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洪水中懸跨管道加裝防護索的力學行為及布索方案

埋設(shè)在河流中的油氣管道在洪水的沖刷作用下，容易漂浮于洪水中而形成懸跨，洪水對裸露管道的沖擊作用很大，管道易發(fā)生顯著彎曲變形，其中部分管道由于強烈的洪水沖擊而有可能斷裂，進而造成嚴重的事故。目前常用的是打樁穩(wěn)管法，可防止管線水平位移或產(chǎn)生過大的彎曲應力。打樁穩(wěn)管法適用于巖基河床，巖基河床上打樁容易，穩(wěn)定效果好；而對于沖刷性河床打樁穩(wěn)定性差，穩(wěn)管效果不好，加之在卵石河床上打樁也比較困難，故不宜采用。中國石油大學（北京）依托國家科技重大專項“連續(xù)管裝備與應用技術(shù)”通過分析洪水漂浮管道的受力特點，建立線性力學分析模型和非線性有限元模型，提出了一種臨時的水工保護設(shè)計，在管道沖刷形成懸跨后，及時在管道受沖擊一側(cè)通過夾具加裝2條對稱的臨時防護索，防護索材料使用鋼絲繩，布置方式如圖6所示。并針對這種臨時防護索的布置方式、截面面積選擇進行研究，為懸跨管道在洪水載荷作用下的安全防護提供參考。

圖6 懸跨管道的防護索布置模型示意圖

防護索布置方式不同，管道的應力分布、大小均不同，所以需要找出最合適的防護索布置方式。通過算例分析不同懸跨長度、洪水流速下，防護索加裝角度、位置對管道變形與應力的影響，得出防護索最佳的布置方式，即加裝位置為管道懸跨長度的1/4處，方向與管道夾角為60°。

隨著管道規(guī)格、跨長、流速的變化，需要的防護索截面積也不同，確定防護索許用最小截面積，分析各因素對其的影響具有重要的意義，既可以保證管道的安全，也可以合理選擇鋼絲繩類型，避免浪費。防護索截面積選用原則：管道不發(fā)生屈服破壞，根據(jù)第四強度理論，危險點Mises應力小于屈服強度；鋼絲繩應力小于許用應力。

結(jié)論認為：懸跨管道加裝防護索后顯著降低了管道的應力水平，為懸跨管道在洪水載荷作用下的安全防護及現(xiàn)場搶修工程提供了解決方案。

孟芳芳 摘編自《天然氣工業(yè)》雜志2016年2月

《洪水中懸跨管道加裝防護索的力學行為及布索方案》原作者李思嘉等