CN113504024B - 爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法 - Google Patents

爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法，计算触地冲击作用在埋地聚乙烯管道上的荷载；进行拉伸试验，得到真实应力、真实应变；将真实应力和真实应变代入埋地聚乙烯管道的双曲线本构模型内，得到埋地聚乙烯管道的弹性模量；建立管土有限元模型，将所述弹性模量代入管土有限元模型中，进行动力响应模拟，得到应力分布；最后评价埋地聚乙烯管道在爆破拆除塌落体触地冲击下的安全性。本发明用以解决现有技术中，对于建筑物爆破拆除时塌落体的触地冲击对城市埋地聚乙烯燃气管道的危害难以进行有效评估的问题，实现为爆破工程施工提供有效参考、为爆破施工时对埋地聚乙烯燃气管道的防护提供科学合理的判断依据的目的。

Description

爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法
技术领域
本发明涉及燃气管道和爆破拆除领域，具体涉及爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法。
背景技术
传统的埋地钢制燃气管道容易因受到腐蚀而泄漏，进而造成重大的安全事故。相比于钢制燃气管道，埋地聚乙烯管道（PE管）具有多方面的优势，如优秀的韧性、质量轻、耐腐蚀、耐低温、抗震，以及极强的经济优势。国际上将PE管材材料分为PE32、PE40、PE63、PE80和PE100五个等级，其中PE100级的管材的实现可以提高城镇燃气管网的输送能力，并减小原材料的消耗，这得益于该材料实现了长期静液压强度的突破，同时也提高了耐慢速裂纹增长和耐快速开裂扩展性能。近十年来，PE管材在国内城镇燃气管网建设中达到了70%以上，并且在城镇中低压管网中PE管道的铺设率超过90%。不过目前，我国燃气用埋地PE管材中，低压管道仍以PE80级的中密度管材为主，依然具有较大的发展和优化空间。
随着我国城镇化的进程不断推进，对于某些老旧的、强度达不到要求的建筑或违规建筑必须进行拆除，其中爆破拆除是最常见、最快捷的拆除手段之一。随着城市的发展升级，需要爆破控制拆除的建筑不断增多，与此同时城市城镇燃气埋地PE管线的长度和广度也在稳定增长，埋地燃气管线现已遍布城市的各个角落，埋地燃气管道附近难免会实施爆破拆除作业。采用控制爆破技术拆除建筑物时，塌落体撞击地面引起的触地冲击可能危害周边的埋地燃气管道，如果不对触地冲击作用下浅埋燃气管道的动力响应情况作深入研究，就会忽略影响燃气管道安全运行的重大隐患，这类安全隐患时刻威胁管道的安全运行，一旦发生运行事故，轻则导致城镇区域供气中断，严重时甚至发生泄漏爆炸等伤亡极大的危险性事件，严重威胁着社会生产和人们的生活安全。
现有技术中，对于油气管道的安全问题研究主要集中在地震、落石、崩塌等复杂荷载下的研究；其中关于塌落体对管道的影响，大多数集中在地质灾害下的落石、崩塌等对长输钢制油气管道的影响，而针对城镇燃气聚乙烯埋地管道的研究很少。并且地质灾害作用下，落石、崩塌的特点在于落石或崩塌物的运动轨迹是跳跃式的滚落冲击，坠落的高度可高至上百米，且落石形状主要是球状，这与采用控制爆破技术拆除建筑时的塌落体对城镇燃气聚乙烯埋地管道的作用并不相同；同时，落石、崩塌等地质灾害的作用对象是长输钢制油气管道，钢制管道与柔性的聚乙烯管道性质差异显著，综上可知以往相关研究难以提供有效参考。
综上所述，现有技术中对于建筑物爆破拆除时塌落体的触地冲击对城市燃气聚乙烯埋地管道的危害评估，还没有较为完善的统一思路，难以为爆破工程施工提供有效参考、无法为控制爆破施工时，城市埋地PE燃气管道的安全运行及其防护措施的设计维护提供科学合理的依据。
发明内容
本发明提供爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法，以解决现有技术中，对于建筑物爆破拆除时塌落体的触地冲击对城市埋地聚乙烯燃气管道的危害难以进行有效评估的问题，实现为爆破工程施工提供有效参考、为爆破施工时对埋地聚乙烯燃气管道的防护提供科学合理的判断依据的目的。
本发明通过下述技术方案实现：
爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法，包括：
步骤S1、对埋地聚乙烯燃气管道进行受力分析，计算触地冲击作用在埋地聚乙烯燃气管道上的荷载；
步骤S2、取与埋地聚乙烯燃气管道相同材质与型号的管材，进行拉伸试验，得到工程应力-应变曲线；基于工程应力-应变曲线得到真实应力、真实应变；
步骤S3、将真实应力和真实应变代入埋地聚乙烯燃气管道的双曲线本构模型内，通过计算埋地聚乙烯管道的本构模型公式，得到不同拉伸速率下埋地聚乙烯燃气管道的弹性模量和屈服强度；
步骤S4、根据埋地聚乙烯燃气管道的缺陷情况将其分为无缺陷段、有缺陷段，分别建立管土相互作用三维有限元模型，将所述弹性模量和屈服强度代入管土相互作用三维有限元模型中，进行触地冲击下的动力响应模拟，得到触地冲击下埋地聚乙烯管道的应力和位移分布；
步骤S5、评价埋地聚乙烯管道在爆破拆除塌落体触地冲击下的安全性。
针对现有技术中难以有效评估爆破拆除时塌落体触地冲击对城市燃气聚乙烯埋地管道的危害的问题，本发明提出一种爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法，对于埋地聚乙烯管道而言，在塌落体触地时的受力主要分为土体压力、管道内压以及触地冲击作用下管道所承受的来自地表的冲击力，通过管道所承受的来自地表的冲击力得到触地冲击作用在管道上的荷载，为后续的有限元模拟提供依据。
聚乙烯是一种典型的粘弹性材料，具有蠕变、松弛与率相关等特性，由于它的率相关性，拉伸速率对材料的拉伸性能影响较大，因此本方法需要重点关注聚乙烯材料的率相关性，对与埋地聚乙烯管道相同材质与型号的管材试样进行拉伸，获得材料试样的应力—应变关系。
通过拉伸试验所得到曲线是工程应力应变曲线，并没有考虑材料试样在拉伸过程中截面的变化。但是在实际拉伸过程中，拉伸试样的截面是在不断变化的，而且对于HDPE（高密度聚乙烯）材料，这种截面变化更加显著，不考虑截面变化将会使记录的应变偏大。因此，本申请充分考虑HDPE（高密度聚乙烯）管道材料在屈服之前其截面均匀变形，进而获得真实应力、真实应变。
