市政埋地供水管网抗寒潮连通可靠度分析

为研究市政埋地供水管网抗寒潮可靠度,本文运用递推分解算法,以某城市供水管网为例,对供水管网抗寒潮连通可靠度进行分析,给出了管网连通可靠度的分布。研究表明,供水管网中水源点分布和管段可靠度是抗寒潮连通可靠度的重要影响因素;居于管网核心区域的成网状节点的可靠度较高,靠近管网边缘的呈树枝状节点的可靠度较低;距水源点较近节点,可靠度较高,距水源点较远节点,可靠度较低。建议优化管网中水源点的分布情况,使水源点尽量均匀分布在管网中;同时建议采取措施来提高每个管段的抗寒潮可靠度。研究对供水管网运行安全的抗寒潮预警具有一定参考价值。     

温度影响下供水管道力学行为数值模拟研究∗

夏冬季节供水管道漏损和爆管事故频发,表明温度是影响供水管道结构运行安全的重要因素。然而,已有研究大多忽视温度变化对供水管道力学行为的影响。因此,本文采用有限元数值模拟方法,建立了考虑管?土相互作用的热力耦合三维数值模型,研究了地表温度变化对供水管道周围土壤温度场的影响,分析了供水管道因土壤与水温差异造成的力学行为变化,研究了不同温度影响下埋深、管径和壁厚三个因素对供水管道力学行为的影响。 最后,采用均匀试验设计方法,通过大量的有限元数值模拟,建立了供水管道最大应力、最大竖向位移和地表温度变化之间的经验预测方程。研究结果表明：土壤的温度变化幅度小于地表的温度变化幅度,即存在“冬暖夏凉”的效果。因土壤与水体的温度差异,供水管道容易出现“热胀冷缩”的现象,使得供水管道发生漏损或爆管。本文建立的经验预测方程和有限元模拟结果拟合较好,可直接用于评估供水管道不同季节的结构运行风险和沉降风险。     

泥石流作用下埋地管道的可靠度分析

随着地质灾害和极端天气数量的增多,因泥石流引起的管道失效事故不断发生。将泥石流冲击速度作为随机变量,确定其分布规律。利用ABAQUS有限元软件,考虑管-土接触非线性,建立了泥石流-土-埋地管道的相互作用模型。计算不同流速泥石流冲击作用下埋地输气管道的最大应力,确定了最大等效应力的分布规律。最后结合管道强度的分布规律,运用应力-强度干涉模型的可靠度计算方法,采用MATLAB软件运用两种不同方法求得管道可靠度。研究对于埋地长输管道就泥石流灾害的预防具有重要的参考价值。     

竖向荷载作用下承插式球墨铸铁供水管道接口破损试验与数值模拟研究∗

管道接口是影响市政供水管网日常运行安全的关键薄弱环节。然而,目前的研究大多集中于地震荷载和轴向荷载作用下管道接口的力学性能,对于竖向荷载作用下承插式球墨铸铁供水管道接口的弯曲力学性能研究较少,造成这一类型的管道接口无法进行全面的综合评价。鉴于此,以承插式球墨铸铁供水管道接口为主要研究对象,开展了竖向荷载作用下的破损试验和数值模拟。研究结果表明：(1)接口橡胶密封圈接触失效是管道出现渗漏的主要原因;(2)管道接口的相对转角与竖向荷载整体呈正相关关系;(3)管道发生漏水时的相对转角为 12°左右。 因此,为避免管道接口在接触滑移、旋转、拉拔等不同受力情景下的失效,建议对供水管道的接口构造,尤其是橡胶密封圈进行精细化设计,以提高管道接口的最大允许转角,同时发挥橡胶密封圈良好的压缩和变形能力。     

穿越逆冲断层的埋地管道非线性反应分析

穿越逆冲断层的埋地管道在地震作用下,容易发生局部屈曲或整体失稳等形式的破坏,研究逆冲断层作用下的埋地管道地震反应规律,对管道抗震设计及施工等具有重要的意义。本文将埋地管线及周围土体从半无限地球介质中取出,分别以空间薄壳单元和实体单元进行离散,采用非线性接触力学方法模拟管、土之间的滑移、分离及闭合现象;采用线性位移加载模拟断层的错动,考虑了系统初始应力状态的影响,对土体未开裂前的管土相互作用系统进行了拟静力数值分析;分析了位错量、土体刚度、埋设深度、径厚比及跨越角度对埋地管道反应的影响,得出了一些有益的结论。     

