Jianbo Dai;Zewen Zhao;Jing Ma;Zhaocheng Wang;Xiangxiang Ma
Earthquakes and Structures
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v.26
no.3
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pp.239-249
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2024
A new layered shear continuum model box was developed to address the dynamic response issues of buried oil and gas pipelines under multi-point excitation. Vibration table tests were conducted to investigate the seismic response of buried pipelines and the surrounding soil under longitudinal multi-point excitation. A nonlinear model of the pipeline-soil interaction was established using ABAQUS finite element software for simulation and analysis. The seismic response characteristics of the pipeline and soil under longitudinal multi-point excitation were clarified through vibration table tests and simulation. The results showed good consistency between the simulation and tests. The acceleration of the soil and pipeline exhibited amplification effects at loading levels of 0.1 g and 0.2 g, which significantly reduced at loading levels of 0.4 g and 0.62 g. The peak acceleration increased with increasing loading levels, and the peak frequency was in the low-frequency range of 0 Hz to 10 Hz. The amplitude in the frequency range of 10 Hz to 50 Hz showed a significant decreasing trend. The displacement peak curve of the soil increased with the loading level, and the nonlinearity of the soil resulted in a slower growth rate of displacement. The strain curve of the pipeline exhibited a parabolic shape, with the strain in the middle of the pipeline about 3 to 3.5 times larger than that on both sides. This study provides an effective theoretical basis and test basis for improving the seismic resistance of buried oil and gas pipelines.
Jianshuo Wang;Tinghao Meng;Zechao Zhang;Zhihua Chen;Hongbo Liu
Earthquakes and Structures
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v.26
no.4
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pp.261-267
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2024
With the increase in the exploitation depth of offshore oil and gas, it is possible to control the global buckling of deep-sea pipelines by the snake lay method. Previous studies mainly focused on the analysis of critical buckling force and critical temperature of pipelines under the snake-like laying method, and pipelines often suffer structural failure due to seismic disasters during operation. Therefore, seismic action is a necessary factor in the design and analysis of submarine pipelines. In this paper, the seismic action of steel pipes in the operation stage after global buckling has occurred under the active control method is analyzed. Firstly, we have established a simplified finite element model for the entire process cycle and found that this modeling method is accurate and efficient, solving the problem of difficult convergence of seismic wave and soil coupling in previous solid analysis, and improving the efficiency of calculations. Secondly, through parameter analysis, it was found that under seismic action, the pipe diameter mainly affects the stress amplitude of the pipeline. When the pipe wall thickness increases from 0.05 m to 0.09 m, the critical buckling force increases by 150%, and the maximum axial stress decreases by 56%. In the pipe soil interaction, the greater the soil viscosity, the greater the pipe soil interaction force, the greater the soil constraint on the pipeline, and the safer the pipeline. Finally, the pipeline failure determination formula was obtained through dimensionless analysis and verified, and it was found that the formula was accurate.
Accurate measurement of KIC values for gas pipeline steels is important for assessing pipe safety using failure assessment diagrams. As direct measurement of KIC was impossible for the API X70 pipeline steel, multi-specimen fracture tests were conducted to measure JIC using three-point bend geometry. The J values were calculated from load-displacement (F-δ) plots, and the associated crack extensions were measured from the fracture surface of test specimens. Valid data points were found for the constructed J-Δa plot resulting in JIC=356kN/m. More data points were added analytically to the J-Δa plot to increase the number of data points without performing additional experiments for different J-Δa zones where test data was unavailable. Consequently, displacement (δ) and crack-growth (Δa) from multi-specimen tests (with small displacements) were used simultaneously, resulting in the variation of Δa-δ (crack growth law) and δ-Δa obtained for this steel. For new Δa values, corresponding δ values were first calculated from δ-Δa. Then, corresponding J values for the obtained δ values were calculated from the area under the F-δ record of a full-fractured specimen (with large displacement). Given Δa and J values for new data points, the developed J-Δa plot with extra data points yielded a satisfactory estimation of JIC=345kN/m with only a -3.1% error. This is promising and showed that the developed technique could ease the estimation of JIC significantly and reduce the time and cost of expensive extra fracture toughness tests.
Ha, Y.C.;Bae, J.H.;Ha, T.H.;Lee, H.G.;Lee, J.D.;Kim, D.K.
Proceedings of the KIEE Conference
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2004.11c
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pp.532-534
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2004
The advancement of electronics and telecommunication technologies has forced the risk management system for underground metallic structures to evolve into the remote monitoring and control system. Especially, facilities such as gas pipelines, oil pipelines and water distribution lines might make hazardous effect on human safety without continuous monitoring and control. As a result, pipeline engineers have applied cathodic protection system to prevent the degradation of their facilities by corrosion and carried out a periodic monitoring of the pipe-to-soil (P/S) potentials at numberous test boxes along their pipelines. The latter action on a road in downtowns, however, is so much dangerous that the inspectors should be ready to suffer the threatening of their lives and maintenance. In order to minimize these social costs and hazards, a stand-alone type corrosion monitoring equipment which can be installed in test box, store the P/S data for given Belied and send the data by wired/wireless telecommunications is under development. In order to obtain the exact P/S data, however, a reference electrode should be located as close to the pipeline as possible. Actually, the measured potential by a conventional portable reference electrode contain inevitably an IR drop portion caused by the current flow from the cathodic protection rectifier or the subway railroad. To minimize this error, it is recommended that the reference electrode should be buried within 10 cm from the pipeline. In this paper, we describe the design parameters for fabricating the permanent type reference electrode and the characteristics of the developed reference electrode.
