[发明专利]油气管悬索跨越仿真分析模型及其构建方法

说明书

本发明提供了一种油气管悬索跨越仿真分析模型及其构建方法，所述构建方法包括以下步骤：先建立塔架模型、跨越承重梁模型和管道模型，再针对预设索形进行单索找形找力，从而建立索系模型，耦合四个模型得到初步建立的悬索跨越模型；对悬索跨越结构进行找形找力，得到修正后的悬索跨越模型；根据实际施工的不同阶段，进行荷载工况分析，并施加相应的外荷载，进行悬索跨越结构各施工阶段的仿真模拟计算，并对计算结果进行收敛性检查；若计算不收敛，则修正模型，若计算收敛，则分析计算结果，获取各构件的位移变化和应力变化。本发明能够模拟悬索跨越结构各个阶段的受力状态，从而为采用动态稳固措施解决全跨施工过程安全风险的问题奠定基础。

技术领域

本发明涉及油气管道大型跨越的数值模拟技术，具体来讲，涉及一种油气管悬索跨越仿真分析模型及其构建方法。

背景技术

一般而言，油气管道跨越是一种采用类似桥梁结构的方式承载油气管道通过峡谷、河流等地域的工程结构。通常，油气管道跨越有悬索式、斜拉索式、桁架等主要结构形式，其中悬索式和斜拉索式是国内外应用最多的油气管道跨越结构形式。这两种结构主要由下部结构(基础及锚固结构)、塔架、索系、桥面结构等构成。

发明人经研究发现：油气管道悬索跨越结构在整个施工过程中会经过不同的荷载工况，存在明显的非线性行为和较为复杂的刚性受力变化。例如，悬索跨越结构属于大跨度、低阻尼、超柔性体系，变形特征为大位移、小应变，是典型的几何非线性结构。悬索跨越结构主要材料为钢索、型钢，钢材为典型的非线性材料，钢索是只能够承受拉力作用的典型柔性材料，整体结构主要节点都采用的销接链接，侧向刚度小，是典型的柔性结构。在实际施工和运行过程中，存在材料非线性和几何非线性，缆索在施工过程中由松弛状态到紧绷状态的状态改变，以及可能发生的一些振动，结构也会存在状态非线性行为。

此外，发明人还发现：现有悬索跨越结构安装，均不能有效掌控悬索跨越结构各个阶段的受力状态，无法实现对悬索跨越结构施工过程中各工况进行分析，也不能及时采取有效手段和措施合理应对悬索跨越结构各阶段的受力趋势。

因此，有必要发明一种油气管悬索跨越仿真分析模型，综合考虑悬索跨越结构施工过程中的影响因素，掌控悬索跨越结构各个阶段的受力状态，从而为采用动态稳固措施解决全跨施工过程安全风险的问题奠定基础。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够模拟悬索跨越结构各个阶段的受力状态的油气管悬索跨越仿真分析模型的构建方法。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种油气管悬索跨越仿真分析模型的构建方法，包括以下步骤：S1、基于塔架、跨越承重梁以及管道的结构特点，分别对应建立塔架模型、跨越承重梁模型和管道模型，然后在悬索跨越结构搭建完毕状态且主索系未受外力的前提下，进行预设索系的索形计算，针对每条索进行单索找形找力，反推施工完成后索系的真实索形，从而建立索系模型，将塔架模型、跨越承重梁模型、管道模型、以及索系模型耦合，得到初步建立的悬索跨越模型；S2、根据索系的真实索形，针对塔架、跨越承重梁和管道进行悬索跨越结构找形找力，反推悬索跨越结构搭建完毕后的结构状态，得到修正后的悬索跨越模型；S3、针对实际施工过程的不同阶段，进行荷载工况分析，然后对修正后的悬索跨越模型施加外荷载，进行悬索跨越结构各施工阶段的仿真模拟计算，并对计算结果进行收敛性检查；S4、若仿真模拟计算不能收敛，则对修正后的悬索跨越模型的模型结构和模型参数进行多次修正，直至符合计算收敛要求；若仿真模拟计算能够收敛，则根据模拟计算所对应的实际施工情况，对计算结果进行静力分析和/或模态分析和/或动力分析，获取悬索跨越结构的各构件的位移变化和应力变化。

在本发明的一个示例性实施例中，所述预设索系的索形计算可包括如下步骤：根据理论公式和基础数据，计算单根中跨主索悬链线坐标，从而计算悬索跨越主索系悬链线座标；将跨越承重梁荷载作为中跨主索附加密度施加在中跨主索上，得到中跨主索在受到跨越承重梁竖向荷载后的索形；根据中跨主索计算出来的水平力反推塔架处于直立状态下的边跨主索的索形，从而计算两个边跨索系座标。