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跨断层埋地管线断层错动反应分析方法

侯春林  
【摘要】:跨断层埋地管线地震反应问题研究是生命线地震工程的重要内容之一。本文在第一章中首先介绍了跨断层埋地管线断层错动反应特性及分析方法研究的相关成果,包括理论研究、试验研究及相关影响参数研究几个方面。理论研究和试验研究两个方面主要依发展顺序介绍,兼顾各研究方法间的继承关系;相关参数依次介绍,总结主要研究参数对跨断层埋地管道应变反应的影响及对管道的抗震意义。然后依据实际跨断层埋地管道震害特征及实际工程设计需要分析现阶段亟待解决的问题。 在对已有研究成果总结分析的基础上,作者了解到在断层错动下埋地管线跨断层的最佳交角研究方面,已有的分析计算方法均以管道受拉失效为基本假定,未考虑到管道压缩失效的情况。在第二章中,论文利用管体壳模型有限元方法进行了跨断层管线在断层错动下管体反应的计算分析,考虑了管材特性、管道尺寸及地基土特性多种影响因素,探讨了在仅控制轴向拉伸应变值与同时控制轴向拉伸应变值和轴向压缩应变值的两种管道失效控制准则下管道的失效问题,分析了不同失效控制准则对管线跨断层的最佳交角的影响。发现失效控制准则是确定最佳交角值的关键因素,而且基于同时考虑拉伸和压缩失效控制准则,管线跨断层的最佳交角应在70°左右。因此,建议在跨断层交角在(0°~70°)的情况下,可以以轴向拉伸应变作为判断管道失效与否的控制参数:而在跨断层交角在(70°~90°)的情况下,应以管道轴向压缩应变作为判断管道失效与否的控制参数。 模拟跨断层埋地管道在断层错动下的反应时,壳模型有限元方法较简化索模型解析方法能更好地分析管道作为一种壳体结构的反应特性,但国内外规范仍然多采用便于应用的简化索模型解析方法。在第三章中论文进行了大量的等效弹簧壳模型方法与两种索模型解析方法对比实例计算,基于计算结果量化了不同方法所得管道轴向拉伸应变结果的差异值,探讨了等效弹簧壳模型方法与Newmark方法所得结果差异的主要原因,并针对管道跨断层交角小角度(0°~70°)的情况,选用场地土剪切波速和断层错动量两个参数作为改进参数,提出了一种改进的Newmark方法。计算分析表明,即使对于不同的管线跨断层交角和管材特性情况,这一改进的Newmark方法与等效弹簧壳模型方法的计算结果拟合度仍高达0.89,这一点证实经过改进方法的合理性和可靠性。


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