[发明专利]一种油气长输管道吊装下沟数值模拟方法

说明书

本发明公开了一种油气长输管道吊装下沟数值模拟方法，该方法包括以下步骤：确定管道基本参数；确定吊机布置方案；建立管道吊装下沟有限元模型；预估各吊点吊力，并在管道各吊点位置上施加吊力；计算管道吊装下沟应力和位移；管道吊装下沟控制条件判断；得到合理管道吊装下沟方案。本发明的有益效果为：通过采用有限元分析方法，将工程问题进行抽象化处理，使之简化为力学模型，模拟油气长输管道吊装下沟过程并计算得到合理的吊装下沟方案；从而为油气长输管道吊装下沟实施提供理论依据，并对施工过程进行指导，保障施工作业安全。

技术领域

本发明涉及管道施工技术领域，具体而言，涉及一种油气长输管道吊装下沟数值模拟方法。

背景技术

随着国家基础建设投资的不断加大，各种输油、送气、供水等长距离输送管道的施工越来越多。管道整体吊装下沟施工技术以其快捷、安全、环保的优势，越来越广泛地应用到长输管道的施工中。由于相关的施工标准是参照有关工程经验制定的，没有完全考虑施工条件的影响，也缺乏相应的理论计算，使管道吊装下沟施工技术的应用主观性较强，现场预判能力较弱，导致施工效率和施工质量下降，可能导致管道损伤，存在施工安全隐患。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种数值模拟方法，得到合理的吊装下沟方案，对长输管道吊装下沟的施工具有指导作用。

本发明提供了一种油气长输管道吊装下沟数值模拟方法，该方法包括以下步骤：

步骤101：确定管道基本参数；

步骤102：确定吊机布置方案；

步骤103：建立管道吊装下沟有限元模型；

步骤104：预估各吊点吊力，并在管道各吊点位置上施加吊力；

步骤105：计算管道吊装下沟应力和位移；

步骤106：管道吊装下沟控制条件判断；

步骤107：调整各吊点吊力和吊机布置方案，得到合理管道吊装下沟方案。

作为本发明进一步的改进，步骤101中，管道基本参数包括：管径、壁厚、下沟深度。

作为本发明进一步的改进，步骤102中，包括确定吊机型号、吊机台数和间距等。

作为本发明进一步的改进，步骤103中，中具体包含：

(a)管道简化为三维薄壁单元；

(b)管道与土体之间的摩擦和支撑作用采用接触单元模拟；

(c)假设计算管段足够长，吊装下沟部位不会对计算管段端部产生影响；

(d)计算管段两端采用自由约束；

(e)吊机对管道的起吊作用简化为集中载荷施加于管道节点上。

有限元分析时，需要将工程问题进行抽象化处理，使之简化为力学模型，进而采用有限元方法计算。

作为本发明进一步的改进，步骤104中，各吊点吊力按照水平方向和竖直方向进行分解，然后在管道各吊点位置上施加吊力(可分解为水平吊力和竖向吊力)，然后计算管道位移和变形。

起吊过程工，各吊点的吊力方向均为沿吊绳指向吊臂顶点。n台吊机，将各点吊力F_i进行分解，分解为水平吊力分量F_hi和竖向吊力分量F_vi，如图2所示，根据力的分解有以下关系：

F_hi＝F_isinα_i(i＝1,2,......,n)