场地震陷对地下管线影响研究

论文摘要

地震引起的地层沉陷导致埋地管线破坏的事例有很多,为了保证埋地管线的安全和正常使用,研究场地震陷对埋地管线的影响具有重要意义。本文运用ANSYS有限元分析软件,考虑管-土相互作用,对震陷区埋地管线进行了一系列的数值模拟研究,模拟内容包括三大非线性:几何大变形非线性、材料非线性及接触非线性,并对震陷区埋地管线的反应特点进行了分析。论文主要进行了如下工作:1.总结了埋地管线的抗震研究的一些成果并介绍了震陷区埋地线反应分析研究现状;阐述了震陷区埋地管线抗震研究的必要性,在此基础上提出了论文的研究目标和方法。2.分析了已有的各种数值模型的优劣,在此基础上确定了本文研究中采用的模型。其中土体采用D-P实体模型,管线采用线弹性壳模型,管-土相互作用采用接触模型,管土体系采用三维模型。3.阐述了采用ANSYS有限元分析软件进行震陷区管线数值模拟的基本思路,包括非线性分析在ANSYS中的实现、单元选取、有效计算区域、边界条件确定方法、管土体系模型的确立。对于震陷区的实现论文采用的是对一定区域下土体进行挖空,然后模拟土体自重作用下的反应,这样可以实现土体漏斗状的震陷效果,而且土体的变形是连续的。经过模拟试算,震陷效果符合实际情况。4.研究了土体材料性质、土体震陷量、震陷区大小、管线埋置深度、不同径厚比及相同径厚比这一系列工况下对管线反应的影响,寻找了管线破坏的敏感因子,得出了一些有益的研究成果:1)震陷区管线的反应因土体性质的差别相应有很大差别;2)土体震陷量越大,管线反应越大,但当震陷量达到一定值时,管线反应变化不大;3)震陷区在一个合适的范围内时,它对管线的破坏影响最大;当震陷区小于或大于这个范围时,对管线的影响都小于这个特定震陷区域范围对管线的影响;4)埋深越浅的管线所产生的附加应力和附加应变越大;5)震陷区对管线的破坏影响随径厚比增大而增大;6)径厚比不变时,震陷区对管线的影响随管线直径减小而增大。5.对论文工作进行了分析与总结,最后提出下一步工作展望。论文研究成果对震陷区管线的抗震设计有重要参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景、目的及意义
• 1.2 地下管线震害影响因素和抗震分析方法概述
• 1.2.1 地下管线震害影响因素和破坏特征
• 1.2.2 地下管线抗震分析方法简述
• 1.3 地下管线抗震研究发展概况及文献综述
• 1.3.1 地下管线抗震研究发展概况
• 1.3.2 震陷区地下管线研究概况
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 场地震陷作用下管线数值模拟基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 管线屈曲模型
• 2.2.1 管线梁型屈曲模型
• 2.2.2 管线薄壳屈曲模型
• 2.3 土体本构模型
• 2.3.1 土体线弹性模型
• 2.3.2 D-P 本构模型
• 2.4 管-土相互作用模型
• 2.4.1 管-土固定联结模型
• 2.4.2 土弹簧模型
• 2.4.3 非线性接触模型
• 2.5 管-土体系的刚度矩阵
• 2.6 本章小结
• 第三章 震陷区地下管线有限元建模
• 3.1 引言
• 3.2 ANSYS 软件简要介绍
• 3.3 非线性分析在 ANSYS 中的实现
• 3.3.1 几何非线性
• 3.3.2 材料非线性
• 3.3.3 接触非线性
• 3.4 管线模型选取
• 3.4.1 管线材料选取
• 3.4.2 管线单元选取
• 3.5 土体单元选取
• 3.6 接触单元选取
• 3.7 有效模型区域及边界条件确定
• 3.8 有限元管土体系计算模型
• 3.9 本章小结
• 第四章 场地震陷作用下管线数值模拟分析
• 4.1 引言
• 4.2 土体模型计算结果及讨论
• 4.3 震陷区管线模型计算结果及讨论
• 4.3.1 不同土体材料对管线的影响
• 4.3.2 不同震陷量对管线反应的影响
• 4.3.3 震陷区大小不同对管线反应的影响
• 4.3.4 不同埋置深度对管线反应的影响
• 4.3.5 不同径厚比对管线反应的影响
• 4.3.6 相同径厚比不同管径对管线反应的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 结语
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 下一步工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 攻读硕士期间主要参与的课题
• 攻读硕士期间发表的论文