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當(dāng)長輸管道跨越鐵路、公路、河流和山谷等障礙物時(shí)，通常選擇地上跨越形式。懸索跨越結(jié)構(gòu)跨越的跨度最大，且比較經(jīng)濟(jì)并易于實(shí)現(xiàn)，是目前采用較多的跨越形式之一。懸索跨越結(jié)構(gòu)相對(duì)地面管道而言更易遭受自然因素作用的破壞，而且一旦破壞修復(fù)難度很大，造成的次生災(zāi)害非常嚴(yán)重，可是以往的研究均集中于地下管道的地震反應(yīng)研究。模型試驗(yàn)可以很好地評(píng)價(jià)管道懸索跨越結(jié)構(gòu)的安全性能，但模型制作周期較長，成本較高，且試驗(yàn)需要昂貴的試驗(yàn)設(shè)備。若能建立與實(shí)際工程固有特性相似的數(shù)值模型，則可以利用有限元分析模型完成多種工況下的實(shí)際工程受力分析，即可保證實(shí)際工程結(jié)構(gòu)體系的安全，又節(jié)約成本。
本研究以某天然氣輸氣管道工程中的渭惠渠管道懸索跨越結(jié)構(gòu)為原型，制作了縮尺比例為1：8的試驗(yàn)?zāi)Ｐ停谥袊卣鹁止こ塘W(xué)研究所地震工程與工程振動(dòng)開放試驗(yàn)室振動(dòng)臺(tái)上對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行了靜力、模態(tài)、白噪聲和不同強(qiáng)度的El Centro波輸入下的地震模擬試驗(yàn)。然后利用ANSYS軟件建立了工程原型和試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷挠邢拊治瞿Ｐ停瑢?duì)2個(gè)有限元模型進(jìn)行靜力、模態(tài)和地震反應(yīng)分析，并將有限元計(jì)算結(jié)果與模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。
試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷脑腿≈谙剃栔翆氹u天然氣輸氣管道工程的渭惠渠懸索跨越結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)支承體系由河流兩岸的塔架、塔架間架設(shè)的兩道平行主索、塔架的斜拉索和連接于主索的吊架組成。塔架由Φ219x6的鋼管制作，塔高7m，兩塔之間跨越的距離為54m，塔架與地面錨固，并設(shè)置斜拉鋼索(37Φ3.5)拉緊。主索(37Φ3.2)連接9只吊架以支撐管道，兩端的吊架為由型鋼制作的硬吊架，中間的吊架為軟吊架，由鋼纜(7Φ3.0)和型鋼橫梁組成。輸氣管道規(guī)格為Φ426x7，架設(shè)中形成倒拱，此懸索跨越結(jié)構(gòu)總重近70kN。
試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷目s尺比例為1：8。模型總長約9m，高1.4m，每根主索長6.78m，每根斜拉索長1.25m，管道跨中起拱矢高為25mm。試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校恿鲀砂兜孛嬗膳c振動(dòng)臺(tái)固定連接的混凝土板模擬；管道和塔架分別采用Φ50x1.2和Φ25x0.8的不銹鋼管制作，主索、斜拉索和軟吊架鋼索分別采用1Φ2.1、1Φ2.4和1Φ1.5鋼絞線制作；其余構(gòu)件均依原型按比例縮小后由鋼材制成。管道經(jīng)彎頭折入地面，端部采用環(huán)氧樹脂砂漿與混凝土板粘接。模型中還使用鋼索卡具56個(gè)、鐵砂 76 kg(人工質(zhì)量)、拉力計(jì)2個(gè)。
應(yīng)用ANSYS程序分別建立了實(shí)際工程和試驗(yàn)?zāi)Ｐ?個(gè)有限元計(jì)算模型，下文中分別稱其為原型有限元模型和試驗(yàn)?zāi)Ｐ陀邢拊?jì)算模型，模型中管道、塔架下端固接，斜拉索下端鉸接。試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷墓艿篮退苤懈郊尤斯べ|(zhì)量、傳感器質(zhì)量采用增大管道、塔架橫管和塔架立柱材料密度的方法等效到相應(yīng)的構(gòu)件上。
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