将真实应力和真实应变代入埋地聚乙烯管道的双曲线本构模型内，可以得到不同拉伸速率下管材的应力应变曲线，再结合拉伸弹性模量的现有计算方法，即可得到相应的弹性模量。屈服强度可以根据试验拟合得到的公式和本构模型公式来获得，在准确获得聚乙烯管材的弹性模量和屈服强度后，即可建立管土相互作用三维有限元模型。
对于聚乙烯燃气管道，现有技术中具有两种重要的施工工艺：非开挖铺管、内衬管修复旧管线。前者采用水平定向钻技术在地下为聚乙烯管道挖出一个长度达到几百米的孔道，然后将聚乙烯管道牵引穿过该孔道完成铺管。后者是为了充分利用城镇中的废弃管道，特别是一些金属燃气管道。将口径较小的聚乙烯管道牵引传入这些废弃旧管，完成聚乙烯管道安装工作。但是在实施这些安装工艺以及管道的运输与使用过程中，管道外表面不可避免地会产生划痕等缺陷，对管道的长期静液压强度造成较大影响。虽然国际上为了降低深度划痕的影响，在管道材料方面进行了改进，尝试开发新型聚乙烯材料（如双峰聚乙烯材料），但其效果还未凸显且目前成本过高。因此，埋地聚乙烯管道上以划痕为代表的缺陷会对管道造成不可逆的影响，在爆破拆除塌落体触地冲击下，无缺陷和有缺陷的管段会面临十分不同的应力应变分布情况。为了克服上述问题，本申请根据埋地聚乙烯燃气管道的缺陷情况将其分为无缺陷段、有缺陷段，并分别建立管土相互作用三维有限元模型进行触地冲击下的动力响应模拟，得到各自管段在触地冲击下埋地聚乙烯管道的应力分布，最终以各管段的应力分布情况作为参考依据，来评价埋地聚乙烯管道在爆破拆除塌落体触地冲击下的安全性。其中，对于无缺陷段和有缺陷段的识别与划分，可以依靠现有的管道探伤技术或管道机器人技术、甚至是开挖回填等技术实现，本领域技术人员均可实现。
进一步的，步骤S1中，触地冲击作用在埋地聚乙烯燃气管道上的荷载为P P ，计算公式如下：
Figure 222192DEST_PATH_IMAGE001
式中，P max 为作用在地表的触地冲击最大载荷；H为埋地聚乙烯燃气管道上方覆土层厚度；L为触地冲击载荷作用点与埋地聚乙烯燃气管道的水平间距；其中P max 的计算公式如下：
Figure 49333DEST_PATH_IMAGE002
式中，n为冲击系数，V为塌落体与地面接触时的速度，M为塌落体质量的倒数。
本方案中，P max 的求解原理为：根据牛顿第二定律和力的平衡关系，得到塌落体的自由落体产生的冲力P 1的方程、地面结构承受的冲击力P 2的方程；再根据赫兹定理得到冲击压力和变形的关系方程；联立前述方程并进行积分，即可得到在触地冲击下的最大挤压变形，再通过能量守恒定律，即可得到作用在地表的触地冲击最大载荷P max 。
进一步的，步骤S2中，基于工程应力-应变曲线得到真实应力、真实应变的方法包括：
S201、根据工程应力-应变曲线，拟合得到不同拉伸速率下管材的屈服强度计算公式；
S202、将不同拉伸速率代入屈服强度计算公式中，得到管材屈服时的工程应力
Figure 787482DEST_PATH_IMAGE003
；
S203、计算真实应力
Figure 307456DEST_PATH_IMAGE004
、真实应变
Figure 435949DEST_PATH_IMAGE005
：
Figure 191416DEST_PATH_IMAGE006
Figure 925017DEST_PATH_IMAGE007
式中，ε为工程应变，根据工程应力-应变曲线得到；
Figure 474947DEST_PATH_IMAGE008
为管材的泊松比；L 0 为拉伸试验的试样初始长度；L为拉伸试验后的试样长度；ΔL为试样变形量。
本方案在计算真实应力和真实应变时，考虑到在实际拉伸过程中，聚乙烯试样的体积是变化的，因此考虑了泊松比；又由于聚乙烯材料的泊松比与拉伸速率没有相关性，但会随其应变的增大而减小，最终得到如上的真实应力
Figure 780418DEST_PATH_IMAGE004
、真实应变
Figure 949362DEST_PATH_IMAGE005
的计算公式。
进一步的，步骤S3中，得到埋地聚乙烯管道的弹性模量和屈服强度的方法包括：
S301、将不同拉伸速率下得到的真实应力
Figure 662103DEST_PATH_IMAGE004
、真实应变
Figure 523880DEST_PATH_IMAGE005
代入埋地聚乙烯管道的双曲线本构模型，得到：
Figure 626965DEST_PATH_IMAGE009
式中，a、b为待定参数；
S302、用双曲线本构模型公式对工程应力-应变曲线进行拟合，得到不同拉伸速率下对应的a、b值，建立a、b与拉伸速率的关系曲线；
S303、用a、b与拉伸速率的关系曲线对a、b进行拟合，得到：
a=a 1×ln(v)+ a 2
b=b 1×ln(v)+ b 2
式中，v为管材的单轴拉伸速率；a 1、a 2、b 1、b 2均为双曲线本构模型参数；
S304、得到埋地聚乙烯管道的本构模型公式，并根据本构模型公式得到不同拉伸速率下管材的应力应变曲线；所述本构模型公式为：
Figure 458655DEST_PATH_IMAGE010
式中，
Figure 901269DEST_PATH_IMAGE011
为应力；ε为应变；v为管材的单轴拉伸速率；a 1、a 2、b 1、b 2均为双曲线本构模型参数；
S305、根据不同拉伸速率下管材的应力应变曲线，得到相应应变率下埋地聚乙烯燃气管道的弹性模量和屈服强度。
本申请将拉伸试验结果数值进行转化，得到不同应变率下聚乙烯管道材料试样的真实应力、应变曲线，在试验过程中记录下管道材料的屈服强度，在不同拉伸速率下多次试验求得平均值后发现，管材的屈服应力与拉伸速率满足对数关系；通过对试验数据的拟合得到屈服应力与拉伸速率之间的关系。
本方案使用本构模型来进行研究，是由于聚乙烯材料是一种粘弹性材料，其材料特性随着温度、时间的变化而发生改变，具有蠕变、松弛与率相关等特性。并且，双曲线本构模型考虑了应变速率，与其他模型相比，在相同条件下对聚乙烯管道的运行具有更高的安全性。
通过双曲线本构模型公式对工程应力-应变曲线进行拟合，即可得到各自对应的常数a、b值，随着拉伸速率的增加，常数a和b都呈现下降的趋势，并且常数a的变化斜率相对更大。然后再用a、b与拉伸速率的关系曲线对a、b进行拟合，即可得到a、b关于拉伸速率的关系方程，求解该方程，并将求解结果代入埋地聚乙烯管道的本构模型公式内，即可得到不同拉伸速率下管材的应力应变曲线，进而得到埋地聚乙烯管道的弹性模量和屈服强度。
进一步的，步骤S4中，通过触地冲击下的动力响应模拟获得：管道在触地冲击下的不同时刻范式等效应力云图、管道横截面处范式等效应力随时间变化曲线、管道受冲击中心横截面各位置沿塌落体垂直冲击方向的位移随时间变化曲线、管道最大范式等效应力沿轴向变化曲线、管道纵截面形变量沿轴向变化曲线。