纵向多点激励下埋地油气管道地震响应试验研究∗

为研究多点地震激励下埋地油气管道的地震响应,设计并制作缩尺埋地油气管道及周围土体模型,利用双台阵地震模拟振动台对其进行纵向一致及多点地震激励下的地震响应研究,分析纵向多点地震激励时不同地震动各加载工况下埋地油气管道土体加速度、位移及管道加速度、应变等地震响应的变化规律。结果表明：土箱内不同深度测点位移增量不同,致使土体间产生剪切效应,多点激励时土体变形及破坏程度相较于一致激励明显;土体加速度峰值随加载等级的提高呈增长状态,多点激励时箱内土体加速度峰值变化曲线一致性较差,土体加速度响应产生较大差异;随着加载等级的提高,管道与土体间加速度峰值差值逐渐增大,多点激励会造成管道加速度峰值产生滞后现象;管道顶部轴向应变随管轴表现为两侧小,中间大,多点激励时管道应变增长速率更快,产生的应变更大。     

逆断层作用下埋地管线对周围土体的影响区域分析

在穿越断层埋地管线原位足尺试验的基础上,借助于有限元分析软件ABAQUS建立三维有限元模型,并将有限元分析结果和试验分析结果进行对比以确定建立模型的正确性。利用有限元模型对试验工况进行补充分析,通过对逆断层作用下管道和周围土体的反应模拟结果确定地震中管道变形对周围土体的影响区域。分析对影响区域可能造成影响的各个参数,从管径、管道埋深、断层面倾角、位错量、土体刚度5个方面研究了其变化对影响区域可能造成的影响。     

基于修正惯用法的埋深对圆形隧道地震反应影响∗

采用修正惯用法,在考虑土拱效应对圆形隧道结构受力状态影响的基础上,研究了埋深对地下结构地震反应的影响规律。首先,对比分析了不考虑和考虑土拱效应时、地震荷载作用前,隧道结构内力分布及随埋深的变化规律;将作用于隧道结构上的水平地震荷载等效为围岩土体变形导致的土压力的改变值;继而探讨了考虑土拱效应后,地震荷载引起的隧道结构内力的改变,研究了不同地震动强度下,埋深对圆形隧道结构地震反应的影响规律。 研究结果显示,地震作用下,圆形隧道结构的内力随着埋置深度的增加呈现出先增大后减小或趋于稳定的趋势,即圆形隧道结构地震反应存在一个抗震关键埋深。     

山西东南部地区近40年寒潮气候特征分析

利用1969-2008年山西东南部地区11个地面气象站的气温资料,应用对比分析和小波分析方法,对寒潮分布特征进行了综合分析,结果表明:(1)山西东南部地区的寒潮发生时段为9月至次年5月;最早平均为9月13日,最晚平均为5月18日;24h寒潮发生次数较多的是1月和4月,48h寒潮发生次数较多的是1月、10月和12月,5月和9月寒潮出现较少;总体上平川多于山地,峡谷多于盆地。(2)寒潮总次数存在明显的7～8a和14a的周期变化;寒潮结束期和开始期分别存在10a和7a的周期,而且两者的20a周期也较为显著。(3)随着气候的变暖,寒潮次数、寒潮开始期和结束期分别呈现出减少、推后和提前的趋势。     

含软弱夹层场地中埋地管道的地震反应特性研究∗

为了研究含软弱夹层场地中埋地管道的地震反应特性,基于管土接触模型,运用ADINA软件,采用非线性分析,研究埋深、厚度和倾角等因素对含软弱夹层场地中埋地管道地震反应的影响规律。结果表明：软弱夹层各因素对埋地管道地震动力响应产生影响不同,一定厚度和埋深条件下,软弱夹层具有隔震作用,当软弱夹层的存在增大其场地不均匀程度,则会对埋地管道地震动响应具有非常不利的影响;管道有效应力和位移随着软弱夹层厚度的增大而减小,当厚度达到一定值时,软弱夹层起到一定的缓冲作用;管道有效应力和位移随着软弱夹层埋深的增大而减小,但影响程度小于夹层厚度所产生的;软弱夹层因倾角变大增大了场地不均匀程度,导致管道有效应力和位移变大。     

