埋地供水管道地震動水壓力變化特性研究.pdf

1、地震動水壓力作為影響埋地供水管道工作的主要水力作用之一，通過對其變化特性的研究，可以為埋地供水管道抗震設計提供建議，具有很高的理論研究價值和現實意義。本文通過對現階段研究地震動水壓力的主要方法和流固耦合理論進行總結，并結合結構動力學、流體力學、模態(tài)疊加理論、地震反應譜理論等理論方法著重引進、介紹適用于計算管道地震動水壓力的計算方法，確定影響埋地供水管道地震作用下動水壓力變化的因素，然后使用有限元軟件ADINA對地震加載方向、管長、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埋地供水管道地震動水壓力的影響規(guī)律進行了研究。
　　本研究主要內容包括：⑴當地震荷載作用于管軸方向時，管流地震動水壓力受地震加速度影響最大，其變化最為明顯。⑵管長小于100 m時，隨著管長的增大，管流的地震動水壓力也會隨之增加，滿足線性增長趨勢。管長為100m的最大動水壓力可達0.43MPa，為市政供水管道最小設計壓力值的71.67％。⑶地震峰值加速度的

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

4、。管徑為0.4m時的最大地震動水壓力為管徑為0.8m時的最大地震動水壓力的1.29倍。⑸埋地供水管道的管壁厚小于0.06 m時，地震動水壓力的最大值會隨著管壁厚的增大而增大，變化呈線性趨勢。管壁厚為0.06m時的最大地震動水壓力為管徑為0.02m時的最大地震動水壓力的1.08倍。⑹當埋地供水管道內管流的流速方向與地震速度荷載方向相同時，管流流速會對管流的地震動水壓力起到放大作用，且在一定范圍內，流速對動水壓力的放大效應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水壓力達到極值的典型時刻t=3.9s，地震動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時的地震動水壓力最大值是管流速度為4m/s時地震動水壓力最大值的75.5％。當管流初始速度大于4m/s時，地震動水壓力的增長趨勢明顯變緩，并最終趨于穩(wěn)定。管流初始速度為6m/s時對應的地震動水壓力為管流初始速度為7m/s時的地震動水壓力的99.3％。⑺當埋地供水管的管材發(fā)生改變時，地震動水

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

7、的動水壓力也隨之變大。⑻當敷設管道場地的土體剛度較小時，管流的地震動水壓力會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，管流地震動水壓力的減小趨勢也逐漸趨于平緩，當土體的彈性模量達到44GPa時，管流的地震動水壓力趨于穩(wěn)定。土體彈性模量為5.7GPa時管流的動水壓力最大值為土體彈性模量為44GPa時管流的地震動水壓力最大值的1.16倍。⑼當埋地供水管道埋深小于2.5 m時，隨著管道埋深的增加，管流的地震動水壓力有小幅減