埋地供水管道地震動(dòng)水壓力變化特性研究.pdf

1、地震動(dòng)水壓力作為影響埋地供水管道工作的主要水力作用之一，通過(guò)對(duì)其變化特性的研究，可以為埋地供水管道抗震設(shè)計(jì)提供建議，具有很高的理論研究?jī)r(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)階段研究地震動(dòng)水壓力的主要方法和流固耦合理論進(jìn)行總結(jié)，并結(jié)合結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)、模態(tài)疊加理論、地震反應(yīng)譜理論等理論方法著重引進(jìn)、介紹適用于計(jì)算管道地震動(dòng)水壓力的計(jì)算方法，確定影響埋地供水管道地震作用下動(dòng)水壓力變化的因素，然后使用有限元軟件ADINA對(duì)地震加載方向、管長(zhǎng)、地震峰

2、值加速度、管徑、管壁厚、管流速度、管材、土體剛度、管道埋深以及管道彎曲等因素對(duì)埋地供水管道地震動(dòng)水壓力的影響規(guī)律進(jìn)行了研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴當(dāng)?shù)卣鸷奢d作用于管軸方向時(shí)，管流地震動(dòng)水壓力受地震加速度影響最大，其變化最為明顯。⑵管長(zhǎng)小于100 m時(shí)，隨著管長(zhǎng)的增大，管流的地震動(dòng)水壓力也會(huì)隨之增加，滿足線性增長(zhǎng)趨勢(shì)。管長(zhǎng)為100m的最大動(dòng)水壓力可達(dá)0.43MPa，為市政供水管道最小設(shè)計(jì)壓力值的71.67％。⑶地震峰值加速度的

3、變化對(duì)管流地震動(dòng)水壓力有著非常顯著的影響，地震動(dòng)水壓力會(huì)隨著PGA的增大而迅速增大，變化呈線性趨勢(shì)。流固耦合法計(jì)算得出的管流動(dòng)水壓力最大值明顯大于使用附加質(zhì)量法求得的管流動(dòng)水壓力值，且隨著PGA的增大，P流固耦合與P附加質(zhì)量法的比值也會(huì)隨之增大，當(dāng)ap=-0.56g時(shí)，使用流固耦合法計(jì)算出的最大動(dòng)水壓力可達(dá)附加質(zhì)量法求出的動(dòng)水壓力的2.18倍。⑷埋地供水管道的管徑小于0.8m時(shí)，地震動(dòng)水壓力的最大值會(huì)隨著管徑的增大而減小，變化呈線性趨勢(shì)

4、。管徑為0.4m時(shí)的最大地震動(dòng)水壓力為管徑為0.8m時(shí)的最大地震動(dòng)水壓力的1.29倍。⑸埋地供水管道的管壁厚小于0.06 m時(shí)，地震動(dòng)水壓力的最大值會(huì)隨著管壁厚的增大而增大，變化呈線性趨勢(shì)。管壁厚為0.06m時(shí)的最大地震動(dòng)水壓力為管徑為0.02m時(shí)的最大地震動(dòng)水壓力的1.08倍。⑹當(dāng)埋地供水管道內(nèi)管流的流速方向與地震速度荷載方向相同時(shí)，管流流速會(huì)對(duì)管流的地震動(dòng)水壓力起到放大作用，且在一定范圍內(nèi)，流速對(duì)動(dòng)水壓力的放大效應(yīng)隨著流速的增大而增

5、大。在地震速度荷載方向與管流流速方向相同且地震動(dòng)水壓力達(dá)到極值的典型時(shí)刻t=3.9s，地震動(dòng)水壓力先是隨著管流速度的增加而迅速變大，管流速度為1m/s時(shí)的地震動(dòng)水壓力最大值是管流速度為4m/s時(shí)地震動(dòng)水壓力最大值的75.5％。當(dāng)管流初始速度大于4m/s時(shí)，地震動(dòng)水壓力的增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯變緩，并最終趨于穩(wěn)定。管流初始速度為6m/s時(shí)對(duì)應(yīng)的地震動(dòng)水壓力為管流初始速度為7m/s時(shí)的地震動(dòng)水壓力的99.3％。⑺當(dāng)埋地供水管的管材發(fā)生改變時(shí)，地震動(dòng)水

6、壓力的最大值會(huì)隨著管道材料的彈性模量的增大而減小，在彈性模量較小時(shí)這種變化尤為明顯，隨著管材彈性模量的不斷增大，地震動(dòng)水壓力的變化最終趨于穩(wěn)定。使用混凝土管模型計(jì)算得到的地震動(dòng)水壓力最大值為使用PE管模型計(jì)算得到的地震動(dòng)水壓力最大值的94.8％，而使用鋼管模型計(jì)算得到的地震動(dòng)水壓力最大值為使用銅管模型計(jì)算得到的地震動(dòng)水壓力最大值的98.6％。另外，通過(guò)對(duì)比鋼管模型和高泊松比鋼管模型的最大動(dòng)水壓力值可以看出，當(dāng)管道材料的泊松比變大時(shí)，管流

7、的動(dòng)水壓力也隨之變大。⑻當(dāng)敷設(shè)管道場(chǎng)地的土體剛度較小時(shí)，管流的地震動(dòng)水壓力會(huì)隨著土體彈性模量的增大而迅速減小，隨著土體彈性模量的不斷增大，管流地震動(dòng)水壓力的減小趨勢(shì)也逐漸趨于平緩，當(dāng)土體的彈性模量達(dá)到44GPa時(shí)，管流的地震動(dòng)水壓力趨于穩(wěn)定。土體彈性模量為5.7GPa時(shí)管流的動(dòng)水壓力最大值為土體彈性模量為44GPa時(shí)管流的地震動(dòng)水壓力最大值的1.16倍。⑼當(dāng)埋地供水管道埋深小于2.5 m時(shí)，隨著管道埋深的增加，管流的地震動(dòng)水壓力有小幅減