野战管线利用自身强度跨越不等高障碍受力分析

李 江，张伟明，付 帅，巴桑次仁，周宇锋

(1.中国人民解放军后勤工程学院 军事供油工程系，重庆 401311；2.中国人民解放军65547部队，辽宁 海城 114200; 3.中国人民解放军77649部队，西藏 日喀则 857600)

【装备理论与装备技术】

野战管线利用自身强度跨越不等高障碍受力分析

李 江1，张伟明1，付 帅2，巴桑次仁3，周宇锋3

(1.中国人民解放军后勤工程学院 军事供油工程系，重庆 401311；2.中国人民解放军65547部队，辽宁 海城 114200; 3.中国人民解放军77649部队，西藏 日喀则 857600)

野战管线铺设遇到较小障碍时，一般利用自身强度实现跨越。障碍两端不等高时，管线受力相对复杂，需要单独校核；基于简支梁理论，根据均布载荷的应力方程，建立了野战管线悬空管段的简易受力模型，利用该模型推导出两岸不等高时3种野战管线管子的最大允许悬空长度计算公式，找出了悬空长度与跨距、高差间的关系；将不等高时的计算结果与等高时的数据进行对比，证明建立的模型较为准确，可以用来指导管线两岸不等高的跨越铺设。

野战管线；自身强度；不等高；受力分析

1 模型建立

野战管线两岸不等高跨越铺设，管线所受荷载不垂直于管身，而是与管子轴线呈一定角度α，α由两岸高差h和管线悬空长度l决定(管径、跨度较小，忽略风载)。因悬空管段受力不复杂，且铺设时可使用短管或弯头避免管线在岸边拱起，故将两岸不等高悬空管线简化为一个弯曲和压缩组合变形的简支梁[2-4]，同时受垂直于轴线的均布荷载q2和沿轴线方向的递变荷载q1x作用，简化的受力模型如图1所示。

图1 两岸不等高悬空管段受力模型

2 最大悬空长度计算

管子所受纵向应力由弯曲应力q2和压应力q1x组成，分别求解并相加，求出管子所受最大纵向应力，令其等于管子的屈服强度，即可得到最大悬空长度l。

因管子所受压应力由最高处向最低处递增，故在最低管端达到最大值：

(1)

(2)

联立式(1)、式(2)得到管子所受纵向应力：

(3)

(4)

求导后可知，x=u时，管线应力最大，其最大值：

(5)

式(5)可见，悬空管线的最大应力由l和α两个参数决定，以DN100槽头式管线为例进行计算[5-7]，得到不同α时，σ与l的关系曲线如图2所示。

从国际碳市场的现状来看，碳市场有两大支柱：一个是京都机制，一个是欧盟排放贸易体系。其他地区性的交易市场有美国芝加哥气候交易所、澳大利亚新南威尔士温室气体排放贸易体系、加拿大蒙特利尔气候交易所等。京都机制中CDM交易很大程度上依赖于欧盟的减排市场。欧盟作为一个整体，为了实现《京都议定书》承诺的减排目标，发布了《欧盟排放交易指令》和《链接指令》。

由图2可以看出，α一定时，σ随l的增大而增大；l一定，σ随α的增大而减小。说明当管线倾斜铺设时，沿轴向压应力的集中大于切向的弯曲应力集中。

图2 DN100槽头式管线不同α时σ与l的关系

结合内压产生的纵向应力计算公式[8-10]，得到两岸不等高悬空管线的强度校核公式：

(6)

式(6)中：σs为管子的屈服强度。

从而求得最大悬空长度l的计算公式：

(7)

对应的水平跨距r为

(8)

对应两岸高差h为

(9)

取α=10°～80°，应用Matlab分别对DN100管线、DN150(引进型)管线和DN150(国产型)管线进行计算[11]，得到l-α、r-α和h-α的关系曲线如图3～图5所示。

图3 DN100管线悬空段关系

图4 DN150(引进型)管线悬空段关系

图5 DN150(国产型)管线悬空段关系

对比图3～图5可见，DN100管线受管径等因素影响，各倾角下其最大允许跨距均小于DN150管线，但3种管线的变化趋势相似，随着倾角的增大，所允许的最大跨距均逐渐减小。

当α=0时，对应的悬空管长l即是最大允许跨距r。经计算可得，DN100管线为11.6 m，DN150(引进型)管线为16.3 m，DN150(国产型)管线为20.3 m，计算结果与两岸等高时简支梁模型的最大悬空长度相符[12]，证明模型较为准确可靠，计算结果具有较高的实际指导意义。在铺设管线时，若遇到两岸不等高的情况，可对照上述关系曲线，判断管线是否可以直接跨越。若小于允许跨距，则可以直接通过；否则必须进行支撑或悬挂通过。

3 结论

基于简支梁理论建立了悬空管段的简易受力模型，应用该模型计算了三种野战管线管子在跨越不同高差障碍时的最大允许跨距，经与等高时的结果对比可知，建立的模型较为准确，研究的结论可以用来指导野战管线的铺设。

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(责任编辑周江川)

Stress Analysis of Field Pipeline Across the Different Height Barrier Using Its Own Strength

LI Jiang1, ZHANG Wei-ming1, FU Shuai2, BASANG Ci-ren3, ZHOU Yu-feng3

(1.Department of Petroleum Supply Engineering, Logistic Engineering University, Chongqing, 401311,China;2.The No.65547thTroop of PLA, Haicheng 114200,China; 3.The No.77649thTroop of PLA, Rikaze 857600, China)

When field pipeline encounters minor gap,the general way is to cross the gap with its own strength, and if the gap is with different height, the pipeline stress is more complex, the separate checks are required.Based on the beam theory,this paper established a simple stress model of hanging segment of the field pipeline according to the equation of uniform load stress.According to this model,the formula of max allowed distance of three kinds of the field pipeline using between minor gap with different height was derived,the relationship between the hanging length,the suspended span and the height difference were find out.The compared results of data at the same height and different height shows that the established model is accurate and the conclusion can be used to guide the pipeline laying between minor gap.

field pipeline; own strength; different height; stress analysis

2016-09-20；

2016-10-15

李江(1986—)，男，博士，讲师，主要从事油气输送技术与装备研究。

10.11809/scbgxb2017.01.007

李江,张伟明,付帅，等.野战管线利用自身强度跨越不等高障碍受力分析[J].兵器装备工程学报，2017(1):29-31.

format:LI Jiang, ZHANG Wei-ming, FU Shuai, et al.Stress Analysis of Field Pipeline Across the Different Height Barrier Using Its Own Strength[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(1):29-31.

E939

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