基于CAESARⅡ解決某隨橋跨越管道運行中的問題

周勤進 楊經(jīng)國

（中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，湖北 武漢 430010）

基于CAESARⅡ解決某隨橋跨越管道運行中的問題

周勤進 楊經(jīng)國

（中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，湖北 武漢 430010）

論述了某大型燃?xì)夤艿雷匀谎a償隨橋跨越運行中的問題，重點介紹基于CAESARⅡ軟件模擬的幾種工況，分析管道布置的合理性和影響管道運行安全的因素，并給出整改方案。

隨橋跨越；CAESARⅡ模擬；自然補償；摩擦系數(shù)

1 概述

隨橋跨越是中壓燃?xì)夤艿揽缭剿w的一種重要方式，由于施工周期短、經(jīng)濟性好、維護便利等因素被廣泛應(yīng)用。其中自然補償是解決管道應(yīng)力采用較多的一種方式。在實際運行過程中，效果良好。但是對于長距離的隨橋跨越在運行過程中會遇到一定的問題，本文基于對某市隨橋敷設(shè)管道運行過程中存在的問題進行剖析。

2 工程概況

橋梁投影全長約2770m，隨橋跨越管道長度約2760m，輸送介質(zhì)為天然氣，密度為0.82 kg/m3，設(shè)計壓力0.4MPa，管材為D325×8無縫鋼管，材質(zhì)為20#，采用自然補償，橋臺兩側(cè)對稱布置，設(shè)計最大形變量1760mm。橋形和兩端補償方式見下圖。

圖1 某大橋燃?xì)夤艿老到y(tǒng)布置圖

2.1 出現(xiàn)的問題

管道運行5年后，發(fā)現(xiàn)以下問題：

2.1.1 管道整體往南側(cè)偏移，北橋臺AB管段在冬季時頂住橋臺下的墻體；

2.1.2 N1支座變形，滾動摩擦變?yōu)榛瑒幽Σ粒?/p>

2.1.3 管道下方聚乙烯墊板脫落嚴(yán)重，原設(shè)計鋼與聚四氟乙烯滑動摩擦變?yōu)殇撆c鋼之間的滑動摩擦，摩擦系數(shù)發(fā)生變化。

2.2 分析問題

2.2.1 經(jīng)分析，造成以上問題的原因如下：

2.2.2 橋梁縱向有坡度，且兩側(cè)坡度不相等；平面呈“S”形狀，兩側(cè)弧度不相等；南北兩側(cè)光照和風(fēng)向不同對管道也有一定的影響。

2.2.3 摩擦系數(shù)發(fā)生變化導(dǎo)致管系受力和形變發(fā)生變化；

2.3 后期運行維護中存在的主要問題：

沒有建立嚴(yán)格的變形監(jiān)測管理制度，尤其是橋梁虛擬“0”點和橋臺兩側(cè)補償臂的形變監(jiān)測；

2.3.1 兩側(cè)橋臺補償區(qū)域的滾動支座設(shè)計時對滾動球進行潤滑、保護，實際潤滑油年久未更換，黃油變質(zhì)，導(dǎo)致滾珠銹蝕，滾動摩擦變?yōu)榛瑒幽Σ粒?/p>

2.3.2 架空段底部聚四氟乙烯墊板脫落，管道直接與支架接觸，導(dǎo)致鋼管與聚四氟乙烯之間的摩擦變?yōu)殇撆c鋼之間的摩擦，摩擦系數(shù)增大。

3 CAESARⅡ軟件模擬

工況一（設(shè)計工況）： 按照兩端對稱建模，橋上管道與支座之間按鋼與聚四氟乙烯滑動摩擦考慮，摩擦系數(shù)0.2；橋臺處支座按照鋼與鋼之間滾動摩擦考慮，摩擦系數(shù)0.1（不考慮管道往南偏移）。在溫差40℃情況下，DE段管道形變?yōu)?20mm，BC管段形變量為172mm，AB段管道形變量為22.1mm，其他管段形變量較小。最大應(yīng)力點在50號節(jié)點（即D點），應(yīng)力為144MPa，占許用應(yīng)力的比例為43%，小于80%，管道柔性較好。

圖2 工況一模擬圖

工況二：運行5年后，橋梁上焊接支座上的聚四氟乙烯板掉落，變?yōu)殇撆c鋼之間的滑動摩擦，摩擦系數(shù)為0.3；橋梁下方的滾動支座銹蝕，變?yōu)榛瑒幽Σ?，摩擦系?shù)變?yōu)?.3，在溫差40℃情況下，DE段管道形變?yōu)?70mm，BC管段形變量為220mm，AB段管道形變量為13.7mm，其它管段形變量較小。

最大應(yīng)力點在70號節(jié)點（即A點彎頭處），應(yīng)力為201MPa，占許用應(yīng)力的比例為60.1%，小于80%，在安全范圍內(nèi)，管道仍然可以安全運行。

圖3 工況二模擬圖

圖4 工況三模擬

4 管道安全性分析

經(jīng)模擬得出，在工況一、工況二情況下運行時，管道柔性較好，管道應(yīng)力較小。工況三考慮了管道倚靠橋臺的問題，當(dāng)管道依靠橋臺后，繼續(xù)往南收縮，在溫差較大情況下管道破壞。

經(jīng)以上模擬可知，橋上管道由原來的鋼與聚四氟乙烯之間的滑動摩擦變?yōu)殇撆c鋼之間的滑動摩擦，摩擦系數(shù)增大；橋下支座滾動摩擦變?yōu)榛瑒幽Σ?，摩擦系?shù)增大，管道的形變和應(yīng)力位置和大小發(fā)生變化，但是，管道總體柔性較好。當(dāng)管道往南側(cè)偏移并倚靠橋臺后，如果管道繼續(xù)膨脹，會導(dǎo)致管道破壞。

建議將管道虛擬“0”點復(fù)原，并采取措施限制管道往南偏移；更換兩側(cè)橋臺損壞的滾動支座。

5 結(jié)論

5.1 燃?xì)夤艿啦捎米匀谎a償隨橋跨越大型橋梁時，在橋梁中間或者虛擬“0”點附近需采取限位或者固定措施，防止管道因多種原因向一側(cè)偏移。

5.2 補償臂設(shè)計時要考慮周圍空間大小并預(yù)留一定的余量，防止運行條件變化而導(dǎo)致管道破壞。

5.3 管道與支撐之間的摩擦系數(shù)對管道形變有較大影響，設(shè)計時要考慮摩擦系數(shù)發(fā)生變化的可能性及應(yīng)對措施。

5.4 較長距離的隨橋跨越管道，采用 C AESARⅡ軟件進行補償量和應(yīng)力校核，可進一步優(yōu)化設(shè)計，大道更好的效果。

［1］ 唐永進. 壓力管道應(yīng)力分析，北京 中國石化出版社2003

［2］ CAESARⅡ-管道應(yīng)力分析計算軟件 北京 北京艾思弗軟件公司，2010

U173

A

1003-5168（2015）11-142-02

周勤進（1982- ），男，湖北天門人，工程師，注冊設(shè)備工程師（動力），大學(xué)本科，從事燃?xì)夤艿垒斉?、儲運設(shè)計研究工作。