基于应变判据一般埋地高压燃气管道抗震计算

文/兰敏辉 河北晟泽新能源发展有限公司 河北张家口 075000

在埋地高压热燃气管道运行的过程中，地震动是影响其使用寿命的主要因素之一，因此在管道埋设施工的过程中，必须做好抗震设计。针对高压燃气管道的抗震计算是抗震设计的重要依据之一，对抗震计算过程以及影响因素进行研究对于提升管道埋设质量具有十分重要的积极作用。

1、埋地高压燃气管道抗震计算概述

对于一般埋地管道的抗震计算，我国在该领域的研究已经十分全面，如针对直管段的应变虽不同影响因素产生的变化、针对直管段和弯管的应力分析以及地震波作用下埋地管道产生的最大应变和应力等。当前阶段，埋地高压燃气管道抗震计算比较常见的方法包括一般埋地管道直管段和弯管的抗震计算。

在对水平弯管进行抗震计算的过程中，热胀弯矩是必须计算的要素之一，虽然GB 50251—2015中并未对具体的计算方法进行明确，但是在条文说明中却给出了相应的文献作为参考资料，其中提供了较为简便的计算过程。

在新阶段的抗震计算中，计算条件不足的情况十分常见，如缺少地震峰值速度。针对这一情况，可以结合GB 50251—2008中地震动加速度划分的相关内容，对地震烈度进行深入分析，在此基础上根据设计地震动峰值加速度璇却设计地震动峰值速度。

一般埋地高压燃气管道运行的过程中，管道内压始终处于不断变化的状态下，管道的工作温度也会在燃气温度的影响下产生相应的变化。为了有效的提升管道的抗震性能，设计人员在设计工作中，可以通过的对管道弯曲半径、弯管转角、管道和土壤摩擦系数等因素的控制达成这一目标，这也是本文研究的重点之一。

2、埋地高压燃气管道抗震计算的具体方法

2.1 抗震计算条件介绍

抗震计算条件一部分可以通过文献资料以及勘察数据的查询获得，例如，可以根据勘察资料对管道场地覆盖层的厚度、场地土层等效剪切波速进行了解，之后结合规范文件对管道沿线的抗震设防烈度进行明确，据此确定地震动峰值加速度。根据钢管标准文件对管道的材质、钢管最低屈服强度、拉伸强度极限、钢材线膨胀系数、弹性模量等数据进行掌握。之后确定管道设计压力、管道下沟回填时的温度以及工作温度。

在掌握以上数据之后，可以参照高压管道布置图纸选择其中的一处水平弯管进行计算。在计算之前，还需了解弯管转角的实际角度、弯管双臂的长度、弯曲半径倍率、回填土地的密度、管道和土壤之间的内摩擦角度等数据。

2.2 计算条件的进一步细化

首先，对弯管制作所用钢管的壁厚进行计算，由于钢管在弯制过程中会出现壁厚减薄的情况，根据管壁体积弯制前后不发生变化这一条件，可以对弯制后管道壁厚进行计算，计算公式为如下：

其中Mb为弯管的壁厚，M为原材料钢管的壁厚，R为弯管的弯曲半径，D为弯管的外直径。

其次，对直管段、弯管内直径和截面平均半径进行计算。

其三，直管段管壁截面积计算。计算公式如下：

其中dn为直管段内直径。

其四，场地类别。结合管道场地覆盖厚度和场地土层等效剪切波速，根据GB 50470—2008，确定管道场地的类别。

其五，地震动反应谱特征周期Tg，根据场地类别对地震动反应谱特征周期进行适当的调整。

其六，地震动峰值速度。根据GB 50470—2008中对地震加速度的划分，编制地震烈度分析表，之后根据设计地震动峰值加速度对地震动峰值速度进行选取。

2.3 限定值计算

其一，容许拉伸应变。根据管道材质拉伸强度极限值，结合GB 50470—2008的内容对容许拉伸应变值进行确定。

其二，容许压缩应变S。计算公式如下：

其中N为直管段或是弯管的壁厚值。由于直管段和弯管的壁厚存在一定的差异，因此二者的容许压缩应变值要有所不同。将相关数值带入到公式中就可以获得具体数据。

其三，管材许用应力β，计算公司如下：

β=Ft

其中F为强度设计系数，t为温度折减系数。

2.4 直管段抗震核算计算

其一，地震引起的直管段应变。埋地高压燃气管道直管段在地震中下产生的最大轴向应变θ，计算公式如下：

其中a为设计地震动峰值加速度，Tg为设计地震反应谱特征周期，v为场地土层等等效剪切波速，v1为设计地震动峰值速度。

其二，内压和温度引起的直管段的轴向应变。这一部分的计算分成两个部分，分别为环向应力和轴向应力计算、直管段当量应力计算。计算公式如下：

其中dn为直管段管子内径，δn为直管段管子公称壁厚。由内压引起的轴向应力ψ计算公式如下：

其中μ为泊松比，E为钢材的弹性模量，α为钢材线膨胀系数，t1为的管道下沟回填时的温度，t2为管道的工作温度。

直管段当量应力计算公式为ρ=Ε-Ψ.

3、埋地高压燃气管道抗震计算的影响因素分析

3.1 管道内压

将计算公式中的设计压力替换成管道内压，就可以获得三项组合拉应变、三项组合压应变与管道内压的联系。随着管道内压值的不断增大，三项组合拉应变会出现上升，而三项组合压应变绝对值则会下降。在计算过程中，要使三项组合拉应变处于允许值范围内。

3.2 温差

随着温差的不断增大，三项组合拉应变会升高、三项组合压应变绝对值会降低。在计算过程中，在温差处于峰值时，应该保障三项组合拉应变不超出允许范围。在温差处于最低谷时，应该保障三项组合压应变绝对值不超出允许值。

结语：

综上所述，在埋地高压燃气管道抗震计算的过程中，温差、管道内压等多项因素对三项组合拉应变以及三项组合压应变的作用方式存在一定的差异，一次你必须充分考虑到各项因素的影响力。