[00714308]胜利黄河大桥挂桥油气管线减振技术研究与应用

胜利黄河大桥于1987年10月通车。该桥是中国首座采用钢结构建设的特大斜拉桥，全长2817m，采用30m先张预应力混凝土整体式箱梁，灌注桩墩、台。主桥长682m。桥上敷设有Φ529×8挂桥输油管道四条，管道挂桥直线长度为682m，管线横截面积为：Φ529×8(16Mn)螺纹钢管。1997年检测发现，挂桥管道的南北上桥段地基出现沉陷，管线对大桥作用有附加约束力，挂桥管线底面存在锈斑及起皮，管道承托支座普遍存在有位移、悬空、缺损现象，钢制保护套管焊口有多处开裂。挂桥输油管道结构和承托支座在不改造的情况下继续使用，会对大桥和管道使用寿命产生较严重的影响。为了消除挂桥输油管道对大桥使用安全的隐患，必须对挂桥管道结构和承托支座进行整改，以进一步改善挂桥管道和大桥的受力状态。自1998年开始，经过与有关单位反复论证，决定采用石油大学提供的测试与数值模拟相结合的整改方案，经过了地质勘察、现场动态跟踪检测、数值模拟、方案设计、工程设计、施工改造等过程，于2000年5月完成了胜利大桥挂管改造工程。采用的技术和原理：(1)胜利黄河大桥两岸地质特性勘察、地基性能试验。(2)大桥、挂管的动应力测试和振动测试。(3)挂桥管道结构静态应力计算。(4)管道结构动态特性计算，包括管道结构的固有频率计算、振型分析等。当前管线的动态特性，挂桥管道对大桥动态性能的影响分析。(5)大桥、挂管结构的有限元动态特性计算，自振特性与模态分析，研究挂桥管线对大桥动态特性和承载能力的影响。(6)制定大桥挂管减振整改的技术措施，包括上桥段地基沉降规律研究，管线结构改造方案，承托支座结构设计、性能分析。(7)胜利黄河大桥挂管安全整改方案制定与工程施工。效果评价：经过对改造后管线振动情况的现场测试、对比分析表明，整改以后管线的振动得到了明显的改善，管线振幅显著降低，承托支座受力均匀，工作性能良好，确保了胜利油田北油南输的安全运行，进一步改善了胜利黄河大桥的受力状态，保证大桥的安全运行，完全达到了预期整改目标。成果的创造性：(1)地质勘察表明目前黄河两岸大桥地基岩土沉降处在稳定阶段，上桥管线地基不会对大桥产生不利影响。(2)将现场管线测试与CAE数值模拟技术相结合，模拟整改完成后的实际效果，通过优选，确定最佳整改方案，降低工程投入200万元以上。(3)将采用三维有限元技术对大桥的静、动态特性的数值模拟结果与现场电测数据进行相互对比，结果表明大桥目前的健康状况良好，与新建成时的动态特性对比其变化不明显。(4)对挂桥管线与大桥的相互作用进行了数值模拟与测试，证明管线对大桥的动态特性无不良影响。(5)将XJD－800型橡胶减振垫首次用于管线承托支座，该技术成熟、成本低廉、取得了明显的减振效果，具有推广价值。作用意义：挂桥管线每年承担着胜利油田北油南输任务，年输油量达500万吨。自大桥建成投入运营十几年来，四条输油管线为油田生产创造了巨大的直接经济效益。由于胜利黄河大桥位于环渤海经济区的核心，有着良好的地理优势，是东营市内横跨黄河的公路大桥，除满足油田生产以外，还分担着山东、江苏沿海城市至京津塘、东北省份的公路交通运输任务，大桥交通每年可创造4000万元以上的直接经济效益。对大桥管线进行技术改造，确保挂桥管线的安全运行是大桥处于良好技术状态、创造巨大经济效益的关键因素之一。