输气管道在途径大型河流时经常采用盾构隧道的方式进行穿越,天然气流体与管道的耦合作用是造成输气管道振动的重要原因之一。在输送过程中,当天然气压力脉动频率或者加压机械设备激励频率与管道的固有频率相近时,就可能会造成管道的振动加剧,进而引起管道及其附属设施疲劳损伤,严重威胁输气管道的运营安全。因此,对输气管道的流固耦合振动进行研究和分析,具有重要的工程价值和现实意义。首先,本文主要基于西气东输二线九江长江隧道穿越工程实际问题,对盾构隧道竖井内输气管道常用的锚固墩和支墩架空敷设两种支撑方式进行适当简化,分别考虑内部天然气及外部密封静水与管道的耦合作用,建立了输气管道的流固耦合有限元模型。其次,本文采用干模态方法和湿模态方法对盾构隧道竖井内输气管道进行了模态分析,主要研究了管道的横截面参数、滑动支座约束以及不同耦合作用等因素对输气管道模态参数的影响。计算结果表明:管道的低阶模态振型为梁式振动,高阶模态振型为壳式振动,不同的横截面参数会引起管道固有频率的变化,同时也会改变部分管道模态振型的顺序;当管道一端采用滑动支座约束时,产生了沿轴向的模态振型;流固耦合作用使管道的各阶固有频率均有不同程度降低,并且外部密封静水比内部天然气流体对管道固有频率的影响更大。最后,本文采用ANSYS+CFX双向流固耦合分析方法对盾构隧道竖井内输气管道的振动响应进行了数值模拟计算,主要研究了在恒定和脉动输送压力下管道的振动响应规律。计算结果表明:在恒定输送压力下,管道的振动响应经过衰减逐渐收敛到稳定值,弯管平面内的振动位移明显大于垂直于弯管平面方向上的振动位移,通过减小天然气输送压力和增加壁厚,均可以明显降低管道的振动位移和应力;在脉动输送压力下,管道的振动响应最终收敛到平衡位置两侧稳定波动,并且振动位移响应的频率包含了天然气压力脉动的频率;当天然气压力脉动频率为20Hz左右时,与管道的第1阶梁式振动固有频率接近,管道的振动位移和应力均大幅增加。因此,在实际工程中应使天然气压力脉动频率远离管道第1阶梁式振动固有频率,避免因共振引起输气管道破坏。