埋地管道在地震波作用下的动力响应分析

埋地管道是一种特殊的地下结构.地震时由于管道与沙土等介质的相互作用引起管道运动,在管道中产生地震应力.针对地震波作用下埋地管道的运动特点,应用有限元分析方法对埋地管道进行模拟试验,结果表明水平地震沿x方向和y方向共同激励作用下管道的横向位移响应远远小于轴向位移响应.     

埋地钢管在逆断层作用下失效模式研究

穿越逆断层的埋地管道在断层错动过程中呈现的失效样式复杂多样,根据逆断层错动管道受力特征分为压缩屈曲失效、Euler梁失稳失效两种失效模式,但对两种失效出现的工况认知不足.在管道抗震计算中通常借用管道在走滑断层错动时的反应分析方法来估算管道在逆断层中的变形状况,避免梁式失稳靠满足一定的埋深来保障.本研究利用ANSYS通用有限元程序建立了钢制埋地管道地震反应的有限元模型,以分析逆断层作用下管道的失效模式.该模型适合分析逆断层倾角≤80°的情况.计算结果显示:逆断层倾角≤45°,管道发生屈曲失效,管道失效部位在管道与断层破裂线相交处.倾角在50—70°之间,管道存在两种失效可能:当断层垂直位错量在0.7—1.0m之间时,管道出现失稳失效;当位错量大,错动速度快时,管道在与断层破裂线相交处发生屈曲失效.倾角在75—80°之间,管道屈曲失效和失稳失效可能相伴发生,屈曲失效部位出现在两处:(1)管道在与断层破裂线相交处失效;(2)失稳隆起处发生弯折.     

基于斯潘格勒理论的埋地柔性管道有限元分析

基于斯潘格勒理论,简化了有限元分析中管土间复杂的相互作用.通过最小二乘法确定了有限元建模中的变量参数最大土压,从而建立了呈抛物线分布的水平静土压模型,实现了埋地柔性管线的有限元迭代计算;分析了其埋设深度和土体力学性能对埋地管道的径向与轴向变形的影响,以及地基差异引起的管道沉降问题.结果表明:该方法能合理地反映出土体与结构的相互作用,获得埋地柔性管道的应力、应变等结果,可应用于长距离埋地柔性管道和管件的设计及结构设计.     

无固定墩钢质管道冲沟状态下动荷载失效长度数值分析

通过对无固定墩钢质管道在地质灾害冲沟发生时管道失效过程的研究,建立了描述这一破坏过程的力学模型;再利用ANSYS有限元分析软件,建立了埋地管道有限元数值分析模型。通过输入地震波,对不同地震烈度下的地震响应进行了有限元数值仿真计算,得到了在不同地震动荷载作用下管道的最大应力和位移情况,给出了管道动载失效长度,为管道的抗震设计提供理论依据。     

有固定墩钢质管道冲沟状态下动荷载失效长度数值分析

通过对有固定墩钢质管道在地质灾害冲沟发生时管道失效过程的研究,建立了描述这一破坏过程的力学模型;再利用ANSYS有限元分析软件,建立了埋地管道有限元数值分析模型。通过输入地震波,对不同地震烈度下的地震响应进行了有限元数值仿真计算,得到了在不同地震动荷载作用下管道的最大应力和位移情况,给出了管道动载失效长度,为管道的抗震设计提供理论依据。     

地震作用下海底悬跨管道水动力计算模型

在不同方向的地震动输入下海底悬跨管道的动力响应存在差别.基于Wake模型,提出了三维地震输入下的海底悬跨管道的水动力模型,并推导了有限元控制方程.建立有限元离散模型模拟模型试验工况,进行了正弦波和El Centro模拟地震波输入下海底悬跨管道的动力分析.通过数值计算和模型试验的结果比较可以看出,考虑地震动输入方向影响的Wake模型能够应用于海底悬跨管道的地震响应分析,其计算结果与试验结果符合得较好.     

