CN101615210B - 燃气管道浅埋防护结构防护效果测试分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃气管道浅埋防护结构防护效果测试分析方法，至少包括：步骤一，建立燃气管道的浅埋防护结构模型，根据有限元分析法计算浅埋防护结构模型的受力情况，获得理论受力数据；步骤二，利用燃气管道浅埋防护施工效果测试系统，获得测试受力数据；步骤三，将测试受力数据与所述理论受力数据比对，以验证并优化有限元分析法；步骤四，根据有限元分析法设计燃气管道浅埋防护分析软件；燃气管道浅埋防护分析软件根据有限次的模拟计算，建立不同工况中各参数间的关联。本发明通过上述方法使燃气管道浅埋防护结构设计优化，使防护效果得以量化。

Description

燃气管道浅埋防护结构防护效果测试分析方法

技术领域

本发明涉及燃气管道施工技术，尤其涉及一种燃气管道浅埋防护结构设计及防护效果测试分析方法。

背景技术

随着城市建设的发展和人口密度的增加，城市燃气输配管网的安全运行问题也日益突出，影响城市燃气输配管网安全性的因素有很多。

为了减少对埋地燃气管道可能的损害，针对不同的路面情况，现有的《城镇燃气设计规范》(GB50028-2006)中第6.3.4条规定，地下燃气管道(压力不大于1.6MPa)埋设最小覆土厚度(路面至管顶)应符合下列要求：

1)埋设在机动车道下时，不得小于0.9m。

2)埋设在非机动车道(含人行道)下时，不得小于0.6m。

3)埋设在机动车不可能达到的地方时，不得小于0.3m。

4)埋设在水田下时，不得小于0.8m。

虽然上述规范中规定了不同路面地下燃气管道最小埋设深度的要求，但由于城市地下管网线路和结构复杂，各类管道纵横交错。有些场合进行燃气管道敷设时确实无法完全满足规范中的埋设深度要求。如碰到由于地下其他管道、特殊地下构造等的影响，必须视施工现场具体情况，采取相应的防护措施，以减少管道埋设深度。

因此，上述规范中又注明“当不能满足上述规定时，应采取有效的安全防护措施”，以减轻或抵消因浅埋而带来的风险。

但是，当燃气管道敷设无法满足规范中的埋设深度要求的情形发生时，上述“安全防护措施”都是根据经验来实施，缺乏量化的标准。

由于没有精确的分析和计算方法，对浅埋的燃气管道的安全防护效果难以量化，因此安全防护施工要么标准太高形成“过保护”，造成施工资源的放空；要么标准太低形成“欠保护”，造成保护效果不佳，埋地燃气管道的安全性太低。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种步骤简单、施行方便的燃气管道浅埋防护结构的设计以及防护效果的测试分析方法，以实现对防护施工效果的量化考量。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种步骤简单、实施方便、防护效果好的燃气管道浅埋防护结构设计及防护效果测试分析方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种燃气管道浅埋防护结构设计及防护效果测试分析方法，至少包括以下步骤：步骤一，建立燃气管道的浅埋防护结构模型，根据有限元分析法计算所述浅埋防护结构模型的受力情况，获得所述浅埋防护结构模型中的燃气管道的理论受力数据；步骤二，利用燃气管道浅埋防护施工效果测试系统，获得实测的燃气管道的测试受力数据；步骤三，将所述测试受力数据与所述理论受力数据比对，以验证并优化所述有限元分析法；步骤四，根据优化后的所述有限元分析法，设计燃气管道浅埋防护分析软件；所述燃气管道浅埋防护分析软件根据有限次的模拟计算，建立不同工况中各参数间的关联；步骤五，利用所述燃气管道浅埋防护分析软件，根据经济性最优化原则，优选最佳的燃气管道浅埋防护结构方案。

本发明的较佳实施方式中，在步骤一中，所述有限元分析法需要的参数包括埋深数据、内压数据、外载数据、管道内径数据、管道壁厚数据、回填土数据。

在本发明的较佳实施方式中，在步骤二中，至少包括以下步骤：首先，选取测试用土体并在所述土体中开挖至少一测试沟；选取一实测的燃气管道；在燃气管道外表面上布置多个应变片；多条导线分别与各所述应变片电连接，所述多条导线的另一端与外设的电阻应变仪电连接；测试管道通过耐压皮管与外设的空压机连接；然后，将燃气管道埋入所述测试沟并填土；在所述测试沟内、燃气管道的上方设置防护结构；其后，对燃气管道加压以进行内压测试；保存所述电阻应变仪测得的各所述应变片的应变值；最后，根据获得的所述应变值计算燃气管道承受的应力。

