1.目的及意义（含国内外研究分析现状）

1.1研究课题的目的及意义

管道运输作为世界上五大运输方式之一，有着其不可忽略的优势。管道运输运输量大、连续、迅速、经济、安全、可靠、平稳以及投资少、占地少、费用低、并可实现自动控制。应而被广泛运用于石油、天然气等化工产品的运输。从最初的工业管道建设至今，油、气管线已经历了一个多世纪的发展。截至2017年，全球在役油气管道总里程约1 919 000 km，其中天然气管道约1 244 600 km，原油管道、成品油管道分别约422 900 km、251 500 km。中国油气长输管道总里程位列全球第三，其中天然气管道约72 600km、原油管道约30 900 km、成品油管道约27 900km。油田内部的输送管网和城市管网遍布全国各地。然而，至今大部分管道都已运行多年，有的甚至已经运行了二三十年，因此，管道的安全性问题令人担忧。

管道由于输送介质的易燃、易爆等特点，如果发生事故，就会因此引起爆炸、燃烧和污染环境等严重后果，造成巨大的人身安全事故和经济损失，国内外都曾发生过许多由于管道敷设地地质条件、腐蚀、外力破坏等因素的影响造成的管道事故。因此，管道的安全运行非常重要，如何在事故发生前进行测试和预测将越来越引起高度重视。而管道应力分析的目的就是为了防止管道疲劳和塑性变形破坏，保护设备正常运行，为支架设立提供依据。根据应力分析的结果，通过调整管道的走向，增加支吊架或补偿器的方法，保证与管道相连的设备和结构设施的安全。它分析研究管道在各种荷载作用下产生的力、力矩和应力，从而对管道安全性，可靠性进行评估，使设计的管道尽可能经济合理。目前管道应力分析在石油化工行业中的安全生产、优化设计、节约材料等方面起到了显著的作用，并在各行业的管道设计中占据了重要位置。

1.2 国内外管道应力研究现状

1.2.1 国外研究现状

在上世纪 90 年代中期，欧洲和美国的弹性分析方法不能很好的反映管道塑性形变和损伤，逐渐变更管道的设计理论和分析方法。ABB 公司在一手册中介绍了冷安装方法，使管轴向应力超过弹性范围在 1993 年。1996 新的欧洲标准被提出，在1997又发表《集中供热手册》，给出了热应力和内压应力不同的强度条件。欧洲北部国家应用非线性模型来分析和计算非线性模型，但使用的计算过程是相当复杂的，这就需要使用数值模拟和有限单元方法，这种方法虽然不能给出一个准确的解析结果，并没有给出详细的分析和研究的步骤。

在上世纪80年代中后期，很多专家开始研究地基变形的管道应力-应变影响的地震波，地震波冲击管道振动破坏机理，同时地层的改变和管道趋势的大变形，造成复杂的损害机制，最终提供了管道强度设计的新标准和新方法。

管线强度设计准则：全苏联管道建设科学研究院的彼得罗夫和其他专家在前苏联时期首先创立的管道设计极限状态计，按管道金属的弹塑性强度极限设计，在1975年又在设计规范中引入可靠性系数；然后按管道金属的弹性屈服极限状态来对管道进行校核。这与美利坚合众国和西德规范采用的标准相比，此种管道设计规范基础的极限状态法，前苏联的这种规范比较合理和节省资源，而美利坚合众国的则偏保守。上世纪90年代，其他专家又提出了另一种新的管道强度设计方法，采用壁厚较薄的管道的目的在于来减少工程量、降低生产成本和生产消费。因此，对管道强度的设计理论、准则、校核，在今后的研究中不断地发展和完善中。

1.2.2 国内研究现状