随着能源战略的调整和国民经济的快速发展,我国长距离输气管道建设规模日益扩大。长输管道在建设和运营过程中必然与道路发生交叉,而埋设在路面下的管道所承受的主要载荷之一就是车辆载荷。在车辆载荷、覆土载荷、输送介质内压及自重共同作用下的输气管道,若发生屈曲、开裂甚至泄漏等情况,必将严重影响到管道运行的可靠性及周边的人员和场所的安全。因此,需要高度重视车辆碾压载荷对埋地管道安全的影响情况。本研究结合多体动力学方法和有限元分析技术,模拟了车辆碾压载荷下埋地输气管道的动力响应过程,分析了车辆碾压载荷下埋地输气管道的动力响应规律,主要研究内容包括:(1)使用MSC.Adams软件建立了合理的车辆—路面耦合模型,对车辆行驶过路面过程进行了仿真,在仿真模拟中分别考虑了整车重量和行驶速度两个因素的影响,提取了每个轮子的车轮力数据。研究发现,车辆行驶过程中的动载荷随着车重的增加而增加;车速越快,车辆行驶过程中的动载荷也就越大,但变化不大,在B级路面上,车辆在36km/h时对路面的压力相比较车辆18km/h时仅增大了 1.4%。(2)使用ABAQUS软件建立了管道--土体相互作用的有限元模型;将MSC.Adams软件的运算结果导入,并使用VLOAD子程序实现移动载荷的加载,完成车辆碾压载荷下埋地输气管道的动力响应模拟。研究发现.:管道发生动力响应时刻迟于车轮驶过管道正上方时刻。对管道的力学特性分析显示,管道迎向车辆驶来方向一面上部的Mises应力和位移都最大,是管道最易受损区域。(3)使用ABAQUS软件对不同车重和车速工况进行分析,结果显示:车重的增加会导致管道响应的最大Mises应力和最大位移的增加;而随着车速的增加,管道产生的Mises应力和最大位移将减小,当管道发生最大响应时刻,车辆行驶的距离更远。(4)研究了车重、车速、管道内压、管道壁厚、管道埋深和管道直径等因素对管道动力响应的影响情况,采用多因素敏感性分析的方法,选取合适正交表,进行试验和分析。结果显示:在对所选范围内的六个影响管道Mises应力改变值的因素中,敏感性最大的是管道埋深和直径,车速的影响程度较小。(5)对现场实例的分析显示,当管道上方存在凹陷时,在凹陷处覆土减薄和车轮力增大的共同作用下,管道响应的Mises应力将会大大增加,这将对管道的安全性产生影响。在实际生产中,管道业主方应及时发现管道周边的车辆碾压情况,并采取有效措施进行治理。(6)针对同质土填充、碎石填充和盖板浇筑三种治理措施的效果进行分析,结果显示:在减小管道应力和管道竖直方向位移方面,盖板保护的治理效果优于碎石填充,碎石填充效果优于同质土填充;在管道变形量上,盖板保护和碎石填充的效果相差不大,且均优于同质土填充。本文基于多体动力学建立的车辆--路面模型和基于有限元分析建立的ABAQUS管道--土体模型合理可行,模拟结果与实际情况相符,研究成果能够为进一步研究车辆碾压载荷作用下埋地管道的动力响应及疲劳分析提供一定的技术支持。