市政埋地供水管道抗寒潮可靠度分析

为研究市政埋地供水管道抗寒潮可靠度,建立管道在气温变化影响下的结构功能函数,运用改进一次二阶矩方法计算可靠度随气温变化的情况,并以常州市某钢质供水管道为例,对影响管道可靠度的参数进行敏感性分析,最后用蒙特卡洛法进行验证。研究表明,寒潮期气温不同,供水管道的可靠度也不同,开展市政埋地供水管道设计时,考虑寒潮的影响是十分必要的;当寒潮期气温达到零下情况下,抗寒潮可靠度分析应该考虑管道的冰冻应力。管道正常工作压力下影响管道可靠度因素的顺序为屈服强度、管径、工作压力、壁厚等。     

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。     

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。     

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。     

流体参数对埋地管道破坏的影响分析

在考虑流固耦合和断层活动作用的情况下,应用ADINA中流固耦合分析求解器ADINA-FSI,建立了埋地管道破坏分析的有限元模型,介绍了固体模型和流体模型的建模过程以及流固耦合计算过程、断层位移荷载加载和约束的实现以及模型参数选择等。依据计算结果,分析了管内介质及流速等参数对管道破坏的影响。管道内输送的介质密度和流速越大,管道越易破坏,故在埋地管道设计中应充分考虑管内介质的密度与流速。针对计算结果,提出了几点认识和建议。     

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．     

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。     

埋地管道竖向隆起破坏研究综述∗

埋地管道因其运输量大、安全快捷、经济高效等优点被广泛应用于水利工程、市政工程、海洋工程等领域,是能源运输的“生命线”。然而,埋地管道及其附属结构物所受的工作荷载和所处的地质条件复杂多变,使得管道容易发生竖向隆起、屈曲破坏。管道竖向隆起过程涉及复杂的管‐土相互作用,掌握其变形及破坏机制对于确定管周土抗力、优化管道结构设计具有重要的意义。近年来国内外对管道隆起屈曲的变形破坏机理开展了系统研究,并探讨了影响土抗力发挥的主要因素,包括土体类型、密实度、排水条件、管径大小、管道隆升速率、管道埋置率等,并提出了土抗力简化预测模型。本文分别从管周土体破坏模式、土抗力影响因素、土抗力预测模型三个方面,评述了埋地管道竖向隆起、屈曲破坏的研究进展,并指明了该领域未来的发展方向。     

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。     

高层建筑结构在地震和风作用下的可靠度分析

作者基于等效风谱理论，给出了高层建筑结构在风荷载作用下可靠度分析的方法。在给定层间位移允许值时，对高层建筑结构在使用期限内在地震和风作用下的可靠度进行了比较研究。本文还探讨了高层建筑结构在地震和风联合作用下的可靠度问题。     

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。     

地震荷载作用下埋地玻璃钢夹砂管的动力响应分析

玻璃钢夹砂管在土木水利工程领域得到了愈来愈广泛的应用,但现有的埋地管道地震响应分析模型大多不考虑管-土动力相互作用,且多针对均质材料管道,无法应用于具有明显层状复合材料结构特征的玻璃钢夹砂管。基于玻璃钢夹砂管的层状复合材料结构特征,建立了完整的埋地玻璃钢夹砂管地震响应分析模型,在数值分析模型中,考虑了管-土间复杂的动力相互作用,以及地震散射波从有限域向无限域的传播。算例分析表明,所建立的埋地玻璃钢夹砂管地震响应分析模型可合理地分析埋地玻璃钢夹砂管在地震荷载作用下的动力响应。     

