地震作用下埋地供水管道土-管-水耦合動力學(xué)模型研究.pdf

1、城市生命線工程的主要組成部分埋地供水管道，關(guān)系著人們的日常生產(chǎn)生活的質(zhì)量。而我國處在地震帶上地震頻發(fā)。在地震激勵下，埋地供水管道發(fā)生破壞，并衍生地震次生災(zāi)害，對人們的生命財產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。因此提高埋地供水管道的抗震性能，保證供水管道的正常運行，具有很高的理論研究價值和極大的現(xiàn)實意義。本文在管-土作用模型和管-液流固耦合模型的基礎(chǔ)上，對地震作用下埋地供水管道土-管-水的耦合作用動力學(xué)模型深入研究，并進行ADINA數(shù)值模擬驗證研究的可靠性。

2、本文的主要研究內(nèi)容和分析結(jié)果如下:
　　1、忽略管道中水的作用，考慮地震作用下埋地管道管-土作用，推導(dǎo)了地震作用下埋地管道的動力學(xué)模型軸向應(yīng)力計算式;忽略埋地供水管道中土體對管道的作用，用行波的方法考慮地震作用下供水管道的流固耦合作用，推導(dǎo)出地震作用下供水管道的流固耦合動力學(xué)模型軸向應(yīng)力計算式;在地震作用下埋地管道的動力學(xué)模型、地震作用下供水管道的流固耦合動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，用行波的方法研究了地震作用下埋地供水管道土-管-水耦合作

3、用，創(chuàng)造性地提出了地震作用下埋地供水管道土-管-水耦合動力學(xué)模型軸向應(yīng)力計算式。
　　2、用ADINA有限元軟件建立地震作用下埋地管道管-土模型，并計算了管-土模型在不同管徑、壁厚、埋置深度情況下的管道軸向應(yīng)力。在此管-土模型中，當(dāng)?shù)卣鸩ǖ牡卣鹆叶葹棰葧r，管道軸向應(yīng)力隨著管徑的增大而增大，管徑為1400mm時其軸向應(yīng)力較管徑600mm時的軸向應(yīng)力增大23.16％;管-土模型中管道軸向應(yīng)力隨著壁厚增加而減小，管道壁厚為5mm時其軸

4、向應(yīng)力較壁厚為25mm時大35.77％;隨著管道埋置深度的加深，管道所受的軸向應(yīng)力先增大后減小，管道的軸向應(yīng)力在埋深為2m和3m時達到最大，為2.85MPa。
　　3、用ADINA有限元軟件建立地震下埋地供水管道土-管-水模型，并計算了土-管-水模型在不同管徑、壁厚、埋置深度情況下管道軸向應(yīng)力。發(fā)現(xiàn)土-管-水模型的軸向應(yīng)力變化規(guī)律與管-土模型的軸向應(yīng)力變化規(guī)律基本一致。在此土-管-水模型中，當(dāng)?shù)卣鸩ǖ牡卣鹆叶葹棰葧r，管道軸向應(yīng)力

5、隨著管徑的增大而增大，軸向應(yīng)力從管徑為600mm的3.01MPa增大到管徑為1400mm的4.00MPa;隨著管-土模型的壁厚增加，管道所受的軸向應(yīng)力逐漸減小，軸向應(yīng)力從壁厚為5mm的3.53MPa減小到壁厚為25mm的2.78MPa;管道的軸向應(yīng)力隨著埋置深度的增大而逐漸增大，軸向應(yīng)力從埋深為0.5m的2.84MPa增大到埋深為4m的3.19MPa。
　　4、對比地震作用下管-土模型與地震作用下土-管-水模型計算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)不同管

6、徑、壁厚、埋置深度情況下土-管-水模型的軸向應(yīng)力要大于管-土模型的軸向應(yīng)力。管-土模型中管道軸向應(yīng)力波動比較嚴(yán)重，而土-管-水模型中管道的軸向應(yīng)力隨著地震的變化比較平緩。
　　5、結(jié)合工程實例，發(fā)現(xiàn)在抗震設(shè)計中，用管-土模型進行管道軸向應(yīng)力設(shè)計結(jié)果比用土-管-水模型設(shè)計結(jié)果小，因此在抗震設(shè)計中不能忽略地震中動水壓力的影響。
　　本文所得結(jié)論可為分析土-管-水耦合作用的埋地供水管道結(jié)構(gòu)的傷損機理和傷損發(fā)展機制提供理論基礎(chǔ)，以供