城市供水管网抗震可靠性分析与设计优化

考虑管线震害发生的随机性,利用管线在地震作用下反应的二阶矩特征信息,采用带渗漏管网抗震可靠性分析的一次二阶矩方法,以华中地区某市主干供水管网为例,进行了基本烈度条件下的可靠度分析,结果表明,在低、中烈度条件下,供水管网中各节点均处于可靠状态;在高烈度条件下,节点主要处于可靠状态,局部处于严重不可靠、甚至出现断水状态。进一步地,基于微粒群优化算法,以管网年费用折算值为优化目标、管网拓扑结构与管径为优化参数、管网节点可靠度为约束条件,建立了新的供水管网抗震设计优化模型,并将供水管网所在区域的道路信息引入管网优化设计中,提出了管网拓扑的自动生成策略,从而形成了城市供水管网系统智能化抗震设计方法。数值算例表明,基于可靠度的抗震优化设计方法为风险-投资之间的合理均衡提供了理论基础,决策者可以据此选择所期望的最佳方案。     

考虑随机腐蚀的多龄期埋地钢管地震响应规律∗

埋地管线作为城市水、气等的重要传输载体,对城市正常功能的运行发挥着不可或缺的作用,由于土壤环境腐蚀的影响,在突发地震作用下极易发生破坏,造成环境污染及资源的浪费。基于随机腐蚀过程,针对多龄期埋地钢管的地震响应规律展开了系统深入的研究:考虑埋地管线腐蚀发生的随机性,建立了基于齐次马尔可夫过程的随机腐蚀发生模型;考虑不同腐蚀环境的影响,建立了酸性环境下的全面腐蚀模型与近中性及碱性环境下的局部腐蚀模型;基于钢材标准试件的加速腐蚀模拟及拉伸破坏试验,建立了考虑随机腐蚀作用的钢材力学性能退化模型及埋地钢管的时变本构模型;采用有限元软件ANSYS进行非线性动力时程分析,揭示了不同土壤环境下多龄期埋地钢管的地震响应规律,为埋地钢管的震前加固及震后破坏评价提供理论依据。     

城市供水管网在地震时的连通可靠性分析

考虑地震作用效应和管道抗力的随机特性,建立了埋地管道单元的概率预测模型,评估其在地震时的震害状态.把供水管网系统简化为边权有向网络图,通过Monte Carlo随机模拟过程,近似再现管网中各管段的破坏状态,进而分别结合图论理论方法和模糊关系矩阵法,对管网进行连通可靠性分析.由于Monte Carlo模拟算法是以管网各节...     

地震断层作用下的埋地管道等效分析模型

地震作用下,活动断层附近的埋地管道易发生强度屈服、局部屈曲或整体失稳等形式的破坏,建立准确、高效的埋地管道在断层作用下的计算模型,对管道的抗震设计和震后安全状态评估具有重要的实用价值。本文采用非线性弹簧模拟远离断层处埋地管道的反应,基于管土之间小变形段管道处于强化阶段,提出一种改进的管土等效分析模型,进一步减小了管土之间大变形段的分析长度,从而提高了有限元分析效率。该模型采用ALA推荐的方法计算管土间的滑动摩擦力,可以考虑土体种类的影响;用Kennedy方法确定管道的计算长度。通过与精确模型比较,验证了管土等效模型的合理性和有效性。     

埋地管道震害的多因素灰色关联分析

根据多次历史地震埋地管道震害调查资料的统计和定性分析，应用灰色系统理论，以管道震害率作为参考数列，以地震烈度、场地类型、管道材料、接口构造和管径尺寸作为比较数列，对埋地管道震害率进行了多因素灰色关联分析，排出了关联序．研究结果客观地揭示出震害率与各影响因素之间的相互关系，为进一步研究理地管道的震害预测方法提供了科学依据．     

