摘要：【目的】断层造成的永久地面位移易使埋地油气管道产生较大的弯曲与轴向变形，导致管道因受拉破裂或受压屈曲而发生失效。传统的解析方法在适用性、准确性方面存在不足，亟需构建更加精准、高效的解析法对断层区管道安全状态进行快速评估。【方法】提出了一种基于等效弯曲刚度的油气管道轴向应变解析法：采用线性强化本构模型模拟管材的非线性特性，并利用非线性土弹簧模型模拟土壤在管道轴向与侧向的非线性约束作用；基于管道轴向拉伸力与土壤非线性约束力，构建断层区管道大挠度变形条件下的管道挠曲线控制方程；考虑管道截面应力与管道整体轴向拉伸力、弯曲的内外力的平衡关系，新建了大挠度变形段管道弹塑性变形条件下等效弯曲刚度的迭代求解算法，实现了断层区管道截面弹塑性状态的准确求解。【结果】以某穿越断层区的X80管道为例，选取断层穿越角度15°～90°的工况，以非线性有限元方法计算结果为参考值，对比国际上3种主流解析法与新建解析法，验证新建解析法对于不同穿越角度诱发的管道拉伸与弯曲变形组合工况下的适用性：在不同组合载荷条件下，新建解析法均与有限元方法模拟结果基本一致，平均相对误差为10.32%、均方误差为6.7 ×10-3，且显著优于国际上常用的主流解析方法，可实现断层区埋地油气管道应变的快速、准确预测。【结论】新建解析法在计算效率、准确性方面具有显著优势，为穿越断层区的管道应变设计与评价提供了理论支撑，并可为油气管道抗震设计标准的修订提供参考。
文章目录
1 管线钢线性强化本构模型
2 考虑土壤非线性的管道轴心拉伸应变分布特点
3 管道弯曲变形的挠曲线控制方程构建
3.1 小变形段管道
3.2 弯曲大变形段管道
4 变形管段等效弯曲刚度求解
5 实例验证
6 结论
