供水管网地震破坏及水力分析方法研究

摘要

供水系统作为城市生命线工程的重要组成部分，是人民生活和社会生产不可或缺的重要基础设施，其地震破坏及功能失效对社会正常生产，人民生活及震后救灾均有较为严重影响。目前供水系统管线震害预测与可靠性研究相对完善，但供水管网震后漏损及水力研究相对来说比较薄弱，需要进一步完善。本文在分析总结国内外供水管网地震破坏及功能失效方面研究进展的基础上，针对管段漏损状态和管网震后水力模拟分析方法进行了研究，主要完成了以下工作:
　　1.管线“单元”层面的抗震分析研究。采用波动理论结合经验算法公式对单体管线元件进行了地震破坏模拟与抗震分析;以接头破坏可靠度分析为基础，改进了接口式管线抗震可靠度计算方法，给出更为符合实际的管线破坏概率计算模型。在此基础上，编制程序对阳江主干管线进行地震模拟分析，得到了管线处于不同破坏状态的概率。
　　2.震后管网节点类型分类及漏损判定方法。针对震后漏损管网中出流节点的特征和出流量模型的不同，本文将管网中的节点分为:渗漏节点、爆管节点和用户节点三种节点类型，并分别总结和阐述了不同类型节点的出流量模型。对用户节点采用可考虑节点流量随水压动态变化的出流模型，避开了水力分析中出现负压力点问题;渗漏节点则以渗漏面积的统计参数表示节点的漏损程度;爆管断开节点以虚拟负水源点方式模拟其出流状态。结合供水管线地震三态破坏模型，给出了漏损节点的判定方法。
　　3.引入Monte-Carlo模拟算法对震后管网水力功能进行模拟分析。首先结合单体管线的抗震可靠度分析和震后漏损管网的水力分析方法，采用数值模拟方法，建立了基于管线三态破坏状态的供水管网地震模拟方法。同时，针对数值模拟方法结果的稳定性问题，采用Monte-Carlo模拟方法进行震后管网的水力功能模拟，并以此方法对管网进行了地震随机模拟，得到了震后管网服务功能水平。
　　4.进行了震后管网水力分析方法的对比。采用了以渗漏面积统计参数决定的管线破坏状态模型水力分析方法（传统方法）及本文提出震后管网水力功能模拟方法分别对算例管网系统进行地震破坏模拟分析。结果表明:由于综合考虑了震后管网局部管线基本完好状态和爆管状态，在地震烈度较低时爆管节点较少而不破坏的管线居多，两种方法对于震后管网水力功能评估结果相近;在地震烈度较高时，爆管节点大量增加，传统方法无法正确模拟爆管节点的流失量，所以对管网震后水力功能估计偏高，而本文方法能得到更为真实的管网地震破坏状态和水力分析结果。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景

1．2 管线抗震研究现状

1．2．1 管线地震响应分析研究

1．2．2 管线震害预测研究

1．3 供水管网抗震研究现状

1．3．1 供水管网抗震研究方法

1．3．2 震后管网功能分析存在问题及现状

1．4 本文主要研究内容

第二章 供水管线地震破坏及可靠度分析

2．1 引言

2．2 供水管线的基本震害情况

2．2．1 供水管线地震破坏部位

2．2．2 供水管线破坏影响因素

2．3 供水管线抗震波动法

2．4 供水管线的抗震可靠度分析

2．4．1 接头的抗震可靠度分析

2．4．2 管段抗震可靠度分析

2．5 算例分析

2．6 本章小结

第三章 震后管网节点出流分析

3．1 引言

3．2 用户节点出流模型

3．3 虚拟节点渗漏模型

3．4 虚拟节点的爆管模型

3．5 虚拟节点类型的判定方法

3．6 本章小结

第四章 供水管网水力分析方法

4．1 引言

4．2 供水管网基本水力方程

4．3 水力计算方法

4．4 漏损管网的水力分析

4．4．1 漏损管网的水力平衡方程

4．4．2 Newton迭代

4．4．3 Newton-Raphson代法求解渗漏管网水力平衡方程

4．4．4 Newton-Raphson迭代法的收敛性

4．5 算例分析

4．6 本章小结

第五章 供水管网震后水力模拟

5．1 引言

5．2 基于管线三态破坏的震后管网水力模拟方法

5．2．1 方法基本思想与步骤

5．2．2 算例分析

5．3 基于Monte-Carlo模拟算法的渗漏管网水力分析

5．3．1 蒙特卡洛模拟算法的基本理论

5．3．2 线性同余法产生随机数

5．3．3 蒙特卡洛模拟进行供水管网漏损分析方法步骤

5．3．4 算例分析

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介

硕士期间发表文章

硕士期间参与项目