埋地弯管地震反应特点与管土相互作用

论文摘要

作为生命线系统的重要组成部分,埋地管道承担着给排水、供暖、油气资源运输等任务,对维系社会生活安全和正常生产运行起着极其重要的作用。历史资料表明,埋地管道的地震安全性是当前生命线工程亟需解决的突出问题。随着计算机技术和数值分析方法的发展,应用数值模拟、虚拟模型试验技术对复杂条件下埋地管道的地震响应规律研究的手段已较为成熟。本课题利用数值模型与仿真技术对埋地弯管的地震反应规律和制约因素进行了系统研究,揭示了埋地弯管与土相互作用的机理,研究成果旨在为优化管道抗震设计提供理论基础。本文的主要内容如下:(1)收集了大量的埋地管道震害实例和理论研究成果,系统分析了埋地管道在历史地震灾害中破坏特点及其震害形成的主要影响因素,论述了埋地弯管地震反应理论研究和抗震设计方法的最新进展。(2)基于ABAQUS软件平台,建立了埋地弯管的地震响应分析的有限元模型,分析了地震作用下埋地弯管五个截面不同位置处的加速度、应力、应变、土压力的特点和变化规律。研究结果表明,弯管弯头处以及管段交接处地震反应强烈,且弯头内侧和两侧出现明显的应力、应变集中现象;管道上、下部应力大于其两侧应力;与地震波入射方向一致的管段的地震反应大于与与地震波入射方向垂直的管段;埋地弯管弯头处内外侧产生极大土压力差,管土易滑移并可产生压弯屈曲。(3)针对目前埋地管道抗震相关的设计规范不合理之处,参考既有管土变形传递的理论和试验研究成果,提出了一个用于估算埋地弯管最大应变处的管土变形传递系数的更为合理的理论公式。(4)研究了埋地弯管在不同工况下的地震反应规律,探讨了埋地弯管的最佳埋设方式,总结分析了弯管壁厚、管径、埋深、管土摩擦、弯头角度等对埋地弯管地震反应的影响规律,提出了弯管两侧土压力差相关系数的估算公式。上述研究成果能应用于弯管的抗震设计实践中。

论文目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景及意义

1.3 国内外研究现状及分析

1.3.1 国外研究现状

1.3.2 国内研究现状

1.3.3 国内外文献综述的简析

1.4 本文的主要研究内容及方法

第2章埋地弯管地震反应基本理论

2.1 引言

2.2 地下结构地震反应的研究方法

2.2.1 原型观测

2.2.2 理论分析

2.2.3 试验研究

2.2.4 数值模拟

2.3 材料的本构关系

2.3.1 土体的本构关系

2.3.2 管道的本构关系

2.4 人工边界条件的建立

2.4.1 一致人工粘弹性边界

2.4.2 算例分析

2.5 管土相互作用理论

2.5.1 土弹簧模型

2.5.2 非线性接触模型

2.6 本章小结

第3章埋地弯管地震反应分析

3.1 引言

3.2 埋地弯管地震反应数值模型的建立

3.2.1 工程基本信息

3.2.2 数值模型的建立

3.3 埋地弯管地震反应分析

3.3.1 埋地弯管的加速度反应

3.3.2 埋地弯管的应力反应

3.3.3 埋地弯管的土压力反应

3.3.4 埋地弯管的应变反应

3.4 管土变形传递系数估算公式

3.5 本章小结

第4章管道参数对管道地震反应的影响

4.1 引言

4.2 管道壁厚的影响

4.2.1 应力变化规律分析

4.2.2 土压力变化规律分析

4.2.3 管土变形传递系数公式验证

4.3 管径大小的影响

4.3.1 应力变化规律分析

4.3.2 土压力变化规律分析

4.3.3 管土变形传递系数公式验证

4.4 管道埋深的影响

4.4.1 应力变化规律分析

4.4.2 土压力变化规律分析

4.4.3 管土变形传递系数公式验证

4.5 管土摩擦的影响

4.5.1 应力变化规律分析

4.5.2 土压力变化规律分析

4.5.3 管土变形传递系数公式验证

4.6 弯头角度的影响

4.6.1 应力变化规律分析

4.6.2 土压力变化规律分析

4.6.3 管土变形传递系数公式验证

4.7 弯管两侧土压力差估算

4.7.1 估算公式的提出

4.7.2 估算公式的验证

4.8 本章小结

结论

参考文献

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 马越超

导师: 汤爱平

关键词: 管土相互作用,埋地弯管,地震反应,数值模拟,土压力

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程,建筑科学与工程

单位: 哈尔滨工业大学

基金: 国家重点研发计划重点专项(2016YFC0802400),科技部重点资助项目(2016YFC0802407)——给水和排水管网安全运行保障集成智能监管平台

分类号: TU990.3;TU435

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.005672

总页数: 79

文件大小: 3183k

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