埋地预应力钢筒混凝土管的地震响应分析

论文摘要

地下管道是支持社会活动的重要基础,一旦遭遇地震,将对城市用水、社会稳定产生重大影响。南水北调工程目的地北京、天津均位于高烈度地震区。作为输水管道的预应力钢筒混凝土管的抗震研究具有重要的理论意义和工程实用价值。地震作用下地下结构的运动是土与结构共同作用、相互影响的结果。本文以土-结构相互作用为核心理论,动力有限元方法为分析手段,用大型通用有限元软件ANSYS对地震作用下的地下管道建立了管-土相互作用模型,研究了地下结构反应的一些规律,对管道在不同场地、内水压力、埋设深度、地震动频率、管道厚度、管芯混凝土等级进行分析,为相关工程的抗震计算和设计提供参考和依据。主要研究工作和结果如下:（1）采用时程分析法,对地下管道进行了地震响应分析。重点研究了几种人工边界和横向计算范围分别为32m、40m、48m、60m、72m、80m时对管道地震响应计算结果的影响。研究结果表明,采用粘弹性边界在计算范围达到15倍管道半径时,计算结果趋于稳定。在确定合理计算范围的基础上,粘弹性边界更适用于管道地震反应分析。（2）在确定合理计算范围和人工边界条件的基础上,进一步分析了场地类型、地震动频率、管道埋深、内水压力、管芯混凝土等级对地震反应的影响。分析结果表明:场地类型和地震动频率对管道地震反应影响较大,在软弱场地中,地震响应位移和应力均比较大;与管道埋深、内水压力关系不大,建议工程中采取良好的场地条件来降低地震中管道损坏的风险。分析还表明提高混凝土等级对管道的抗震性能作用不大,适当减小管道厚度可以降低管道中拉应力,设计中通过增大管道厚度来增强抗震能力的做法是不合适的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 地下结构抗震研究的意义
• 1.2 地下结构抗震研究的方法及特点
• 1.3 地下结构抗震结构研究现状
• 1.4 本文的研究背景、意义及主要工作
• 第二章 地下结构抗震分析基本理论
• 2.1 地下结构抗震的理论解析方法
• 2.2 结构地震反应的时程分析方法
• 第三章 土-管道相互作用有限元模型及分析
• 3.1 前言
• 3.2 有限元法简介
• 3.3 管-土相互作用有限元模型原理及其实现
• 第四章 管道地震响应分析中计算范围的研究
• 4.1 前言
• 4.2 本研究的PCCP管道模型及计算范围的确定
• 4.3 地震波的选取
• 4.4 计算结果及分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 管道地震响应的影响因素分析
• 5.1 引言
• 5.2 场地条件的影响
• 5.3 地震动频率对地下管道地震反应的影响
• 5.4 埋深的影响
• 5.5 内水压力的影响
• 5.6 混凝土强度的影响
• 5.7 管芯混凝土厚度的影响
• 第六章 结论及展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