论文摘要
管道运输作为物流运输的重要手段之一,在世界上得到了广泛的应用,尤其油气水管道系统被称作“生命线”,这意味着它们的运行对维护公共安全和财富是十分重要的。地震时断层错动作用是造成跨断层埋地管道破坏的主要原因之一,但目前跨断层管道尚无可靠有效的抗震措施。基于这种背景,本文提出了一种管道跨断层隔震措施,即埋地管道在跨断层处出地面,管道下设支撑,支撑下设滑动块与地面之间可以滑动,形成隔震管段。本文研究主要涉及跨断层隔震管道地震反应数值模拟与跨断层隔震管道工程设计。本文第一章阐述课题研究背景及意义,述评跨断层埋地管道的分析研究状况及跨断层管道主要抗震对策,指出跨断层管道抗震有待研究解决的问题。本文第二章对两种理论分析方法和两种简化计算方法进行了详细述评。Newmark-Hall方法是预测跨断层管道受拉反应的一个近似方法,将提供管道应变的下限估计。Kennedy等人的方法将提供跨断层管道拉应变的上限估计。Takada简化计算公式采用Kennedy方法计算弯曲点到断层的距离,其有限元模型中并没有考虑管周围土作用。刘爱文根据“等效边界”方法建立跨断层管道模型,并在归一化算例结果后得到简化计算公式。笔者分析了跨断层管道主要抗震措施的优点与不足,提出本文措施,从原理的合理性、技术和经济的可行性以及措施与计算的可靠性等方面作了阐述。本文第三章建立了跨断层隔震管道的分析模型,介绍了计算分析基本理论和具体方法,包括非线性处理、多点输入的解决方法、计算单元的选取、断层错动类型及错距和近场地震动记录等。本文第四章主要分析各种因素对跨断层隔震管段地震反应及隔震效果的影响,通过数值模拟对这些因素进行确认、分析和解释。分析内容涉及（1）隔震管段两端与土体相互作用对隔震管段隔震效果的影响;（2）弹簧支撑间距对隔震管段隔震效果的影响;（3）断层错距对隔震管段隔震效果的影响;（4）隔震直管段与两端带弯头隔震管段地震响应差别;（5）支座滑块与地面间摩擦系数对隔震管段隔震效果的影响;（6）隔震管段长度及其与断层交角对隔震管段隔震效果的影响;（7）隔震管段地震响应动力分析和静力分析的差别;（8）分析走滑断层含正（逆）滑分量时的隔震管段隔震效果。本文第五章提出了跨断层隔震管道工程设计流程和要求（模型的建立、输入的确定、分析方法及程序和验算准则等）。通过有限元方法,给出了长度为210米的三种直径和三种壁厚管段,在三组地震波作用下的部分最大拉应变和最大压应变,并与容许应变值进行比较,评价了隔震管段抗震能力;同时将隔震管段应变值与跨断层埋地管道的应变值进行了比较分析。最后提出了调整隔震管段长度及支座滑块与地面之间摩擦系数,对三种常用管径管道跨断层设计的建议。本文第六章对全文工作进行总结并对下一步的研究提出展望。