本方案中，进行触地冲击下的动力响应模拟，得到以上所有的云图或曲线，以用于分析各参数对管道强度的影响，得到塌落体参数与管道相关参数的变化规律，为爆破工程施工提供更全面的设计参考依据。根据上述变化曲线可以得到聚乙烯（PE）管道在触地冲击各参数变化下的力学性能的变化规律，进一步可以拟合单参数变化下的管道力学响应的回归公式。为后续的多因素、全方位安全评价方法奠定基础。其中：
管道在触地冲击下的不同时刻范式等效应力云图可用于获得不同时刻下管道最大范式等效应力的不同位置。
管道横截面处范式等效应力随时间变化曲线可用于获得受触地冲击振动的影响，管道随回填土介质振动，不断产生附近动应力，导致管道应力出现波动起伏的情况。
管道各位置沿塌落体垂直冲击方向的位移随时间变化曲线可用于获得管道在哪个时刻位移开始迅速增大、在哪个时刻位移为最大、以及在哪个时刻位移开始见效、并在哪个时刻各位置位移趋于一致。
管道最大范式等效应力沿轴向变化曲线可用于获得管道最大范式等效应力随着轴向距离进行变化的趋势，以此判断冲击载荷不易对哪些区间的管段造成损伤。
管道纵截面形变量沿轴向变化曲线可用于获得触地时由于土体的阻碍作用，触地速度迅速减小的过程中，土体向下凹陷并挤压管道的过程对管道形变量的影响。
进一步的，步骤S5中，在评价埋地聚乙烯管道在爆破拆除塌落体触地冲击下的安全性之前，还对评价参数进行敏感性分析。本案发明人在研究过程中发现，由于触地冲击荷载作用下对埋地输气管道最大等效应力的影响因素众多，每一项因素都全面考虑所涉及的数据量巨大。因此，为了简洁有效的分析辨别出某些主要的因素对管道的影响，直观的看出各影响因素的主导地位，同时为实际工程提出有效的指导和参考，本方案还对影响管道的评价参数进行敏感性分析，以获得影响管道响应的关键参数的影响，以此极大降低工程难度，为实际工程提出有效的指导和参考，避免本发明停留在理论阶段。
进一步的，对于无缺陷段，进行敏感性分析的评价参数包括以下任意一种或多种：塌落体触地冲击速度、塌落体触地冲击角度、塌落体触地冲击方式、塌落体触地冲击偏心距、聚乙烯燃气管道径厚比、埋地聚乙烯燃气管道覆土厚度、路面结构；
对于有缺陷段，进行敏感性分析的评价参数包括以下任意一种或多种：塌落体触地冲击速度、聚乙烯燃气管道内部工作压力、缺陷深度、缺陷宽度、缺陷长度。当然，对于有缺陷段而言，除了这些评价参数外，还可以根据需要增加针对无缺陷段中的任意评价参数以提高模型准确率。
上述参数均是结合工程应用领域所得出的，会对管道的安全运行产生重要影响的参数。
进一步的，对评价参数进行敏感性分析的方法包括：
S501、对每种评价参数进行变量分析，得到不同参数下管道的强度和位移变化规律曲线、以及对应的曲线公式；
S502、对各评价参数进行正交试验：
使每种评价参数对应一列因素，设Kjm为第j列因素在m水平下所对应的试验指标和，`
Figure 58581DEST_PATH_IMAGE012
为Kjm的平均值；
计算第j列因素的极差Rj，通过Rj反映第j列因素的水平变动时，试验指标的变动幅度；其中：
Figure 586645DEST_PATH_IMAGE013
得到正交试验结果；其中Rj越大、对应的评价参数对管道危害越大；
S503、对正交试验结果进行多元线性回归，得到各评价参数与管道最大范式等效应力的回归方程。
本方案中，Rj反映了第j列因素的水平变动时，试验指标的变动幅度；其值越大说明在触地载荷冲击管道的过程中，该评价参数对管道的最大应力影响越大，即对管道的安全运行危害最大。所以可以依据Rj的大小判断不同参数影响管道最大应力的主次。最后对正交试验结果进行多元线性回归，得到各评价参数与管道最大范式等效应力的回归方程，根据该回归方程可预测不同工况下，管道的强度如何，是否超过屈服强度，是否处于安全状态。
进一步的，步骤S5中，评价埋地聚乙烯管道在爆破拆除塌落体触地冲击下的安全性的依据为：当埋地聚乙烯管道在爆破拆除塌落体触地冲击下，其上最大范式等效应力大于或等于管道屈服强度时，管道超过极限承载能力。
本案发明人在研究过程中发现，管材的屈服是管道失效泄漏的主要原因，韧性失效时剪切屈服，而脆性失效是慢速裂纹扩展，这两者均属于屈服失效。本申请的研究重点是聚乙烯管的韧性失效，不涉及管材的脆性失效和热氧老化失效；由拉伸试验获得，当外加载荷达到管材屈服应力时，聚乙烯管材屈服了却并没有立即失效，但是在其材料缺陷处或者结构薄弱处已发生明显的塑形变形，管道的整体承压能力减小很多，管材也会在更短的时间失效破坏，因此本方案中选取管材的屈服强度作为其失效判据能够充分保证工程安全。
进一步的，步骤S4中，对有缺陷段建立管土相互作用三维有限元模型的方法包括：
S401、假设缺陷不存在，建立无缺陷埋地聚乙烯燃气管道非线性接触三维模型；
S402、在管道表面建立含半椭圆形截面缺陷的埋地聚乙烯燃气管道非线性接触三维模型；
S403、对缺陷尺寸进行无量纲化处理，得到缺陷深度系数A、缺陷宽度系数B、缺陷长度系数H’：
A=a’/t；
B=2b’/πD；
H’=l/(Dt)1/2；
式中，a’为缺陷截面长半轴的长度；t为管道壁厚；b’为缺陷截面短半轴的长度；l为缺陷轴向长度；D为管道外径；
S404、将A、B、H’代入无缺陷模型内，并对缺陷处的网格进行局部加密处理；
S405、对模型进行有效性验证。
本方案中建立的半椭圆形截面缺陷，与工程实际情况具有较大的相符率，且对计算过程也较为友好，能够有效模拟含缺陷管段的极限承载能力，其结果能够为爆破施工方案设计提供有效参考。其中有效性验证可通过对模拟结果与拉伸试验结果对比获得，也可采用现有的其余有效性验证手段。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法，解决了现有技术中对于建筑物爆破拆除时，塌落体的触地冲击对城市埋地聚乙烯燃气管道的危害难以进行有效评估的问题，实现了为爆破工程施工提供有效参考、为爆破施工时对埋地聚乙烯燃气管道的安全防护提供科学合理的判断依据，对保护城镇天然气管网安全运行以及城镇燃气管道的完整性管理有着积极重大的意义，为保障爆破拆除安全施工，防止重大安全事故的发生提供了科学合理的参考依据。
2、本发明爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法，实现了对埋地聚乙烯燃气管道上的缺陷对触地冲击作用下管道安全的评价，具有极强的工程意义。
3、本发明爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法，对影响埋地聚乙烯燃气管道安全的评价参数进行敏感性分析，以获得影响管道响应的关键参数的影响，以此极大降低工程难度，为实际工程提出有效的指导和参考。