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。     

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。     

断层两侧差异性土壤冻融对埋地管道力学性能影响研究

季节性冻土区埋地管道遇到的最常见问题是冻融循环引起的管道冻胀与融沉,不仅给管道带来附加应力与变形,而且在特定的条件下容易造成破坏,引起严重灾害。通过ABAQUS软件对跨断层埋地管道与土壤系统进行热力耦合数值模拟,建立冻融循环情况下管-土相互作用模型,分析断层两侧土壤性质相同与差异情况下管道应力分布规律。当断层两侧土质相同时,管道总应力与轴向应力在最高或最低温度下都接近于相同,但是当断层两侧土壤性质不同时,管道最大应力与最大轴向应力明显大于断层两侧土壤性质相同时的应力,且均出现在距离断层一定位置处。管道内部承压会导致相应的最大总应力和轴向应力增加,同时低温和高温时的最大应力差值变化规律改变。断层处埋地管道土壤回填时宜采用相同或者渐变的土质,否则应采取特殊的抗冻胀措施,对断层错动与断层两侧土壤性质差异同时出现时的管土作用机理与灾害预估需进一步研究。     

随机地震作用下BRB加固既有结构的可靠度分析∗

随着服役年限的增加,既有结构会出现材料力学性能经时退化。为精细化分析随机地震作用下既有结构及其加固后的安全性,利用非平稳地震动过程的降维模拟,并结合基于概率密度演化理论和等价极值分布的首次超越破坏可靠度分析方法,以层间位移角为评价指标,制定了3 种在不同位置布设人字形BRB 的加固方案。根据随机地震作用下BRB 加固既有结构的动力可靠度来确定3 种方案中的较优者。同时,依次用V 字形和斜支撑替换较优方案中的人字形支撑,并对比分析它们的动力可靠度,以寻找最优随机非线性振动控制的BRB 布设位置和支撑形式,为维修加固及抗震设计提供更为合理的途径。结果表明：本文方法为既有结构及其加固结构的抗震可靠度精细化计算提供了新途径,BRB 的不同布设位置及支撑形式能在一定程度上提高既有结构的动力可靠性。     

随机结构地震作用下的可靠度计算方法

提出了Gauss-legendre积分与Edgeworth级数相结合求解随机结构在确定性地震激励下结构响应的统计矩与动力可靠度。通过对一典型工程结构算例进行分析,仿真结果表明:Gauss-legendre积分计算地震作用下随机结构响应的可靠度具有较高的精度,在维数不超过4维时具有较高的计算效率;通过Gauss-legendre积分结合Edgeworth级数的方法,求解地震作用下随机结构计算简便,只需简单计算即可得到接近Monte-Carlo计算的精度,而且计算效率较高,适用于多变量实际工程结构的可靠度分析。     

埋地球墨铸铁供水管道在不同轴向位移下渗水量试验研究

1试验介绍本试验研究是为模拟南方地区球墨铸铁供水管线在地震动作用下的破坏情况,特别在汶川这样的受灾严重的地方对其今后的建设有一定的借鉴作用.试件采用标准球墨铸铁直管,直径为200 mm,采用T型胶圈连接.     

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。     

基于分布式应变监测的埋地管道悬空识别方法研究北大核心CSCD

埋地管道在地基缺陷或管道泄漏作用下会产生局部悬空,悬空的发展不仅会威胁管道的安全运行,还会造成地面沉降、塌陷等地质危害。因此,提出一种基于分布式应变监测的埋地管道悬空识别方法。首先布设分布式应变传感器获取管道沿途任意位置纵向应变,然后提取弯曲应变并判断管道悬空状态的出现,再结合管道弯曲应变建立埋地管道有限元模型,最后通过遗传算法对管道有限元模型的土体刚度进行修正,根据修正后的土体刚度变化定量识别管道悬空出现的位置及范围。通过模型试验验证得出识别结果与试验悬空段两侧坡肩位置最大误差不超过0.2 m,反推出的管道应变峰值和挠度与监测结果相差最大分别为84.1με和3.5 mm,其对应的相对误差分别为7.7%和9.2%,试验误差都控制在工程可以接受的范围以内。研究结果表明:本方法可以实时监测管道的工作应力,反推出管道的挠曲变形,准确判断管道悬空的出现,精确识别出管道悬空的范围。本方法对管道运行的结构状态评估和悬空灾害识别都具有非常积极的意义。