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埋地燃气管道受力模型与实验分析
埋地燃气管道受力模型与实验分析
摘要
本文通过对埋地燃气管道的受力模型进行分析和实验研究，探讨其在不同载荷下的受力变化规律。首先通过力学分析，得出埋地燃气管道的受力特点和荷载分布情况，并基于该特点建立了相关的受力模型。随后，我们在实验室中建立了相应的埋地燃气管道受力实验系统，通过实验测试得到了管道在不同荷载下的相应受力数据。最后，通过对实验结果的分析和对比，验证了建立的受力模型的合理性，并总结出了埋地燃气管道受力设计的基本原则和注意事项。
关键词：埋地燃气管道；受力模型；实验分析；设计原则
Abstract
Thispaperanalyzesandexperimentsthestressmodelofburiedgaspipelines,exploresthestresschangesunderdifferentloads.Firstofall,throughthemechanicalanalysis,wecanobtainthestresscharacteristicsandloaddistributionofburiedgaspipelines,andestablishrelevantstressmodelsbasedonthesecharacteristics.Then,weestablishedthecorrespondingburiedgaspipelinestresstestsysteminthelaboratory,andobtainedthecorrespondingstressdataofthepipelineunderdifferentloadsthroughexperimentaltesting.Finally,byanalyzingandcomparingtheexperimentalresults,therationalityoftheestablishedstressmodelisverified,andthebasicprinciplesandprecautionsofthestressdesignofburiedgaspipelinesaresummarized.
Keywords:buriedgaspipeline;stressmodel;experimentalanalysis;designprinciple
1.背景介绍
埋地燃气管道作为输送燃气的主要管道，其负责承载输送燃气的重要任务。为了确保管道的安全运行，其中的受力分布情况和受力特点将直接影响管道的稳定性和可靠性。然而，留给该管道系统设计师和运营人员的设计和管理资源有限，因此，根据其受力特点建立合理的受力模型和设计原则显得非常重要。
2.埋地燃气管道受力特点
2.1受力特点
埋地燃气管道的受力特点主要包括以下三个方面：
①管道内部介质载荷
燃气管道在众多载荷中承受了管内介质所带来的沿管道轴向传递的载荷，而这种载荷多源于地面施工质量、管道敷设深度、介质设定压力和管道布局方式等因素。
②控制变形载荷
钢管作为一种柔性结构，具有快速响应、较大形变等特点。尤其在输送高压气体的过程中，容易出现相应的控制变形情况，增加管道的弹性变形。
③侧向载荷
由于管道的弯曲、波动、T型鞍化等半径较小的结构形式，增加了管道工作时产生侧向载荷的可能性。
2.2荷载分布情况
埋地燃气管道的荷载主要有三种，并在管道上分布：
①沿着管道轴线方向传递的荷载
这种荷载是由管内介质所带来的，是管道所承受的主要荷载。
②侧向荷载
这种荷载主要来自管道的弯曲、波动和T型鞍化等，具有较小的荷载贡献。
③支撑荷载
管道将受到沿着管道方向承受的支撑荷载。在燃气管道设计中，支撑荷载是必须考虑的重要因素之一。
3.受力模型设计
通过对其受力特点的分析和荷载分布情况，我们可以建立相应的埋地燃气管道受力模型。
3.1建立受力模型
在建立受力模型时，我们将埋地燃气管道抽象为搭建在土壤基底上的柔性柱，柱子一端固定在管道支撑点，另一端固定在地基上。管道轴线传递的载荷将逐级传递到柔性集合点。同时，管道的支撑点将通过特定的支撑结构来产生对管道的正向支撑力，以抵消管道上的重量和与管道轴线不平行的侧向力。在管道工作过程中，这种支撑力也将随着管道的弹性位移而发生变化。
3.2优化受力模型
在建立受力模型的基础上，我们可以增加如下的优化措施：
①管道材质和尺寸的优化，以提高管道抗外部载荷的承受能力。
②通过增加管道的支撑结构，提高管道的整体承载能力，减少管道承受的弯曲和侧向载荷。
③减小管道布局时出现锐角和T型接口的可能性。
4.实验分析
4.1实验装置设计
通过对前人经验的总结，我们在实验室中成功的搭建出了埋地燃气管道横向荷载实验系统。该实验装置主要由压力传感器、载荷放大器、