Toh, William;Tan, Long Bin;Tse, Kwong Ming;Raju, Karthikayen;Lee, Heow Pueh;Tan, Vincent Beng Chye
Steel and Composite Structures
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v.26
no.1
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pp.55-66
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2018
In this paper, the response of an underground fibreglass reinforced plastic (FRP) composite pipe system subjected to realistic loading scenarios that may be experienced by an actual buried pipeline is investigated. The model replicates an arbitrary site with a length of buried pipeline, passing through a $90^{\circ}$ bend and into a valve pit. Various loading conditions, which include effects of pipe pressurization, differences in response between stainless steel and fibreglass composite pipes and severe loss of bed-soil support are studied. In addition to pipe response, the resulting soil stresses and ground settlement are also analysed. Furthermore, the locations of potential leakage and burst have also been identified by evaluating the contact pressures at the joints and by comparing stresses to the pipe hoop and axial failure strengths.
This study was concerned on the application of a hybrid approach for analyzing the buried pipelines deformations subjected to earthquakes. Nonlinear time-history analysis of Finite Element (FE) model of buried pipelines, which was modeled using laboratory data, has been performed via selected earthquakes. In order to verify the FE model with experiments, a statistical test was done which demonstrated a good conformity. Then, the FE model was developed and the optimum intersection angle of pipeline and fault was obtained via genetic algorithm. Transient seismic strain of buried pipeline in the optimum intersection angle of pipeline and fault was investigated considering the pipes diameter, the distance of pipes from fault, the soil friction angles and seismic response duration of buried pipelines. Also, a two-layer perceptron Artificial Neural Network (ANN) was trained using results of FE model, and a nonlinear relationship was obtained to predict the bending strain of buried pipelines based on the pipes diameter, intersection angles of the pipelines and fault, the soil friction angles, distance of pipes from the fault, and seismic response duration; whereas it contains a wide range of initial input data without any requirement to laboratory measurements.
Use of recycled aggregates that are constituents of concrete or asphalt-based structures has become popular because the recycling is an eco-friendly way to overcome the depletion of natural aggregates. In order to adopt the recycled aggregates for backfilling a power transmission pipeline trench, their thermal resistivity should be low enough to prevent thermal runaway in the transmission system. In this study, a series of laboratory tests with QTM-500 and KD2 Pro was performed to measure the thermal resistivity of recycled aggregates prepared from various sources. Relationships between the thermal resistivity of recycled aggregates and the water content have been obtained with consideration of compaction effort. Similar to natural soils, the thermal resistivity of the recycled aggregates decreases with increasing the water content. In addition, this study compared the experimental data with conventional prediction models for the thermal resistivity in the literature, which suggests the availability of the recycled aggregates as backfill material substituting for natural aggregates when backfilling the power transmission pipeline trench.
Earthquakes are natural disasters that cause serious social disruptions and economic losses. In particular, they have a significant impact on critical lifeline infrastructure such as urban water transmission networks. Therefore, it is important to predict network performance and provide an alternative that minimizes the damage by considering the factors affecting lifeline structures. This paper proposes a probabilistic reliability approach for post-hazard flow analysis of a water transmission network according to earthquake magnitude, pipeline deterioration, and interdependency between pumping plants and 154 kV substations. The model is composed of the following three phases: (1) generation of input ground motion considering spatial correlation, (2) updating the revised nodal demands, and (3) calculation of available nodal demands. Accordingly, a computer code was developed to perform the hydraulic analysis and numerical modelling of water facilities. For numerical simulation, an actual water transmission network was considered and the epicenter was determined from historical earthquake data. To evaluate the network performance, flow-based performance indicators such as system serviceability, nodal serviceability, and mean normal status rate were introduced. The results from the proposed approach quantitatively show that the water network is significantly affected by not only the magnitude of the earthquake but the interdependency and pipeline deterioration.
There are many Industry Code and Standard (ICS) for Structural Integrity Assessment (SIA) on welded structure with defect. The general ICSs, such as R6, BS 7910 and API 579-1/ASME FFS-1, provide equations to determine the upper bound residual stress profiles based on collections from many literatures. However, these residual stress profiles used in the SIA cause the conservative design for welded structures. In this study, the structural integrity assessment for girth weld in pipeline has been conducted based on fracture mechanics. In addition, thermo-elastic plastic FE analysis was performed for evaluating the residual stress of girth weld in pipeline. The weight function solution is used to determine the stress intensity factor using the residual stress profile obtained by the FE analysis. This approach can account for redistribution and relaxation of residual stress as the defects grow. In order to the evaluate quantitative comparison between BS 7910 and weight function solution, structural integrity assessment determining allowable crack size on cracked pipe was performed with failure assessment diagram.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SP
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v.46
no.4
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pp.157-164
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2009
An efficient pipeline MDC Radix-4 FFT structure is proposed in this paper. Every stages in pipeline FFT structure consists of delay' commutator and butterfly. Proposed butterflies in front and rear stages utilize CORDIC and Common Sub-expression Sharing(CSS) techniques, respectively. It is shown that proposed butterfly structure can reduce the number of adders through sharing common patterns of CSD type coefficients. The Verilog-HDL modeling and Synopsys logic synthesis results that the proposed structure show 48.2% cell area reduction in the complex multiplication part and 22.1% cell area reduction in overall 256-point FFT structure comparison with those of the conventional structures. Consequently, the proposed FFT structure can be efficiently used in various OFDM systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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