一种基于表单程序实现供水管线破坏与服役寿命预测方法

本发明属于地下工程安全领域,尤其涉及一种基于表单程序实现供水管线破坏与服役寿命预测方法。

背景技术：

1、管线工程被称为“生命线”工程。埋地供水管线在服役过程中会产生管壁腐蚀现象，造成其正常服役功能退化乃至管线破坏，甚至引发周围地面塌陷、地下临近结构失稳破坏等次生灾害，对地下空间结构的安全稳定和人民生命财产安全造成了极大的威胁。评估管线在当前状态下的失效概率和预测其平均剩余服役寿命对管线安全维护工作有着极其重要的意义。

2、现有关于管线的安全风险评估主要集中在采用可靠度理论计算失效概率，对其寿命预测分析比较少见，更少见耦合各影响因素实现管线安全风险评估。比如《一种含腐蚀缺陷的管道的可靠度评价方法》(申请公布号：cn105404776a)根据压力插点值采用蒙特卡洛方法计算腐蚀缺陷的失效概率，仅分析了管线运行压力因素的影响，且未考虑下一时间节点的情况，无法预测管线寿命。

3、目前关于管线寿命预测大多是运用matlab等软件进行建模分析，需要一定的概率分析基本知识和数值编程的经验，因此很有必要开发一种方便直观的方法用以计算管线失效概率和预测管线剩余服役寿命。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种基于表单程序实现供水管线破坏与服役寿命预测方法，在一阶可靠度方法form框架下使用ihlrf-x算法迭代计算可靠度指标β，克服可靠度理论相关计算中建模分析既耗时又费力的缺陷，并能够快速进行埋地供水管线安全风险评估。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于表单程序实现供水管线破坏与服役寿命预测方法，包括：

3、将待测埋地供水管线参数信息记载到excle中；

4、对所述待测埋地供水管线参数进行批量计算，获取供水管线状态特征；

5、基于所述供水管线状态特征，判断管线的渗漏或爆管情况，完成埋地供水管线状态评估分析。

6、可选的，所述待测埋地供水管线参数包括管线参数、土体参数、载荷和腐蚀参数；

7、所述管线参数包括管线壁厚、管线外径、埋深、服役时长、预期服役年限、极限抗拉强度和断裂韧性；

8、所述土体参数包括重度、弹性模量和侧向土压力系数；

9、所述载荷包括路面载荷和管线内压；

10、所述腐蚀参数包括腐蚀坑长半轴、腐蚀坑短半轴、腐蚀坑深度、轴向腐蚀速率和环向腐蚀速率。

11、可选的，对所述待测埋地供水管线参数进行批量计算时采用宏命令critical_crack_length。

12、可选的，所述供水管线状态特征包括名义拉应力、应力集中系数和爆管临界裂纹长度。

13、可选的，所述名义拉应力的计算公式为：

14、

15、其中，σ(x)是名义拉应力，x是相关物理参数组成的向量，d是管线外径，w是路面载荷，γ是重度，h是埋深，ep是管线的弹性模量，es是弹性模量，p是管线内压，t是壁厚，k是侧向土压力系数，a1-a7和b1-b7是模型常数；

16、所述应力集中系数的计算公式为：

17、

18、其中，scf是应力集中系数，v是泊松比，a是腐蚀坑长半轴，r是管线半径，b是腐蚀坑短半轴，c是腐蚀坑深度,α1-α7和β1-β7是模型常数；

19、所述爆管临界裂纹长度的计算公式为：

20、

21、其中，kc是断裂韧性，σt是极限抗拉强度，lc是爆管临界裂纹长度。

22、可选的，基于所述供水管线状态特征，判断管线的渗漏或爆管情况，完成所述埋地供水管线状态评估分析包括：

23、设置极限抗拉强度，将所述应力集中系数和所述名义拉应力的乘积与所述极限抗拉强度进行比较，同时还比较两倍的腐蚀坑长半轴与爆管临界裂纹长度的大小，根据比较结果大小进行所述管线渗漏或爆管判断；