4、本发明爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法，以管材的屈服强度，作为爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯管道失效的判据，更加确保工程安全。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明具体实施例的流程示意图；
图2为本发明具体实施例中a、b与拉伸速率的关系曲线；
图3为本发明具体实施例中最大应力与位移随时间变化曲线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1所示的爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法，以PE100级的HDPE（高密度聚乙烯）SDR17（外径/壁厚=17）的管道作为研究对象，具体评价步骤包括：
步骤S1、对埋地聚乙烯燃气管道进行受力分析，计算触地冲击作用在埋地聚乙烯燃气管道上的荷载P P ，计算公式如下：
Figure 487605DEST_PATH_IMAGE001
式中，P max 为作用在地表的触地冲击最大载荷；H为埋地聚乙烯燃气管道上方覆土层厚度；L为触地冲击载荷作用点与埋地聚乙烯燃气管道的水平间距；其中P max 的计算公式如下：
Figure 847042DEST_PATH_IMAGE002
式中，n为冲击系数，V为塌落体与地面接触时的速度，M为塌落体质量的倒数。
步骤S2、取与埋地聚乙烯管道相同材质与型号的管材，进行拉伸试验，得到工程应力-应变曲线；基于工程应力-应变曲线得到真实应力、真实应变；
步骤S3、将真实应力和真实应变代入埋地聚乙烯管道的双曲线本构模型内，计算埋地聚乙烯管道的本构模型公式，得到埋地聚乙烯管道的弹性模量、屈服强度；
步骤S4、根据埋地聚乙烯管道的缺陷情况将其分为无缺陷段、有缺陷段，分别建立管土相互作用三维有限元模型，将所述弹性模量代入管土相互作用三维有限元模型中，进行触地冲击下的动力响应模拟，得到触地冲击下埋地聚乙烯燃气管道的应力分布；
步骤S5、评价埋地聚乙烯燃气管道在爆破拆除塌落体触地冲击下的安全性，其评价依据为：当埋地聚乙烯燃气管道在爆破拆除塌落体触地冲击下，其上最大范式等效应力大于或等于管道屈服强度时，管道超过极限承载能力。
实施例2：
爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法，在实施例1的基础上，步骤S2-S3的具体实施过程如下：
根据本实施例中PE100级高密度聚乙烯管材的拉伸试验结果得到工程应力应变曲线，拟合得到不同速率下PE100的屈服强度的计算公式：
Figure 50621DEST_PATH_IMAGE014
Figure 190616DEST_PATH_IMAGE015
为相应拉伸速率下的屈服应力，MPa; v是管材的单轴拉伸速率，mm/min。
根据此公式代入不同的PE100的管材拉伸速率就可以预测出相应的管材屈服时的工程应力
Figure 505054DEST_PATH_IMAGE016
。
将预测出的工程应力代入下式可得屈服时的真实的应力：
Figure 46893DEST_PATH_IMAGE017
Figure 421374DEST_PATH_IMAGE018
为工程应力;
Figure 783085DEST_PATH_IMAGE019
为真实应力; ε为工程应变;
Figure 901214DEST_PATH_IMAGE020
为泊松比。
Figure 235243DEST_PATH_IMAGE007
Figure 905259DEST_PATH_IMAGE021
为真实应变；L为试样长度，m；L 0 为试样初始长度，m；
Figure 629633DEST_PATH_IMAGE022
为试样变形量，m。
再将单轴拉伸试验下获得的不同拉伸速率的工程应力根据上述两式得到真实应力和真实应变，再代入管材的双曲线本构模型：
Figure 676086DEST_PATH_IMAGE023
用双曲线本构模型公式对工程应力-应变曲线进行拟合，得到不同拉伸速率下对应的a、b值如表1所示，建立a、b与拉伸速率的关系曲线如图2所示。
表1 不同拉伸速率下PE100管道的材料常数
Figure 802305DEST_PATH_IMAGE024
再通过图2对a、b进行拟合，得到与拉伸速率的关系式：
a= -0.79×10-4ln(v)+5.61×10-4
b= -1.18×10-3ln(v)+3.95×10-2
即可得到双曲线本构模型的参数a 1=-0.79×10-4、a 2=5.61×10-4、b 1=-1.18×10-3、b 2=3.95×10-2。
代入本构模型公式：
Figure 643222DEST_PATH_IMAGE010
根据此公式可以得到不同拉伸速率下管材的应力应变曲线。根据应力应变曲线和GB/T1040.1《塑料拉伸性能的测定》中拉伸弹性模量的详细计算方法，计算应力应变曲线应变 ε1=0.05%与应变 ε2=0.25%区间斜率的平均值，即可得到相应的弹性模量；同理，屈服强度也可以根据得到本构模型曲线获得。
实施例3：
在上述任一实施例的基础上，本实施例对步骤S4进行细化：
对于无缺陷段管道的管土有限元模型建立：选用Drucker-Prager模型，该模型可以很好的模拟材料在荷载冲击下的弹塑性状态，而且在大变形计算中不会出现不稳定现象；管材等级选取PE100燃气输送管道，其密度为951kg/m3，在冲击载荷下HDPE管的拉伸速率约为300mm/min；根据上述实施例记载的方法，得到该管材的屈服强度为27.4MPa、弹性模量为1115MPa。塌落体采用平面触地接触方式，塌落体设置为高度较低的长方体，长2m，高度0.5m，宽1m，管径预设置为110mm，壁厚6.5mm，覆土厚度0.8m。
模型底部施加完全固结约束，左右两端施加对称约束，沿管道方向，两端施加对称约束，地面为自由面，无任何约束，同时模型受到重力加速度影响，塌落体约束为刚体。
管道和土体都为实体单元，确定模型尺寸大小之后，通过ABAQUS有限元分析软件对其进行建模，管道和土体均采用实体单元建模。考虑管-土相互作用接触处的复杂性及关键性，对管土局部土体进行网格细化，网格均选用八节点线性六面体线性减缩积分单元（C3D8R），C3D8R网格单元体对于大变形分析非常适用，并且所计算的结果精确，也能够减少计算时间，提高计算效率。