冲击荷载作用下埋地长输管道受力性能分析

为研究冲击荷载作用下埋地长输管道的受力性能,制作一个土箱—管道缩尺模型,进行落锤冲击试验,并建立落锤冲击埋地管道的有限元计算模型,对管道动态响应过程进行数值模拟。主要分析了管道壁厚、管径、埋深和冲击能量等参数对管道受力性能的影响,探讨埋地长输管道在冲击荷载作用下的整体变形特点和应变分布规律。研究结果表明:在冲击荷载作用下,冲击能量增加,管道跨中表面的应变峰值增大;相同工况下大管径和薄壁管道应变值大,管道覆土越深,管道应变峰值越小,土体的缓冲作用削弱了管道受到的冲击作用;通过有限元模拟结果与试验结果对比分析,两者一致性较好,故在实际工况下可用有限元模拟落石对埋地管道的冲击作用。     

地下爆炸对埋地输气管道冲击响应的数值分析

通过适当选取材料本构关系,运用非线性动力学基本理论和ALE算法,利用LSDYNA3D有限元程序,对爆炸地冲击作用下引起埋地输气管道的动力响应问题进行了数值模拟分析。通过埋地管道在2组共10个工况下的数值计算分析,拟合了埋地管道响应(包括速度和动应力)最大值和装药量、爆心与管道中心距离之间的关系。模拟计算结果与经验公式规律十分吻合,表明采用数值模拟方法研究爆炸地冲击对埋地管道的作用是可行的。计算方法为埋地管道在第三方破坏荷载作用下的风险评估提供了一个计算平台,计算结果对埋地输气管道的风险评估和防灾减灾具有重要的参考价值。     

穿江输油管道抗浮稳定最小埋深分析

穿江管道的最小埋深受到多方面因素的影响,如何确定最小埋深是穿江管道埋深设计中必须重视的关键问题.针对最小埋深传统算法的不足,提出了基于有限元的优化算法.该优化算法可综合考虑上覆土层厚度、河道行洪冲刷、地震荷载等因素的影响,得到的管道最小埋深更加符合工程实际情况.结合某实际的穿江管道工程,进行了2种计算方法的对比,分析了有限元优化算法的优越性.     

地下管线跨越断层地震反应拟静力研究

对于跨越活动断层埋地管线地震反应问题,根据实际管线埋设情况,采用有限元实体简化模型,并在管段有效计算长度范围内设置弹性支座,对管土体系施加等效位移荷载,利用拟静力方法对断层运动引起的管线地震反应进行了计算,通过分析,考察了断层位错量,跨越角度,贯通裂缝宽度和径厚比等因素对管线地震反应结果的影响,得出了管线地震反应的一般运动规律,同时认为适当地设置弹性支座有利于管线有效抵抗断层运动造成的破坏作用.     

中承式钢管混凝土拱桥的地震响应分析

以福建省某大跨度中承式钢管混凝土拱桥为研究对象,通过建立空间结构有限元分析模型,计算和分析了该中承式大跨度钢管混凝土拱桥的动力特性,并分别运用反应谱法和时程分析法计算了该桥在纵向、横向地震动输入下的地震响应,对其抗震性能进行了分析和评价,并比较不同分析方法下结构地震反应的差异,本文研究将为大跨度中承式钢管混凝土拱桥的抗震设计提供理论依据.     

埋地管线-土体相互作用分析计算区域的选取

将埋地管线及周围土体从半无限地球介质中共同取出,建立了管土相互作用分析模型,采用有限元技术分析地面永久变形下埋地管线与周围土体的反应和相互影响,以确定有限元分析中计算区域的范围.管道及其周围土体分别以空间薄壳单元和实体单元进行离散,采用非线性接触单元模拟管土之间的滑移、分离及闭合现象.考虑了初始应力场的影响,对有限元模型的有效计算区域问题进行了数值分析,给出了管土界面分离及滑移情况,得到了有效计算区域与位错量、管径、埋深及土体刚度的关系.     

暗挖海底隧道地震动水压力响应分析

考虑黏弹性人工边界与流固耦合作用,建立了衬砌结构-土-海水相互作用的力学模型,基于Newmark算法,利用ANSYS有限元软件分析了在不同地震激励和埋深条件下动水压力的影响机理与隧道衬砌的振动响应规律.计算结果表明:在含有竖向分量的地震激励下,动水压力对浅埋海底隧道的内力影响较大,分析时不容忽视;当隧道埋深超过一定值后,结构地震反应变化微小可忽略.同时,针对圆形海底隧道进行的有限元计算结果可为海底隧道的工程抗震设计提供参考.     

