在天然气管道建设过程中,不可避免的会与各等级公路交叉穿越,从而形成公路穿越段。公路穿越段管道较一般埋地管道,除受到输送介质、土壤条件等持续性作用外,还受到来自路面车辆、路面沉降等作用,并且随着管道服役年限的增加,受腐蚀等破坏作用使得管道自身承载能力大大降低,在这些因素的共同作用下,管道易发生各种各样的失效破坏。因此,分析输气管道公路穿越段的安全性,具有重要的意义。本文针对在役输气管道公路穿越段的安全性问题进行分析。首先,介绍了输气管道的公路穿越方式,并对有套管和无套管公路穿越输气管道的力学特征进行了分析。其次,应用ABAQUS有限元软件分别对有套管和无套管公路穿越输气管道的受力情况进行分析,并对运行压力、车辆载荷、覆土深度和管壁厚度等不同因素对输气管道安全性的影响规律进行了研究。然后,针对在役输气管道公路穿越段在含腐蚀缺陷情况下的应力分布情况进行分析,并对运行压力对管道应力影响进行了研究,进一步基于塑性失效准则,计算分析了缺陷位置、尺寸等对管道失效压力的影响。最后,对某输气管道工程公路穿越段开展安全性分析,从工程技术和安全管理两个方面提出了安全对策措施。本文主要结论有:(1)采用套管或涵洞穿越公路的输气管道在内压作用下,沿壁厚方向由内而外,应力逐渐增大。管道的应力随着运行压力的增加而近似线性增大。只要保证套管在土压力和车辆荷载作用下不发生失效、管道材质符合要求,那么单在管道内压作用下是安全的。当然,运行压力应在设计压力之下,不能超负荷运行。(2)采用无套管穿越公路的输气管道在车辆载荷、土体和内压等作用下,管道的应力和位移产生不均匀分布。管道应力随着运行压力的增加而近似线性增大;随着车辆载荷的增加而增大;随着覆土深度的增加而增大,并且变化率逐渐降低;随着管壁厚度的增加而减小。(3)含腐蚀缺陷的有套管穿越公路和无套管穿越公路输气管道的失效压力均与缺陷环向位置无关,而内壁腐蚀失效压力略大于外壁腐蚀。相同位置、尺寸(长度、宽度和深度)缺陷情况下有套管穿越公路输气管道的失效压力值小于无套管穿越公路输气管道。(4)对于同一腐蚀缺陷长度和宽度,随着腐蚀缺陷深度的增加,有套管穿越公路和无套管穿越公路输气管道所对应的失效压力值均逐渐减小。从变化幅度来看,无套管穿越公路输气管道受管周土体的约束影响,管道失效压力随缺陷深度的变化率高于有套管穿越公路输气管道。(5)对于同一腐蚀缺陷宽度和深度,随着腐蚀缺陷长度的增加,有套管穿越公路和无套管穿越公路输气管道所对应的失效压力值逐渐减小。但相比较于缺陷深度,缺陷长度对失效压力的影响较小。(6)对于同一腐蚀缺陷长度和深度,随着腐蚀缺陷深度的增加,有套管穿越公路和无套管穿越公路输气管道所对应的失效压力值逐渐减小。与缺陷深度和长度相比,缺陷宽度对有套管穿越公路和无套管穿越公路输气管道失效压力变化的影响很小。