供水管网地震脆弱性评价方法的研究

论文摘要

供水管网作为城市生命线工程的重要组成部分,承担了自来水从水厂泵站到用户的全部输水任务,是城市居民正常生产和生活的重要保障之一。然而各种人为和自然因素都会对供水管网产生不同程度的破坏作用,其中地震是对供水管网构成最大威胁的自然因素。国内外对于地下管道系统的地震研究已经开展了很多,但是仍然没有形成一套行之有效的评价方法。为了合理有效的评价地震对供水管网的影响,本研究以KGWL开发区供水管网为研究对象,在广泛参考国内外研究方法与成果的基础上,提出了一套结合有限元分析和模糊数学方法的供水管网地震脆弱性评价(Seismic Vulnerability Assessment)方法。首先,通过结合国内外众多研究的方法和KGWL开发区供水管网自身的特点,对供水管网的建模方法进行了分析和讨论。然后,以有限元分析为基本建模方法,选用ABAQUS软件为建模平台,对KGWL开发区供水管网中不同方向的管道接口进行了简化建模,并以已知地震的地震波为输入进行了动力分析。通过分析模拟结果,确定了以最大mise应力为管道接口的地震破坏依据。在确定了直管接口的模拟结果后,通过引入应变调整系数的方法计算了四种不同管件的地震响应。最后,以模糊数学方法为指导,构造了管道和管件的地震最大mise应力破坏标准以及相应的隶属度函数。为了区分不同位置和服务对象的管网单元的重要性,又运用模糊聚类分析方法,根据KGWL开发区管网中环状区块的用户用水量和距水源的距离,对整个管网进行了区块划分。结合隶属度函数计算结果和模糊聚类分析结果,最终提出了供水管网地震脆弱性指标的计算方法。通过本文的研究,提出了一套较为完整的供水管网地震脆弱性评价方法,该方法虽然目前还难以直接指导实践工作,但是整体思路和技术方法在理论上是可行的,必然会对供水管网的地震研究产生积极的推动作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 脆弱性的概念
• 1.2.1 脆弱性和脆弱性评价
• 1.2.2 供水管网脆弱性评价的意义及其分类
• 1.2.3 供水管网地震脆弱性评价研究的必要性和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 存在的问题和本研究的思路
• 1.5 本章小结
• 第二章 研究对象及初步分析
• 2.1 KGWL开发区供水管网概况
• 2.2 供水管网的地震破坏机理和影响因素
• 2.2.1 埋地管道地震破坏的主要形式
• 2.2.2 供水管道地震破坏的影响因素
• 2.2.3 KGWL开发区供水管网主要面临的地震破坏形式
• 2.3 KGWL开发区供水管网的建模方法分析
• 2.3.1 单根管段的建模
• 2.3.2 长管的建模
• 2.3.3 管件的建模
• 2.3.4 管土相互作用
• 2.4 本章小结
• 第三章 KGWL开发区供水管网地震响应的有限元微观分析
• 3.1 有限元方法简介
• 3.1.1 有限元方法的基本原理
• 3.1.2 有限元分析软件ABAQUS简介
• 3.2 基于ABAQUS的管段与管件地震响应分析
• 3.2.1 模型基本参数的确定
• 3.2.2 管段的分析
• 3.2.3 管件的分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 KGWL开发区供水管网的地震脆弱性宏观分析
• 4.1 KGWL开发区供水管网的地震破坏模糊隶属度分析
• 4.1.1 模糊数学基本方法简介
• 4.1.2 供水管道地震破坏隶属度函数的建立
• 4.2 KGWL开发区供水管网的模糊聚类分析
• 4.2.1 模糊聚类的引入与基本步骤
• 4.2.2 KGWL开发区供水管网的模糊聚类分析
• 4.2.3 聚类类别的综合权重值确定
• 4.3 KGWL开发区供水管网的地震脆弱性综合评价
• 4.3.1 KGWL开发区供水管网地震脆弱性综合评价方法
• 4.3.2 评价结果的讨论
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 研究结论
• 5.2 存在的不足
• 5.3 研究前景展望和建议
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