对于有缺陷段管道的管土有限元模型建立：在前述无缺陷段管道的管土有限元模型的基础上，在管道表面建立半椭圆形截面缺陷；对缺陷尺寸进行无量纲化处理，得到缺陷深度系数A、缺陷宽度系数B、缺陷长度系数H’：A=a’/t；B=2b’/πD；H’=l/(Dt)1/2。式中，a’为缺陷截面长半轴的长度；t为管道壁厚；b’为缺陷截面短半轴的长度；l为缺陷轴向长度；D为管道外径。将A、B、H’代入无缺陷模型内，并对缺陷处的网格进行局部加密处理。
具体的动力响应模拟以有缺陷段管道为例：本实施例中取最大划痕深度系数为0.5，缺陷位于起拱线处的工况，该工况下塌落体触地速度为10m/s，管道压力为中压0.4MPa、覆土厚度为0.8m，管道壁厚为6.5mm，触地方式为平面接触，且浅埋HDPE管道位于冲击中心的正下方。
通过对本实施例工况进行触地冲击下的动力响应模拟，得到如图3所示的最大应力与位移随时间变化曲线
通过分析图3可知，当HDPE（高密度聚乙烯）管道缺陷位于起拱线处时，含划痕缺陷管道在0-0.04s的这段时间内，整体最大范式等效应力要大于不含缺陷的管道，管道处于触地冲击区域的最大应力增长了42.9%，说明缺陷对管道应力影响很大，在0s时，塌落体开始触地，此时管道的位移为0，管道的应力为6.5MPa，当0.005s时管道应力和位移同时开始变化，管道的范式等效应力在0.006s时达到最大值，说明塌落体冲击埋地管道的过程为瞬态受力过程，来自土体的冲击力在极短的时间内传递到管道上，并且缺陷管道在0.016s时管道出现第二个应力峰值，对比此时的无缺陷管道并没有出现较大的峰值，对比可以看出，当管道起拱线处出现较深缺陷时，管道的应力波动幅度变大，应力回落至稳定的时间变长，此时管道的位移没有远没有达到最大值，当0.0167s时，管道位移达到最大值0.0252m，最后位移回弹至0.008m，这表明当冲击过程结束时，由于触地中心区域的土体凹陷导致管道不能恢复至原状，出现一定程度的变形。
在一个或多个优选的实施方式中，通过触地冲击下的动力响应模拟，还可以获得如下参数并进行分析：管道在触地冲击下的不同时刻范式等效应力云图、管道横截面处范式等效应力随时间变化曲线、管道受冲击中心横截面各位置沿塌落体垂直冲击方向的位移随时间变化曲线、管道最大范式等效应力沿轴向变化曲线、管道纵截面形变量沿轴向变化曲线。
实施例4：
在上述任一实施例的基础上，步骤S5在评价埋地聚乙烯管道在爆破拆除塌落体触地冲击下的安全性之前，还对评价参数进行敏感性分析，本实施例对无缺陷段、有缺陷段的敏感性分析分别举例：
（一）无缺陷段管道在触地载荷下的敏感性分析
在爆破拆除塌落体触地过程中，选取可能对管道强度造成影响的各个参数，对每种影响参数进行变量分析，可以得到某种参数下管道的强度和位移的变化规律以及对应的预测曲线公式。为综合比较各参数对管道强度的影响程度，并探究了这些因素共同作用下与管道强度的关系，设计相应的正交试验，每种参数对应一种因素如表2所示：
表2 无缺陷段因素-水平表
Figure 854892DEST_PATH_IMAGE025
设Kjm为第j列因素m水平所对应的试验指标和，
Figure 439457DEST_PATH_IMAGE026
为Kjm的平均值。本实施例中
Figure 685761DEST_PATH_IMAGE027
由Kjm的大小可以判断j因素的优水平和各因素的水平组合，即最优组合。
Rj为第j列因素的极差，即第j列因素各水平下平均指标值的最大最小值之差：
Figure 363824DEST_PATH_IMAGE028
Rj反映了第j列因素的水平变动时，试验指标的变动幅度。越大说明在触地载荷冲击管道的程中，该影响参数对管道的最大应力影响最大，即对管道的安全运行危害最大。于是可以依据Rj的大小，可以判断不同参数（本实施例中选取触地速度、冲击角度、覆土厚度、偏心距）影响无缺陷管道最大应力的主次。
本实施例中：
Figure 453003DEST_PATH_IMAGE029
同理可得R J =5.72；R H =4.71；R P =6.44。
可以看出，在影响无缺陷管道的4个因素中，参数敏感性由大到小依次为：管道与触地中心的水平间距、冲击角度、触地冲击速度、管道埋深，且相比于管道的埋深，管道与触地中心的间距以及冲击角度对管道的影响要大得多。
再对正交试验计算结果进行多元线性回归分析，得到各参数与管道最大范式等效应力的回归方程：Y=0.5944V+0.0953J-0.22778H-4.027P-1.05363；该公式具有通用性，能够为后续工程施工提供参考。
式中，Y为管道最大范式等效应力；V为触地速度；J为冲击角度；P为偏心距离。
（二）有缺陷段管道在触地载荷下的敏感性分析
与上述对于无缺陷段管道在触地载荷下的敏感性分析的思路一致，本实施例设计五个评价参数（触地速度、内压、缺陷深度、缺陷宽度、缺陷长度）的正交试验，进行极差分析。
根据正交试验计算结果进行多元线性回归分析得：
Y=1.7253V-4.566P+16.746A+37.8407B+0.15946H’-3.76857
=1.7253V4.566P+16.746a’/t+37.84072b’/3.14D+0.15946l/(Dt)1/2-3.76857
式中，Y为管道最大范式等效应力；V为触地速度；P为内压；A为缺陷深度系数；B为缺陷宽度系数；H’为缺陷长度系数；a’为缺陷截面长半轴的长度；t为管道壁厚；b’为缺陷截面短半轴的长度；l为缺陷轴向长度；D为管道外径。
此公式同样具有通用性，在满足限定工况的前提下，根据此公式可以初步预测不同工况下，含缺陷管段的强度如何，是否超过屈服强度，是否处于安全状态。
实施例5：
基于上述任一实施例的评价方法，本实施例对某工程实例进行了评价分析：
某市的某高架桥于1997年正式通车，长3.476公里，并且在两条大道的交界处的起爆中心的桥墩旁边地下，埋设有一条直径为160mm的聚乙烯天然气管道，管道埋深为1.5m。桥的主体长度为2953.2m，主桥分割为22联，每孔跨径16m，主题桥梁底部距离地面高度为5.0~5.3 m，桥梁厚度约为1.7m。
本实施例建立有限元模型，分别计算了塌落体触地冲击下施加防护措施的埋地输气管道无压情况下和不设防护措施的有限元计算模型，冲击速度设置为9.8m/s，冲击角度90°。根据计算结果得到了浅埋HDPE输气管道防护前的最大Mises（范式等效）应力时程图、浅埋HDPE管道防护前的最大应力云图、浅埋HDPE输气管道防护前的最大位移时程图、浅埋HDPE输气管道防护前的最大应力云图。
