过活动断裂地面明钢管适应性及抗震性能研究

摘要

压力钢管作为输送管线常见于引调水工程中，地面明钢管由于结构简单，承压能力较高，对变形和不良地质条件的适应性强，开挖量少，投资较省，维护检修方便等优点，在过活动断裂的管道结构中应用广泛。长距离输水管道常穿越地质条件复杂的断裂带，断层的蠕滑与粘滑错动，对结构安全性产生了很大的威胁。因此研究活动断裂错动作用的特征，以及相应的工程布置型式是十分重要的。结构布置了多个滑动支座，除了适应断层的变形，还需要抵抗地震荷载的破坏，另外近断层地震动对明钢管安全性的影响研究目前比较缺乏，值得深入探讨。 本文基于三维非线性有限元数值仿真软件ANSYS，对过活动断裂地面明钢管适应性及抗震性能进行了分析。具体内容和成果包括: 1.根据工程经验，提出主断层段不同支承型式的两种结构布置方案，分析过断裂明钢管的不同型式分别在蠕滑错动及粘滑错动模式下的位移及应力规律，管道两种布置型式对断层蠕滑错动适应良好，粘滑错动下破坏严重。双向滑动支座配套固定铰支座形式较单向滑动支座形式受力条件更优。 2.在蠕滑错动模式的基础上，研究断层各方向错动位移对两种结构布置方案的影响，分析位移补偿元件补偿方式的不同与支座选型之间的关系，其中单向滑动支座形式以错动式补偿位移，而双向滑动支座与固定铰支座配套布置，以摆动式补偿结构位移，对复杂的断层错动位移适应性更强。 3.倒虹吸结构跨越活动断层，边界条件不断变化，结构在整个运行阶段中承担一定的断层错动位移后遭遇地震的可能性较大。通过时程分析法，重点研究了结构在运行初期及设计寿命期限内遭遇地震荷载的动力响应。结果证明边界条件的不同，对结构响应影响不大，但需要对结构的薄弱环节即波纹管伸缩节、支座及支承环的变形重点关注，以确保结构的抗震性能。 4.选取近断层地震动实测波，利用时程分析法，研究过活动断裂结构在近断层地震动作用下的响应，归纳管道及其构件的变形与受力规律，近断层地震周期长、幅值高，对伸缩节、支座、支承环等结构柔性构件的变形影响较大，即使作用的时间较为短暂，但也会引起结构的不利响应，这些研究为预防地震灾害提供理论支持，确保了结构的运行安全。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及研究意义

1．2 研究现状及趋势

1．3本文研究内容

2有限元基本理论

2．1静力有限元分析基本理论

2．2瞬态动力学分析基本理论

3 过活动断裂结构对断层错动适应性研究

3．1 活动断裂错动模式

3．2 明钢管适应断层错动的结构措施

3．3蠕滑错动位移适应性分析

3．4 粘滑错动位移适应性分析

3．5补偿方式对比分析

3．6本章小结

4过活动断裂结构抗震性能研究

4．1运行初期结构抗震性能分析

4．2运行期结构抗震性能分析

4．3近断层地震动响应分析

4．4本章小结

5 结论与展望

5．1总结

5．2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表文章和参加科研情况

致谢