埋地供水管道受地震波作用的分析

论文摘要

城市供水管网由输水管道和配水管网构成,由于供水管网覆盖面广,地震发生后,对城市生活和生产影响极大,特别在山地丘陵地区,因管道敷设场地条件复杂,管道震损更加严重。而目前我国对供水管网的抗震设计还处于初步阶段,理论基础不够完善,特别是一些理论参数还无法确定。因此,对管道抗震理论模型的研究和设计计算参数的研究具有实际意义。本文首先在充分总结国内外所收集历史上多次重大地震灾害资料的基础上,对埋地供水管道遭受地震破坏的类型和作用机理进行分析,提出地震作用下的埋地管道破坏模型,根据作用模型,开发埋地供水管道分析平台,由分析平台可对各种模型的输入形式、模型参数等进行多方面分析,提出较为合理的管道抗震设计计算模型及计算参数。文中涉及的主要理论模型有：反应变位法模型、波动法模型、动力解析法模型、相对变形理论模型和拟静力模型；重点分析的参数有：接头弹簧系数、土弹簧系数、剪切波速等。本文针对山地丘陵地区的地形特点,重点分析了地基因地震引起的沉降对埋地供水管道的弯曲破坏作用,提出了供水管道弯曲变形计算公式,分析了弯曲变形特点。由于模型及参数繁多,为了使计算更系统化,结构性更强。本文基于MATLAB-GUI设计,开发了管道地震作用分析计算平台,分析计算平台结构层次较好,分为三个层次：管材及管道构造层次；管土相互作用模型层次；场地土特性及管道力学性能层次。通过数值计算分析,得到的主要结论有：（1）埋地管道根据其本身整体性能的好坏可分为连续管和分段管,连续管道的变形主要由管体本身承担,分段管的变形主要集中在接头上；（2）相对变形理论模型简单,计算结果偏于保守,符合特殊结构抗震设计思想；（3）地震剪切波速越大,表明地震作用越大,对管道的破坏也越大；（4）接头弹簧系数对管道的影响作用明显,接头刚度越大,管道的整体变形越小,因此选取合适的接头也是抗震的关键；（5）土弹簧系数对管道的影响也至关重要,通过分析知道,坚硬的场地土有利于管道抗震,因此,管道在埋设时应尽量避开松软地基,减小地震损害,当无法避开时,则应采取相应的加固措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本课题研究内容
• 1.4 研究方法
• 1.5 技术路线
• 第2章 埋地管道在地震作用下的模型分析
• 2.1 埋地管道在地震作用下的破坏类型
• 2.2 地震波作用的共同变形理论模型分析
• 2.2.1 反应变位法
• 2.2.2 波动法
• 2.2.3 动力解析法
• 2.3 相对变形理论模型分析
• 2.4 拟静力模型分析
• 2.4.1 分段管模型
• 2.4.2 连续管模型
• 2.5 埋地管道在地基沉降作用下的模型分析
• 2.5.1 模型建立
• 2.5.2 边界条件
• 2.5.3 管道受地基沉降作用下的解析解
• 2.6 小结
• 第3章 管道受地震波作用的平台设计及计算分析
• 3.1 平台设计目的
• 3.2 平台设计框架
• 3.3 相对变形理论计算
• 3.3.1 铸铁管最大位移标准值计算
• 3.3.2 钢管最大应变标准值计算
• 3.4 拟静力模型计算
• 3.4.1 分段管计算
• 3.4.2 连续管计算
• 3.5 弯曲计算
• 3.5.1 位移计算
• 3.5.2 接头伸缩量计算
• 3.6 小结
• 第4章 工程应用
• 4.1 工程概况
• 4.2 地质地形特点
• 4.3 验算内容
• 4.4 管道抗震验算
• 4.4.1 相对变形理论抗震验算
• 4.4.2 拟静力法抗震验算
• 4.4.3 管道横向变形验算
• 4.5 小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 致谢
• 参考文献