采用本申请的评价方法进行评价后得出：
没有进行防护的管道在桥体爆破塌落体的巨大冲击力作用下，埋地HDPE管道的最大Mises（范式等效）应力已经到达了30.89Mpa，超过屈服强度，这意味着管道两侧已经因屈服而失效，而未进行防护的HDPE管道其管道的峰值应力一直在起伏波动，且波动的峰值较大，在0.0053s时，在管道横截面一侧的在冲击区域内的管道，管侧的应力集中明显，并且达到屈服的管道长度受塌落桥体的影响；在随后0.15s，管道出现的峰值应力为23.40MPa，此时管道应力集中的区域减小，在塌落桥体的边界处，出现了小于塌落中心的应力集中，这是因为此处管道在纵向上发生了形变，导致了较大应力集中的出现；在0.22s时，管道的峰值Mises（范式等效）应力为19.87MPa，管道侧面应力集中的区域进一步减小；最后再0.031s时，管道的应力集中区域最小，并且该处的应力峰值也是再计算工况内最小的；总的来说，管道的应力波动峰值随时间逐渐减小，应力集中区域也逐渐减小。管道的不同时刻的最大位移随着时间逐渐增大，当桥体触地速度逐渐减小至0时，即在桥体触地作用时间为0.18s时，埋地燃气管道上方的桥体的动能为0，随后管道和管道上方的土体进行了一定的回弹，埋地管道在塌落桥体的触地冲击下，最大沉降位移发生在桥体的中间正对管道的位置。
综上，在该高架桥爆破施工过程中，该管道若不进行相应防护，必然会因屈服而失效，安全隐患极大。
为此，本实施例还对应制定了以下三种防护措施：
（1）EPS垫层防护。EPS材料是一种由聚苯乙烯、可溶性戊烷和防火剂混合而成的轻型高分子聚合物，在管道上方回填内铺设0.7m后的EPS缓冲垫层。
（2）利用沙袋墙、钢板、旧轮胎进行多级复合缓冲防护。其原理为：沙袋墙的高度，降低了桥体塌落触地时的速度，同时沙袋墙产生了塑性变形，起到了缓冲效能的作用，并且沙袋墙的位置并不在管道的正上方，而是在管道的两侧，这使得塌落体的冲击力分散到了管道两侧的土体上，并没有对管道直接施加压力。钢板使得沙袋墙受力均匀，防止因沙袋墙上部不平整而出现塌落体偏斜触地的问题。该防护措施适用性广泛，对于拆除塌落体下方的其他临近埋地水管、混凝土管道以及电力电信管线等，均具有良好的适用性，并且防护成本低。
具体措施为，首先在管道正上方铺设宽2m后0.2m的沙土，沙土上方再铺设两层旧轮胎，最后在沙土的两侧，堆叠宽1.5m高1m的沙袋墙。当桥墩被爆破后，塌落的桥体首先接触到高1m的沙袋墙，这意味着桥体的塌落冲击力主要由管道正是上方两侧的沙袋墙承受，若沙袋墙被压缩至轮胎位置，则由管道正上方的轮胎、钢板以及沙土进行二次减振。
（3）分段延时爆破技术。当桥体下的多个桥墩被先后爆破时，先爆破的桥墩侧的箱梁端瞬间在重力的作用下下落，另一端桥墩还未爆破，在另一端桥墩爆破之前，桥体绕另一端发生转动，当另一端桥墩爆破时，桥体处于倾斜状态，这样桥体的一端先触地另一端后触地分两次完成冲击。
本实施例对上述三种防护措施分别建立有限元模型进行分析：
在EPS防护垫层的保护下，管道在桥体触地作用下，最大Mises（范式等效）应力为18.85MPa，在随后的应力波动中仅出现过一次较大的应力为11.3MPa，所以管道在施加EPS防护垫层后是安全的。不过对于该管道的横截面所在的平面，该管道已经出现一定程度的弯曲管道，如果位移过度可能造成管道接头和焊接处发生损坏。
在利用沙袋墙、钢板、旧轮胎进行多级复合缓冲防护下，在桥体塌落至复合缓冲层后，经过0.042s后，管道的Mises（范式等效）应力达到最大值，最大值为8.55MPa，显然在该防护措施的作用下，管道在塌落桥体的触地冲击下是安全的。管道的Mises（范式等效）应力随时间的波动很小，应力曲线相对比较平滑，触地作用时间明显增长，触地作用时间变长之后，塌落体对地面的冲击力会减小，所以对管道的附加应力也变小了。当出现最大应力时，管道的最大Mises（范式等效）应力出现在冲击中心管道的上下侧内表面，并且管道的横截面没有发生明显变化，说明管道的横截面形变不大。对比未进行防护的埋地管道应力曲线图，管道的出现最大应力出现的波峰的次数明显减少，触地作用时间明显增长，最大Mises（范式等效）应力明显减小。可以看出多级复合缓冲层防护措施对埋地HDPE管道的防护效果明显。
在分段延时爆破技术下，触地时间从箱梁完全触地开始算起，埋地燃气管道的最大应力瞬间达到最大值，最大值为20MPa，所以在对桥体进行延时分段爆破拆除时，埋地管道并没有因达到最大应力而屈服，说明防护措施安全有效。在0.006s时管道出现了最大Mises（范式等效）应力，说明塌落桥体的触地作用时间很短，管道出现的最大应力值也相对较大，管道的最大应力在空间上，出现在冲击区域中心管道的两侧内表面上；在0.016s时管道的最大应力值出现了第二次较大起伏，此时管道的最大应力出现在同样的位置；在0.026s后管道的应力逐渐区域平稳，且最大值在4 MPa以下。相对于未施加防护作用的管道，触地后管道的响应时间几乎相同的，均在0.006左右，同样是地面未施加防护缓冲措施，延时爆破后，管道的最大应力下降了33.3%。
综上，可以看出：利用沙袋墙、钢板和旧轮胎进行多级复合防护的效果最好，能减缓最大应力的71.6%；EPS垫层防护效果其次，分段延时爆破技术的防护效果最次，不过成本极低。
通过本实施例可以看出，本申请所记载的安全评价方法，对于城镇爆破拆除工程施工作业具有显著的工程意义和社会效益。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体，意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以是经由其他部件间接相连。

Claims (8)

1.爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法，其特征在于，包括：
步骤S1、对埋地聚乙烯燃气管道进行受力分析，计算触地冲击作用在埋地聚乙烯燃气管道上的荷载；
步骤S2、取与埋地聚乙烯燃气管道相同材质与型号的管材，进行拉伸试验，得到工程应力-应变曲线；基于工程应力-应变曲线得到真实应力、真实应变；
步骤S3、将真实应力和真实应变代入埋地聚乙烯燃气管道的双曲线本构模型内，通过计算埋地聚乙烯管道的本构模型公式，得到不同拉伸速率下埋地聚乙烯燃气管道的弹性模量和屈服强度；
步骤S4、根据埋地聚乙烯燃气管道的缺陷情况将其分为无缺陷段、有缺陷段，分别建立管土相互作用三维有限元模型，将所述弹性模量和屈服强度代入管土相互作用三维有限元模型中，进行触地冲击下的动力响应模拟，得到触地冲击下埋地聚乙烯管道的应力和位移分布；
