地震作用下埋地长距离输水管道动力特性研究

摘要

随着国民经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高，一些大型调水工程相继开工。埋地长距离管道输水方式因其地质条件要求不高，可随一定地形铺设，输水渗漏损失小，施工简单，造价较低，管理运行方便等优点，为设计者优先考虑。长距离输水管道在远距离调水方面得到广泛地应用，成为现代工业和城镇生活的大动脉。我国地处两个最活跃的地震带之间，是世界上遭受地震灾害最严重的国家之一，确保这些管道在未来可能发生的地震中安全可靠地运行，是我国输水工程的规划、设计、施工、运行所面临的重要问题。 本课题主要研究地震波作用下埋地管道运行时的情况，并对场地土类型、地震动要素进行了研究分析。针对地震波作用下埋地管道的运动特点，运用振动和抗震动力学理论，推导了埋地管道的振动运动方程和管土间相互作用的传递系数，进而求出了管道最大的轴向应力和最大的弯曲应力。地震时输水管道在管端部、弯曲部、三通部、大小管接头等异型部分，会产生动水压，并对此做了动水压分析。本论文以南水北调中线京石段应急供水工程中PCCP管为例分析讨论了地震波波速、入射角、管径、管道壁厚等参数对埋地管道抗震性能的影响。针对地下管道震害特性，给出了一些相应有效的抗震措施。 地震是造成管道系统破坏的重要因素，分析输水系统中地震的作用，保证输水系统的安全运行，制定规范的运行规程，科学地估计它带来的危害，及时采取有效抗震措施，可以避免或减少地震带来的损失，因此输水管道的抗震分析具有重要的现实意义。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1项目研究的意义

1.2国内外研究现状与进展

1.2.1均匀土介质与管线的地震反应

1.2.2不均匀土介质与管线的地震反应

1.2.3液化区内管线的地震反应

1.2.4断层处管线的地震反应

1.2.5埋地管线的稳定性

1.3项目研究内容及方法

1.3.1本课题的主要内容

1.3.2主要研究方法

第二章地下管道震害特征影响因素及成因分析

2.1地震波作用下管道的损坏特点

2.1.1地下管道损坏典型事例

2.1.2地下管道震害特征

2.1.3地震对地下管道的作用

2.2地下管道震害主要影响因素及成因分析

2.2.1地下管道震害与地震烈度的关系

2.2.2管道损坏与地震波入射角的关系

2.2.3地下管道震害与场地的关系

2.2.4地下管道震害与埋深的关系

2.2.5地下管道震害与结构的关系

2.3地震作用下管道损坏分类

2.3.1管道结构和材质分类

2.3.2管道损坏程度分类

2.3.3地下管道性状标志分类

2.4小结

第三章地下管道震害预测及地震作用计算

3.1地下管道的震害预测

3.1.1埋地管道震害预测方法

3.1.2地下管道震害预测模型

3.1.3管线震害程度分类

3.2地下管道地震作用计算

3.2.1地震作用下管道应力计算方法

3.2.2自由场地管道应变(相同变形)

3.2.3约束场地管道应变(相对变形)

3.2.4地下管道的波动反应分析

3.2.5若干参数的修正

3.2.6地震时输水管道中的动水压

3.3小结

第四章南水北调中线京石段应急供水工程实例分析

4.1工程概述

4.1.1管线布置

4.1.2沿线工程地质

4.1.3工程抗震设计标准

4.2地震作用下管道应力分析

4.2.1地下直管段应力计算

4.2.2土方段和石方段应力分析

4.3地震引起管道动水压计算

4.3.1各相关参数的确定

4.3.2管道端部地震时的动水压

4.3.3管道三通部位地震时的动水压

4.3.4管道接头部位地震时的动水压

4.4承插式管道接口抗震验算

4.4.1相关参数的确定

4.4.2结论与分析

4.5抗震措施

4.5.1输水管道抗震加固的必要性

4.5.2提高管线抗震性的基本措施

第五章结论与展望

5.1主要研究结论

5.2创新

5.3展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文