析法，本次研究选择了某油田长输管道中的一段架空管道，研究过程需确定管道的材质、输送压力、跨度、内径、壁厚、弹性模量、泊松比、屈服强度、抗拉强度等参数，以及输送介质的流速、密度和粘度。缺陷位于管段中间内侧底部，深度为管壁厚度的0.3倍。修复方式采用整圆B型套筒补强修复技术。
模型的建立分别针对管道的三种情况，分别是完好管道、含腐蚀缺陷管道和对缺陷处修复后的管道的有限元模型，除腐蚀区段外，其余位置管道参数完全相同。根据工程实际情况以及管道的腐蚀特点，对有限元模型作如下简化：①考虑单点腐蚀缺陷；②不考虑风载、雪载等可变荷载的影响。采用Parasllid建模方式，模型的腐蚀缺陷区域形貌简化为抛物线形腐蚀，选择EI型地震波，沿管道轴向垂直作用于管道。
1．位移分析
模拟结果显示，完好管道与腐蚀后管道的位移时程曲线几乎完全重合，而修复后的管道位移略有增加，且修复段的长度越大，位移增幅越大。这是因为管道修复后，腐蚀区管壁厚度变大，质量增加，在地震波作用下，惯性较大。因此，套筒修复造成的位移增加量需考虑管道扰度的设计极限。
2．环向应力分析
腐蚀前的完好管道环向应力分布较均匀，但是腐蚀后的管道在腐蚀区域出现了很明显的应力集中现象，与完好管道相比，本次研究案例腐蚀后管道环向应力增大近50％。修复后管道与腐蚀管道相比，环向应力有所降低，说明所选修复方式提高了腐蚀段管道的强度，且修复套筒的长度对管道修复效果也有影响，在一定范围内，适当增加修复套筒的长度，可明显增加对腐蚀区段管道的补强作用。
3．轴向应力分析
腐蚀前的完好管道轴向应力分布较均匀，但是腐蚀后的管道在腐蚀区域出现了很明显的轴向应力集中现象，本次研究案例腐蚀后管道轴向应力增大近1.8倍，而这种应力集中问题在修复后得到了极大的缓解，仅增加了3％左右。
综上所述，套筒补强是修复架空管道的有效手段，套筒越长补强效果越好，但同时会降低管道抵御地震波的能力。因此，架空管道的套筒修复有必要在维修前进行有限元抗震性能分析，最大限度的保障管道的安全运行。
祝悫智编辑自《油气储运》2015年11期“含点蚀缺陷输油管道修复前后的抗震性能”
（原作者管友海等）