步骤S5、评价埋地聚乙烯管道在爆破拆除塌落体触地冲击下的安全性；
步骤S1中，触地冲击作用在埋地聚乙烯燃气管道上的荷载为P P ，计算公式如下：
Figure 858190DEST_PATH_IMAGE001
式中，P max 为作用在地表的触地冲击最大载荷；H为埋地聚乙烯燃气管道上方覆土层厚度；L为触地冲击载荷作用点与埋地聚乙烯燃气管道的水平间距；其中P max 的计算公式如下：
Figure 784558DEST_PATH_IMAGE002
式中，n为冲击系数，V为塌落体与地面接触时的速度，M为塌落体质量的倒数；
步骤S4中，对有缺陷段建立管土相互作用三维有限元模型的方法包括：
S401、假设缺陷不存在，建立无缺陷埋地聚乙烯燃气管道非线性接触三维模型；
S402、在管道表面建立含半椭圆形截面缺陷的埋地聚乙烯燃气管道非线性接触三维模型；
S403、对缺陷尺寸进行无量纲化处理，得到缺陷深度系数A、缺陷宽度系数B、缺陷长度系数H’：
A=a’/t；
B=2b’/πD；
H’=l/(Dt)1/2；
式中，a’为缺陷截面长半轴的长度；t为管道壁厚；b’为缺陷截面短半轴的长度；l为缺陷轴向长度；D为管道外径；
S404、将A、B、H’代入无缺陷模型内，并对缺陷处的网格进行局部加密处理；
S405、对模型进行有效性验证。
2.根据权利要求1所述的爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法，其特征在于，步骤S2中，基于工程应力-应变曲线得到真实应力、真实应变的方法包括：
S201、根据工程应力-应变曲线，拟合得到不同拉伸速率下管材的屈服强度计算公式；
S202、将不同拉伸速率代入屈服强度计算公式中，得到管材屈服时的工程应力
Figure 333351DEST_PATH_IMAGE003
；
S203、计算真实应力
Figure 686972DEST_PATH_IMAGE004
、真实应变
Figure 485163DEST_PATH_IMAGE005
：
Figure 215222DEST_PATH_IMAGE006
Figure DEST_PATH_IMAGE007
式中，ε为工程应变，根据工程应力-应变曲线得到；
Figure 211997DEST_PATH_IMAGE008
为管材的泊松比；L 0 为拉伸试验的试样初始长度；L为拉伸试验后的试样长度；ΔL为试样变形量。
3.根据权利要求1所述的爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法，其特征在于，步骤S3中，得到埋地聚乙烯管道的弹性模量和屈服强度的方法包括：
S301、将不同拉伸速率下得到的真实应力
Figure 736519DEST_PATH_IMAGE004
、真实应变
Figure 225269DEST_PATH_IMAGE005
代入埋地聚乙烯管道的双曲线本构模型，得到：
Figure 994904DEST_PATH_IMAGE009
式中，a、b为待定参数；
S302、用双曲线本构模型公式对工程应力-应变曲线进行拟合，得到不同拉伸速率下对应的a、b值，建立a、b与拉伸速率的关系曲线；
S303、用a、b与拉伸速率的关系曲线对a、b进行拟合，得到：
a=a 1×ln(v)+ a 2
b=b 1×ln(v)+ b 2
式中，v为管材的单轴拉伸速率；a 1、a 2、b 1、b 2均为双曲线本构模型参数；
S304、得到埋地聚乙烯管道的本构模型公式，并根据本构模型公式得到不同拉伸速率下管材的应力应变曲线；所述本构模型公式为：
Figure 49448DEST_PATH_IMAGE010
式中，
Figure 276030DEST_PATH_IMAGE011
为应力；ε为应变；v为管材的单轴拉伸速率；a 1、a 2、b 1、b 2均为双曲线本构模型参数；
S305、根据不同拉伸速率下管材的应力应变曲线，得到相应应变率下埋地聚乙烯燃气管道的弹性模量和屈服强度。
4.根据权利要求1所述的爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法，其特征在于，步骤S4中，通过触地冲击下的动力响应模拟获得：管道在触地冲击下的不同时刻范式等效应力云图、管道横截面处范式等效应力随时间变化曲线、管道受冲击中心横截面各位置沿塌落体垂直冲击方向的位移随时间变化曲线、管道最大范式等效应力沿轴向变化曲线、管道纵截面形变量沿轴向变化曲线。
5.根据权利要求1所述的爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法，其特征在于，步骤S5中，在评价埋地聚乙烯燃气管道在爆破拆除塌落体触地冲击下的安全性之前，还对评价参数进行敏感性分析。
6.根据权利要求5所述的爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法，其特征在于，
对于无缺陷段，进行敏感性分析的评价参数包括以下任意一种或多种：塌落体触地冲击速度、塌落体触地冲击角度、塌落体触地冲击方式、塌落体触地冲击偏心距、聚乙烯燃气管道径厚比、埋地聚乙烯燃气管道覆土厚度、路面结构；
对于有缺陷段，进行敏感性分析的评价参数包括以下任意一种或多种：塌落体触地冲击速度、聚乙烯燃气管道内部工作压力、缺陷深度、缺陷宽度、缺陷长度。
7.根据权利要求5所述的爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法，其特征在于，对评价参数进行敏感性分析的方法包括：
S501、对每种评价参数进行变量分析，得到不同参数下管道的强度和位移变化规律曲线、以及对应的曲线公式；
S502、对各评价参数进行正交试验：
使每种评价参数对应一列因素，设Kjm为第j列因素在m水平下所对应的试验指标和，
Figure 48814DEST_PATH_IMAGE012
为Kjm的平均值；
计算第j列因素的极差Rj，通过Rj反映第j列因素的水平变动时，试验指标的变动幅度；其中：
Figure 58358DEST_PATH_IMAGE013
；
得到正交试验结果；其中Rj越大、对应的评价参数对管道安全运行的危害越大；
S503、对正交试验结果进行多元线性回归，得到各评价参数与管道最大范式等效应力的回归方程。