采用上述测试系统，可以简单准确地获得燃气管道在各种工况下的实测的受力数据。

在本发明的较佳实施方式中，在所述步骤二中，在燃气管道的中部沿环向方向布置所述应变片，并且同时在燃气管道的顶部沿轴向均匀布置所述应变片。

本发明通过上述方法，对浅埋的燃气管道的安全防护结构做了优化的设计，对防护效果做出了比较精确的分析和计算，使燃气管道浅埋防护效果得以量化，既克服了现有技术中防护结构容易形成过保护的现象，也避免了防护结构可能出现的欠保护现象，极大地有助于燃气管道浅埋防护施工的实施。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的方法一具体实施例中的测试系统示意图。

具体实施方式

结合图1所示，本发明提供了一种燃气管道浅埋防护结构设计及防护效果测试分析方法，至少包括以下步骤：

步骤一，建立燃气管道的浅埋防护结构模型，根据有限元分析法计算所述浅埋防护结构模型的受力情况，获得所述浅埋防护结构模型中的燃气管道的理论受力数据。

上述有限元分析法的基本思想是运用离散化的概念，把弹性连续体分割成数目有限的单元，并认为相邻单元之间仅在节点处相连，单元间的相互作用力仅由节点传递，用单元节点位移表示单元中的应变和应力。

有限元分析法一般的步骤是：结构离散化、位移模式选择、平衡方程建立、节点位移求解、单元内应力和应变计算。

在利用有限元法进行埋地燃气管道受力分析时，一般还要将实际模型转换成有限元模型，这些模型包括几何模型、回填土模型、单元模型、约束模型以及接触模型。

有限元分析法需要的参数包括埋深数据、内压数据、外载数据、管道内径数据、管道壁厚数据、回填土数据等。

步骤二，利用燃气管道浅埋防护施工效果测试系统，获得实测的燃气管道的测试受力数据。

上述燃气管道浅埋防护施工效果测试系统至少包括以下步骤：

首先，选取测试用土体，并在土体中开挖一条距离地面11一定深度的测试沟10。同步地，选取一段测试用的燃气管道20。

在不同的具体实施例中，为提高测试的效率，可沿测试沟的延伸方向同时开挖数条测试沟，同时对各种不同材质或参数的燃气管道做测试。

在各种具体实施中，燃气管道大多采用钢管、PE管、铸铁管等管材，本实施方式中采用PE管，选取的PE管为φ250m×22.7mm，长度6m，管道的两端用盲板连接。。

在燃气管道20的外表面上布置多个应变片30。在本实施方式中，多个应变片30布置在燃气管道20的中部沿环向方向，同时还布置在燃气管道20的顶部沿轴向。在燃气管道20的上半部分以30°为单位均匀布点，在燃气管道20的顶部沿轴向均匀布点，测点间距0.2m。共有测点27个。

采用万用表检验各应变片30，剔除不符合要求应变片，然后用502胶将各应变片30固定贴合在燃气管道20的指定位置上。

具体地，在各个测点贴两片电阻值为120±0.2Ω的应变片作为工作片，以消除拉伸和压缩应变，测量燃气管道20的环向应变。

各应变片30还分别与各相应的导线31用焊锡形成电连接(图1中仅示出三条，其他的导线未示出)，用万用表测试所有应变片的阻值及线路与燃气管道20间的绝缘电阻，确保符合测试要求。全部合格后，用704胶将应变片30覆盖起来，以防止应变片失效。

测试管道20通过耐压皮管51与外设的空压机50连接。同时连接压力表52。

然后，将燃气管道20埋入测试沟10并填土。在测试沟10内、燃气管道20的上方设置防护结构60。

之后，还可以先对燃气管道20试压，加压至0.4MPa，保持一段时间后看压力表52的读数是否下降，从0-0.4MPa反复几次，查看各接头是否泄漏。

多条导线31的另一端分别与外设的电阻应变仪40电连接，还可以设置一平衡箱(图中未示出)，将测试导线与接线柱半桥连接，半桥连接具有温度补偿的效果。连接电源，预热仪器30分钟。。