电厂汽水管道的地震分析方法

通过对相关规范和理论的分析,介绍了火电厂和核电厂常规岛的汽水管道常用的地震分析方法,包括静态法、等效静态法和反应谱法。并简单说明各种分析方法在CAESAR II管道应力分析软件中的应用,可为管道的地震详细设计提供参考。     

城市地下供水管线的震害评估分析

针对我国规范采用的地震反应分析简化方法认为地震波入射角φ=45。时供水管道轴向变形取得最大值并非合理的问题,给出地震作用下供水管道轴向变形最大值计算方法,然后以该计算方法为基础,依据地下供水管线震害评估理论分析法和经验评估法,通过工程实例,分别采用基于我国规范理论分析方法、本文考虑最大地震反应的理论分析方法以及经验评估方法进行地下供水管线震害评估分析,结果表明：本文考虑最大地震反应的理论分析方法与经验评估法计算结果更为相近,能满足一定的精确性要求,并且应用范围比经验评估法更广,因此具有一定的参考价值。     

一种改进的结构推覆分析目标位移计算方法

在等效单自由度体系地震反应目标位移计算方法的基础上,提出考虑高振型影响的结构推覆分析目标位移计算方法.利用该方法和其他常用推覆分析方法,进行不同层数的钢筋混凝土规则框架结构推覆分析,并与地震反应非线性时程分析结果进行比较和分析.结果表明,所提出的改进方法能够较好地考虑结构地震反应中高阶振型的影响.     

土体塌陷下各参数对埋地管线的影响

土体塌陷是导致埋地管线破坏的重要原因之一。到目前为止, 国内外对塌陷区埋地管线反应的有限元分析甚少。为分析土体塌陷对埋地管线的影响,通过ANSYS有限元分析软件,建立管土模型,通过设置不同参数,如塌陷范围、埋深、管壁厚度,得出埋地管线在塌陷情况下的挠曲变形和轴向应力曲线。得出在土体塌陷下,增加壁厚和减少埋深均可减小埋地管道的破坏,同时得到埋地管道受力最大的位置在塌陷与非塌陷区交界处,因此应选此处为控制截面。设计中,应避免在控制界面附近设置接头。     

基于Pushover法的曲线桥地震波输入最不利角度分析

鉴于曲线桥每个墩柱的最大反应依赖于不同的地震输入角度,运用时程分析工作量大,本文基于Pushover法基本原理,考虑曲线桥墩柱底部曲率与地震动力反应的关系,提出了曲线桥在地震作用下动力响应的最不利角度的简化计算方法. 通过具体曲线桥动力反应分析算例,采用非线性静力Pushover分析方法,计算了曲线桥的地震动最不利输入角度;同时结合0～180°区间内的动力时程分析方法结果比较,验证了该方法在确定曲线桥地震反应最不利输入角度方面的适用性.     

河浜管道管土相互作用及差异沉降分析

基于ABAQUS有限元软件建立并验证了考虑河浜与非河浜地基接触、管土接触的交通荷载-土基结构-埋地管道三维有限元模型.利用该模型分析了埋地管道在不同地基处理方案下的管道竖向土压力、侧向土压力及管道内部应力,并采用分层总和法与有限元相结合的方法计算河浜地区管道存在情况下土基顶面差异沉降,结果表明,在交通荷载作用下,管道结构最大土压力出现在管顶、管侧及管底位置;交通荷载和土体自重荷载引起的管道Mises应力不容忽视,在河浜土基不处理的情况下,其最大值达4.887 MPa;在管顶(底)处存在由于管土相对刚度差异带来的土压力集中现象,其值分别是天然土基同等深处的土压力的2.61和2.99倍,分层总和法无法考虑管土相互作用导致的结果失真,有限元和分层总和法相结合的计算结果与实际情况较为吻合.     

断层上覆土层破裂对埋地管道的影响

利用ANSYS程序建立的三维管土非线性有限元模型,计算分析了断层基岩上覆土层的变形破裂形式、土层厚度及土层土质的硬度对埋地管道的影响.结果表明,埋地管线发生大变形及失效的位置由上覆土层的破裂形式决定,穿越土层发生塑性变形及破裂区域的管段是管道发生塑性变形的管段.当断层倾角发生接近于90°的错动时,随上覆土层破裂的发展,埋地管道产生两处塑性变形区段.上覆土层越厚,埋地管道发生塑性变形的长度越长,变形值减小.埋在土质较硬土层中的管道发生塑性变形的管段长度短,极限应变值大.