8.根据权利要求1所述的爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法，其特征在于，步骤S5中，评价埋地聚乙烯管道在爆破拆除塌落体触地冲击下的安全性的依据为：当埋地聚乙烯管道在爆破拆除塌落体触地冲击下，其上最大范式等效应力大于或等于管道屈服强度时，管道超过极限承载能力。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115293656B (zh) * 2022-10-08 2023-04-07 西南石油大学 基于贝叶斯网络的并行油气管道多米诺效应风险分析方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR6685263D0 (pt) * 1966-04-29 1973-09-06 Gen Motors Corp Aperfeicoamentos em uma coluna de direcao de veiculo mecanismo introduzindo os mesmos e processo de fabricacao de um tubo rebativel para o mesmo
WO2002077405A2 (en) * 2001-03-21 2002-10-03 Mirant International Asset Management And Marketing, Llc Pipeline inspection system
AU2931302A (en) * 2001-08-10 2003-02-13 City West Water Limited A method and system for optimising decision making for managing constructed facilities
JP4441641B1 (ja) * 2008-11-25 2010-03-31 国立大学法人名古屋大学 鋼構造物の疲労き裂補修方法
CN106705773A (zh) * 2016-09-14 2017-05-24 中国矿业大学 一种地面钻孔预裂爆破浅埋房式采空区顶板的方法
CN108956336A (zh) * 2018-05-07 2018-12-07 常州大学 一种埋地管道抗冲击荷载减震效果的试验装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103632366B (zh) * 2013-11-26 2016-04-20 清华大学 一种椭圆目标的参数识别方法
CN104992004B (zh) * 2015-06-23 2017-12-05 中国石油天然气集团公司 一种管道止裂预测用临界单位面积损伤应变能的确定方法
CN105738227A (zh) * 2016-02-16 2016-07-06 天津大学 堆石保护层下海底管道抗抛锚实验装置
CN107643028B (zh) * 2017-09-15 2019-06-14 中建隧道建设有限公司 浅埋铁路隧道下穿民房软弱段爆破施工方法
CN109543286B (zh) * 2018-11-20 2022-11-25 中南大学 隧道开挖及爆破荷载作用下邻近埋地管道的力学分析模型及振速控制标准确定方法
CN109855993A (zh) * 2019-03-04 2019-06-07 广东省特种设备检测研究院珠海检测院 一种含缺陷埋地pe燃气管道寿命检测方法
CN110222369B (zh) * 2019-05-05 2022-11-22 西南交通大学 一种考虑回填缓冲层材料强化的落石冲击力计算方法
CN111209693B (zh) * 2019-12-10 2023-09-15 合肥工业大学 一种气瓶受外物撞击后的爆破强度评估方法
CN112199879A (zh) * 2020-10-22 2021-01-08 中国石油大学(华东) 一种聚乙烯在复杂应力下的三维断裂模型建立及分析方法
CN112347414A (zh) * 2020-10-30 2021-02-09 西南石油大学 一种单缺陷弯管极限内压计算方法
CN112525692B (zh) * 2020-11-30 2022-12-02 中国石油天然气集团有限公司 一种埋地含缺陷管道承受极限载荷评估方法
CN112668132A (zh) * 2021-01-06 2021-04-16 南通大学 一种在圆管表面构建随机椭球型点蚀凹坑的参数化建模方法
CN112883600B (zh) * 2021-01-11 2022-05-20 西南交通大学 钢管混凝土构件整体与局部损伤联合评估模型的构建方法
CN112818532B (zh) * 2021-01-27 2023-05-19 中国地质大学（北京） 崩塌落石地质灾害中钢筋混凝土桩板墙的动态工程响应测算方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR6685263D0 (pt) * 1966-04-29 1973-09-06 Gen Motors Corp Aperfeicoamentos em uma coluna de direcao de veiculo mecanismo introduzindo os mesmos e processo de fabricacao de um tubo rebativel para o mesmo
WO2002077405A2 (en) * 2001-03-21 2002-10-03 Mirant International Asset Management And Marketing, Llc Pipeline inspection system
AU2931302A (en) * 2001-08-10 2003-02-13 City West Water Limited A method and system for optimising decision making for managing constructed facilities
JP4441641B1 (ja) * 2008-11-25 2010-03-31 国立大学法人名古屋大学 鋼構造物の疲労き裂補修方法
CN106705773A (zh) * 2016-09-14 2017-05-24 中国矿业大学 一种地面钻孔预裂爆破浅埋房式采空区顶板的方法
CN108956336A (zh) * 2018-05-07 2018-12-07 常州大学 一种埋地管道抗冲击荷载减震效果的试验装置

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