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1、第25卷增刊灾害学Vol25NoS02010年10月JOURNALOFCATASTROPHOLOGYOct2010*城市供水管网抗震可靠性分析与设计优化1,231徐良,彭勇波,李杰(1同济大学土木工程学院,上海200092;2上海核工程研究设计院,上海200233;3同济大学上海防灾救灾研究所,上海200092)摘要:考虑管线震害发生的随机性,利用管线在地震作用下反应的二阶矩特征信息,采用带渗漏管网抗震可靠性分析的一次二阶矩方法,以华中地区某市主干供水管网为例,进行了基本烈度条件下的可靠度分析
2、,结果表明,在低、中烈度条件下,供水管网中各节点均处于可靠状态;在高烈度条件下,节点主要处于可靠状态,局部处于严重不可靠、甚至出现断水状态。进一步地,基于微粒群优化算法,以管网年费用折算值为优化目标、管网拓扑结构与管径为优化参数、管网节点可靠度为约束条件,建立了新的供水管网抗震设计优化模型,并将供水管网所在区域的道路信息引入管网优化设计中,提出了管网拓扑的自动生成策略,从而形成了城市供水管网系统智能化抗震设计方法。数值算例表明,基于可靠度的抗震优化设计方法为风险-投资之间的合理均衡提供了理论基础,决策者可以据此选择所期望的
3、最佳方案。关键词:抗震可靠度;一次二阶矩;微粒群算法;拓扑优化;自动生成;供水管网中图分类号:P315052文献标识码:A文章编号:1000-811X(2010)S0-0227-050引言1供水管网系统抗震可靠性分析城市供水管网系统作为城市生命线系统中重在地震作用下,供水管线可能发生不同程度要的组成部分,担负着城市工业生产、生活供水地破坏。对于在地震中严重破坏的管段,通常认[1]的任务,是现代城市的动脉。地震中供水管网为不能再继续承担供水功能,必须在震后尽快关的破坏,不仅直接影响生产和生活,而且当发生闭其两端
4、阀门。而对于在地震中轻微破坏乃至中火灾等次生灾害时,还会影响到救灾的顺利进行,等破坏的管段,则一般认为它们仍然可以承担供造成巨大的经济损失。因此,研究城市供水管网水的功能,但在进行管网功能分析时,必须考虑系统的抗震性能,进行抗震优化设计,提高管网管段由于破坏而产生的渗漏量,并通过引入渗漏[2]系统的抗震能力,对现代城市的发展具有重要的模型来描述管段渗漏量与渗漏面积间的关系。意义。因此,震后供水管网的功能分析是针对带渗漏管[3]本文介绍了供水管网系统抗震可靠性分析方网的分析。法,并在基础上,着手进行供水管网系统抗震可供水管线
5、的渗漏面积受到地震动幅值、场地靠性优化设计。首次供水管网所在区域道路信息条件、管道接口形式等多种因素影响,其中若干引入优化设计中,提出了城市供水管网系统智能因素本质上为随机变量,因此,管段渗漏面积本化抗震设计方法。在上述研究工作的基础上,进质上为随机变量,由此,管网中节点的供水压力行了华中地区某市主干供水管网的抗震可靠性分亦应为随机变量。对于随机供水压力的管网的功析和优化。结果表明:本文提出的方法能够有效能可靠性,应采用概率论的方式加以分析。研究地完成大型城市供水管网的抗震优化设计工作。表明:在管网抗震分析中,考虑管线震害
6、发生的随机性,利用管线在地震随机作用下的反应二阶矩信息,可以采用均值一次二阶矩方法得到管网*收稿日期:2010-09-25基金项目:国家自然科学基金委创新研究群体科学基金(50621062)资助项目作者简介:徐良(1985-),男,硕士研究生,主要从事生命线工程管网智能化抗震设计研究Emai:lliang851224@126com228灾害学25卷节点水压的均值和方差,进而得到节点的抗震功明,在!、∀基本烈度条件下,供水管网中各节能可靠性指标。点均处于可靠状态;在#、∃基本烈度条件下,供水管网的节点极限状态方程可
7、以写为:节点主要处于可靠状态,局部处于严重不可靠、Zi=Hi-Hmini,(1)甚至出现断水状态。根据∋建筑工程抗震设防分类式中:Hi为节点处的水压;Hmini为节点i要求的最标准((GB50223-2008),该城区建筑工程抗震设低水头。防烈度为∀度,其主要供水管线的抗震设防类别当各基本变量(各管段渗漏面积)服从正态分应划为重点设防类。因此,需进行#度烈度条件布时,Zi显然服从正态分布,在此前提下:下供水管网系统的抗震可靠性优化与设计。Psi=P(Zi>0)=(i)(i=1,2,,n),(2)式中:()为标准正态
8、概率分布函数。Zii=(3)!Z(i=1,2,,n),i称i为节点可靠性指标。图2供水管网抗震可靠性分析结果统计图以华中地区某城市供水管网为例进行抗震可靠性分析。城区分为A、B、C、D四个区域,A区内现有一个设计规模为20万t/d的水厂,可满足A区(远期需水量1386万t/d)及D区(远期需水
