埋地管道在地震波作用下的抗震研究

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1、2010年第38卷第11期流体机械21文章编号：1005—0329(2010)11—0021—04埋地管道在地震波作用下的抗震研究颜鹏飞，丁晓刚，张春燕，白慧渊(1．中国石化安全工程研究院，山东青岛266071；2．江西省天然气有限公司，江西南昌330046)摘要：埋地管道在土体中，四周被土体包围。地震时，由于管道与沙土等介质的相互作用而引起管道运动，在管道中产生地震应力。本文针对地震波作用下埋地管道的运动特点，建立土壤和埋地管道的相互作用模型。应用ANSYS有限元软件对埋地管道进行模拟试验，得出在地震作用下，埋地管道的位移随地震波的响应情况。同时，提出了埋地管道的简化力学法

2、，为今后的研究提供帮助。关键词：埋地管道；地震波；动力响应中图分类号：TU352．11文献标识码：Adoi：10．3969／j．ssn．1005—0329．2010．11．006AseismicResearchofBuriedPipelinesundertheSeismicWaveYANPeng—fei，DINGXiao—gang，ZHANGChun—Yah。，BAIHui—yuan(1．SINOPECSafetyEngineeringInstitute，Qindao266071，China；2．JiangxiProvincialNaturalGasCo．，Ltd．，Nanc

3、hang330046，China)Abstract：Buriedpipelinesaresurroundedbysoil．Theseismicstressinpipelinesiscausedbytheinteractionbetweenpipe—linesandsoilwhileea~hquake．Forthecharacteristicsofthemovementoftheburiedpipeline，thetextestablishtheinteractionmodelofburiedpipeline．Futhermore，applicationofANSYSfinit

4、eelementsoftwareforburiedpipelinesimulationexperiments，weobtainthedynamicresponsesituationofburiedpipelinesundertheseismicwaves．Meanwhile，themechanicalmethodofbur—iedpipelinewasproposedtohelpothers．Keywords：buriedpipeline；seismicwave；seismicresponse管道运输是能源输送的主要手段。管道在现实用的简化方法，是把平稳随机函数的加速度，再代

5、化的工业生产和人们生活中占有相当重要的位乘以表示非平稳性的确定函数加以修正，作为非置，其在输送水、油、气、煤以及通信、供电、交通、平稳过程模型化的方法。运输和排水等方面得到了广泛的应用，成为现代地震动加速度可以表示为_3J：工业和城镇生活的大动脉，因而被称为生命工A(t)=g(t)越(t)(1)程。历史震害表明，地下管道在地震中极易遭式中g(t)——表示非平稳性的时间包络函数受破坏，造成系统故障和中断，并有可能产生各种越(t)——平稳过程次生灾害(如爆炸、火灾)，致使城市和工矿企业由下式表示：处于瘫痪状态，给人民生活、生命和财产带来严重灾害J。因此，地下管道的震害分析对于城市

6、减(÷1)0≤￡≤1灾防灾工作具有重要的意义。g(t)1￡l≤≤f2(2)e一(一2)￡．≤￡≤∞1在地震作用下地面的运动其中，t、t：和c根据场地条件取值。地震动不仅随时问随机地变动，而且随空间目前，模拟地震引起的地面运动的一个比较随机地分布。地震动再空间直接相关的情况下，收稿日期：2010—05—2622FLUIDMACHINERYVo1．38，No．11，2010互谱密度可以表示为：的相对位移。．s(，X，)=S(∞)Q(，z)(3)建立有限元模型如图1所示。其中，s为平稳地震地面运动的加速度功率谱密一度，可采用Clough和penzien教授和中国胡聿贤教授给出的模型

7、。．Q(x。，)为衰减函数，其表达式为：1lQ(：)=exp(一n)(4)b式中、X2——管道上的两个点——无量刚参数，表示波动传播衰减程度z——管段长度图1管土相互作用有限元模型2数学模型的建立3算例分析地下管道在土体中，四周被土体包围，由于地一埋地管道，在某一七级近源地震载荷作用震波的作用，使土体产生变形和振动，管道随土体下，地震波采用天津波记录，天津波的记录时长为而变形。此时，管道和土壤之间不再保持弹性2s，时间间隔为0．01S。管道选用X70管材，管道结合，引起管道由于地震响应带来的附加载荷，从