高压输电塔倒塌对埋地管道的冲击影响

为了研究高压输电塔倒塌产生的冲击载荷对埋地管道安全性的影响,首先对输电塔几种常见的失效模式进行了分析,明确了不同失效模式下的载荷分布及简化原则,并以某输气管道与750k V高压输电线相交段为例,结合传统力学和有限元理论,建立了输电塔倒塌冲击埋地管道过程的分析模型。利用该模型,仿真模拟了输电塔冲击作用下管道的应力和应变等参数的变化规律;同时利用理论计算方法对该模型计算结果进行了比较验证。研究表明:理论计算与数值计算具有良好的吻合性,所选输电塔冲击过程中管道的强度和稳定性均通过校核,满足规范要求,不需要采取防冲击安全措施。     

埋地管道-砂土横向相互作用试验及理论研究

通过埋地管道-砂土的横向相互作用试验,研究了砂土密实度、管径、埋深等对土体极限抗力的影响,初步探讨不同埋深下的管土相互作用规律。根据试验中浅埋与深埋下管周土体不同的破坏模式,分别建立了管周土体破坏简化计算模型。借鉴桩土相互作用p—y曲线方法对管周土体发生不同破坏模式时的土体极限抗力进行了理论推导,并给出分别适用于浅埋与深埋工况下的土体极限抗力计算公式。结果表明,埋地管道-砂土相互作用简化计算公式与已有试验及数值模拟结果均具有较高吻合度,验证了公式计算结果的准确性。     

基于微粒群算法的供水管网抗震优化设计

以管网年费用折算值为优化目标、管网拓扑结构与管径为优化参数、管网节点最低可靠度为约束条件,建立了供水管网抗震优化设计模型。利用微粒群算法对这一模型进行了求解,该算法以管网作为微粒个体,通过不断地更新微粒的位置来搜索最优的管网结构,直到最后给出优化的管网结构。利用上述方法对一典型供水管网进行了抗震优化设计分析,给出了3种不同节点最低可靠度约束条件下的优化改造方案。     

静载作用下埋地管道数值模拟及其力学性能分析

针对静载作用下埋地管道变形与力学性能,通过有限元数值模拟与模型试验对比分析,验证了有限元数值方法可靠性,进而综合分析了管周砂土相对密实度Dr、加载板宽度B、加载板中心距管道中心水平距离L、管道埋深H和管壁厚度t等因素对管道性能的影响。结果表明:增加Dr,管道正上方加载板极限承载力显著增加,相同荷载下管道应变和径向变形相应减小,管道应变以环向压应变为主;同等条件下随着B的增加,加载板极限承载力呈近似线性增加,管道径向变形和应变增长速率明显增加;随着管道埋深H增加,管道正上方加载板极限承载力先增加后减少,并最终趋于稳定,当埋深为3 D时管顶处竖向应力约为无管道时的50%,管顶土拱效应明显;当增加L时加载对管道径向变形和应变的影响持续减弱,二者沿管周的分布规律明显变化;增加管壁厚度可有效抑制管道环向应变,但对管道径向变形和加载板极限承载力无明显影响。     

基于地层⁃注浆体⁃管片协同作用的海底盾构隧道受力研究∗

为研究海底盾构隧道中浆液与围岩及管片的相互作用特性,以厦门地铁2号线海底盾构段为工程背景,采用数值模拟方法和现场实测方法,分析注浆的浆液凝固过程,重点研究浆液的抗压强度、刚度、收缩、蠕变等特性对隧道力学和变形的影响特征,以及不同地层分布、不同隧道埋深下的管片受力特征,并采用流固耦合研究海水位变化对管片受力的影响。计算研究表明:注浆材料的刚度比E1/E28对管片最终轴力和围岩压力影响小,变化幅度不超过0.885%,对地层变形影响相对较大,可通过添加剂调节凝结时间,尽量让浆液早一些凝固硬化;最终收缩应变增大,隧道内力和外侧压力降低,地层沉降增大,建议采用泌水率低的浆液,且其收缩值需控制在较小的范围内;蠕变参数取值对管片轴力影响较小,变化幅度最大不超过1.35%;收缩参数主要考虑注浆材料后期的凝固收缩,蠕变则主要考虑注浆材料前期的蠕变收缩;地层变化及隧道埋深变化对隧道管片受力影响显著,隧道拱顶若软土较厚,则不易形成有效压力拱,导致围岩压力荷载较大;半日潮对地层变形、管片受力的影响不大,总体发展趋势与静水位条件下相似。最后,监测结果表明,数值模拟与实测的管片水土压力时程变化规律基本一致。