其后，对燃气管道20加压以进行内压测试；保存电阻应变仪40测得的各应变片的应变值。

具体地做法是，检查测试仪器，系统初始化，进行调零。记录燃气管道20的初始应变不平衡值，以此时管道的静态应变值为基准，依次进行管道的静载测试。

管体周围的回填土采用流砂土，高出管顶0.1m，然后回填原状土(亚粘土)，由载重车辆多次夯实，直到回填土与路面相平。

记录燃气管道20在未加载内压情况下由于覆土产生的土压力作用下管道各测点的相对应变值。

在本发明的较佳实施方式中，上述步骤四中，对燃气管道20加以不同的内压值，如可依次为0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa。

在每个加压点进行测试，保存测试结果，研究内压变化对燃气管道20应力应变的影响。

在各种具体实施中，可以选择不同的参数值依次对各方案重复进行上述测试，各种情况下燃气管道20的压力稳定在0.4MPa。回填土状态维持静态测试不变。还可以安装动态电阻应变仪，连接应变测试系统及加压系统。预热仪器30分钟，系统调零。

最后，根据获得的所述应变值计算燃气管道承受的应力。

最后还可以进行卸压测试。将燃气管道20的压力卸为0，进行各种工况下的测试。

测试完毕后，卸下测试仪器，将燃气管道20放空，确认压力卸为0，挖出燃气管道20，清空测试沟10，将测试沟10重新填埋好，并整理测试现场。

步骤三，整个效果测试完成后，将获得的测试受力数据与之前获得的理论受力数据比对，以验证并优化步骤一中的有限元分析法。

步骤四，根据优化后的所述有限元分析法，设计燃气管道浅埋防护分析软件。

所述燃气管道浅埋防护分析软件的设计原理是，根据有限次的模拟计算，在不同工况的各种参数间建立起关联。

步骤五，利用所述燃气管道浅埋防护分析软件，根据输入的各种参数值，选取满足国家标准的多套浅埋防护结构方案。

上述各种参数，可以包括管材、管径、壁厚、长度、路面土、路面土高度、埋深、内载等初始数据。

然后根据经济性最优化原则，在多套浅埋防护结构方案中优选最佳的燃气管道浅埋防护结构方案。

经济性指标包括了防护层材料、支护层材料、人工系数以及机械系数等。

本发明的方法通过实测验证了有限元分析法分析燃气管道浅埋防护结构受力情况的准确性，并通过燃气管道浅埋防护分析软件指导工程实践，获得了意想不到的技术效果。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的权利要求保护范围内。

Claims (4)

1.一种燃气管道浅埋防护结构防护效果测试分析方法，至少包括以下步骤：

步骤一，建立燃气管道的浅埋防护结构模型，根据有限元分析法计算所述浅埋防护结构模型的受力情况，获得所述浅埋防护结构模型中的燃气管道的理论受力数据；

步骤二，利用燃气管道浅埋防护施工效果测试系统，获得实测的燃气管道的测试受力数据；

步骤三，将所述测试受力数据与所述理论受力数据比对，以验证并优化所述有限元分析法；

步骤四，根据优化后的所述有限元分析法，设计燃气管道浅埋防护分析软件；所述燃气管道浅埋防护分析软件根据有限次的模拟计算，建立不同工况中各参数间的关联。

2.如权利要求1所述的测试分析方法，其特征在于：在步骤一中，所述有限元分析法需要的参数包括埋深数据、内压数据、外载数据、管道内径数据、管道壁厚数据、回填土数据。

3.如权利要求1所述的测试分析方法，其特征在于：在步骤二中，至少包括以下步骤：首先，选取测试用土体并在所述土体中开挖至少一测试沟；选取一实测的燃气管道；在燃气管道外表面上布置多个应变片；多条导线分别与各所述应变片电连接，所述多条导线的另一端与外设的电阻应变仪电连接；测试管道通过耐压皮管与外设的空压机连接；然后，将燃气管道埋入所述测试沟并填土；在所述测试沟内、燃气管道的上方设置防护结构；其后，对燃气管道加压以进行内压测试；保存所述电阻应变仪测得的各所述应变片的应变值；最后，根据获得的所述应变值计算燃气管道承受的应力。

4.如权利要求3所述的测试分析方法，其特征在于：在所述步骤二中，在燃气管道的中部沿环向方向布置所述应变片，并且同时在燃气管道的顶部沿轴向均匀布置所述应变片。