基于随机壁损模型的腐蚀埋地管道走滑断层作用下性能评估

这篇研究通过三维非线性有限元分析(3D nonlinear FEA)，系统评估了腐蚀对埋地钢质管道在直角走滑断层作用下的性能影响。创新性地采用概率方法模拟腐蚀空间变异性，揭示了腐蚀水平、径厚比(D/t)、土壤类型和材料参数对管道失效模式的显著影响，指出均匀腐蚀模型会高估管道承载力达48%，为地震区腐蚀管道的可靠性评估提供了重要理论依据。

　　

Highlight亮点

本研究采用三维非线性有限元分析(3D nonlinear FEA)，结合随机壁厚损失模型，首次系统揭示了腐蚀对埋地管道在直角走滑断层作用下的失效机制。

关键发现

• 腐蚀使所有失效模式的断层位移容限降低超50%

• 截面扁平化(cross-sectional flattening)允许最大预失效位移，而局部屈曲(local buckling)在薄壁管中形成最严格限制

• 概率腐蚀模型比均匀模型更精确，后者会高估管道承载力达48%

直径厚度比(D/t)效应

如图12所示，无内压管道中，D/t比(57-144)与临界断层位移呈显著负相关。X65钢材在D/t=144时，50%腐蚀使位移容限降低58%，凸显薄壁管对腐蚀更敏感。

材料与土壤影响

X80钢材比X65表现出更好的抗变形能力，而砂土中的管道比黏土具有更高位移容限。内压(0.56P_max)会加剧局部屈曲风险，特别是在高D/t比管道中。

结论

本研究建立了腐蚀管道的概率评估框架，证明：

1. 空间变异腐蚀模型对准确预测至关重要

2. D/t>100的管道对腐蚀最敏感

3. 现行均匀腐蚀假设可能导致非保守设计

   为地震活跃区老化管道的寿命预测和风险管理提供了新方法论。

创新贡献

1. 首创将随机场理论应用于断层作用下的管道腐蚀建模

2. 量化了不同失效模式对腐蚀的敏感度梯度

3. 开发了考虑材料-土壤-压力耦合作用的性能曲线

展望

未来需结合断层类型、交角、埋深等参数，构建更完备的腐蚀管道抗震评估体系。