24、如果所述管线渗漏或爆管，完成所述埋地供水管线状态评估分析；

25、所述管线未渗漏或爆管，基于宏命令form_recursive和宏命令pred_curves，获取管线服役寿命预测曲线，完成所述埋地供水管线状态评估分析。

26、可选的，基于宏命令form_recursive和宏命令pred_curves，获取所述管线服役寿命预测曲线包括：

27、基于ihlrf-x算法，调用所述宏命令form_recursive，确定最优步长的迭代算法，获取可靠度指标；

28、基于所述可靠度指标，获得失效概率；

29、基于所述失效概率进行预测，调用所述宏命令pred_curves，获取所述管线服役寿命预测曲线。

30、可选的，所述管线服役寿命预测曲线包括瞬时失效概率、累积失效概率和平均剩余寿命。

31、本发明具有以下有益效果：

32、本发明提出的一种基于表单程序实现供水管线破坏与服役寿命预测方法可简单高效的完成埋地供水管线安全风险评估，计算快速且适用性广，不需要复杂的数值分析经验和软件编程知识，操作简单，易于实现，可为实际工程提供重要依据；克服了可靠度理论相关计算中建模分析既耗时又费力的缺陷。输入相关参数，调用相应的宏命令，在一阶可靠度方法form框架下使用ihlrf-x算法迭代计算可靠度指标β，可自动计算瞬时失效概率、预测管线平均剩余寿命等结果并实现自动化出图，完成埋地供水管线安全风险评估。

技术特征：

1.一种基于表单程序实现供水管线破坏与服役寿命预测方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于表单程序实现供水管线破坏与服役寿命预测方法，其特征在于，所述待测埋地供水管线参数包括管线参数、土体参数、载荷和腐蚀参数；

3.如权利要求1所述的基于表单程序实现供水管线破坏与服役寿命预测方法，其特征在于，对所述待测埋地供水管线参数进行批量计算时采用宏命令critical_crack_length。

4.如权利要求1所述的基于表单程序实现供水管线破坏与服役寿命预测方法，其特征在于，所述供水管线状态特征包括名义拉应力、应力集中系数和爆管临界裂纹长度。

5.如权利要求4所述的基于表单程序实现供水管线破坏与服役寿命预测方法，其特征在于，

6.如权利要求5所述的基于表单程序实现供水管线破坏与服役寿命预测方法，其特征在于，基于所述供水管线状态特征，判断管线的渗漏或爆管情况，完成所述埋地供水管线状态评估分析包括：

7.如权利要求6所述的基于表单程序实现供水管线破坏与服役寿命预测方法，其特征在于，基于宏命令form_recursive和宏命令pred_curves，获取所述管线服役寿命预测曲线包括：

8.如权利要求7所述的基于表单程序实现供水管线破坏与服役寿命预测方法，其特征在于，所述管线服役寿命预测曲线包括瞬时失效概率、累积失效概率和平均剩余寿命。

技术总结
本发明公开了一种基于表单程序实现供水管线破坏与服役寿命预测方法,包括：将宏代码插入Excel开发选项，并输入待测埋地供水管线参数值；调用宏命令Critical_crack_length，并基于所述待测埋地供水管线参数值进行计算，获取计算结果；基于所述计算结果，判断管线的渗漏或爆管情况，完成埋地供水管线状态评估分析。本发明提出的方法克服了可靠度理论相关计算中建模分析既耗时又费力的缺陷。输入相关参数，调用相应的宏命令，在一阶可靠度方法FORM框架下使用iHLRF‑x算法迭代计算可靠度指标β，可自动计算瞬时失效概率、预测管线平均剩余寿命等结果并实现自动化出图，完成埋地供水管线安全风险评估。

技术研发人员：姬建,闫亚东,张春顺,漆绮,王海娟,宋健,李杭州,王培清
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13