埋地管线-土轴向动力相互作用等效弹簧系数取值-同济大学学报.DOCVIP

埋地管线-土轴向动力相互作用等效弹簧系数取值 孙千伟 刘威 李杰 （同济大学 建筑工程系 上海 200092） 摘要：通过解析法和振动台试验数据对埋地管线-土轴向动力相互作用等效弹簧系数取值进行了研究。从一维柱面SH波波动方程出发，重新阐释了 Matsubara和Hoshiya推导的管土轴向动力相互作用等效弹簧系数解析表达式，并对主要影响参数进行了分析；利用埋地管线振动台试验结果对小震时（0.1g）管土轴向动力相互作用进行了分析，给出了等效弹簧系数，并与解析解进行了对比。分析结果表明，对于本试验条件，采用解析法计算的等效弹簧系数和试验分析结果较为接近，相对偏差约为7.4%，在一定程度上验证了解析方法的合理性，并根据工程需要，给出了管土未发生大滑移时的等效弹簧系数取值范围：0.6G-2.0G（G为土体剪切模量）。 关键词：管-土动力相互作用；振动台试验；土弹簧系数 中图分类号：TU435 文献标识码：A Soil spring constant of buried pipeline-soil longitudinal dynamic interaction SUN Qianwei, LIU Wei, LI Jie (Department of Building Engineering ,Tongji University,Shanghai,200092,China ) Abstract: Soil spring constant of buried pipeline-soil longitudinal dynamic interaction based on theory and shaking table test is presented. According to one-dimensional SH wave motion theory in cylindrical coordinates ,MatsubaraHoshiya’s theoretical expression is reinterpreted. Based on shaking table test data of buried pipeline –soil dynamic interaction subjected to small earthquake excitation(0.1g), the soil spring constant is analyzed. The results show that on this test condition the two values of soil spring constant are similar ,and the relative deviation is about 7.4% , that verifies the rationality of theoretical solution . Furthermore, soil spring constant at small slippage between pipeline and soil is recommended for engineering application, that is 0.6G-2.0G(G=soil shear modulus). Keywords: pipe-soil dynamic interaction; shaking table test; soil spring constant 在对埋地管线进行地震反应分析时，如何反映管土之间相互作用是一个关键问题。对于弹性地基梁模型，通常采用等效弹簧来反映这种相互作用，这就使得弹簧系数的选取成为了问题的关键。一般情况下，管土相互作用的等效弹簧系数可通过这样几个途径获得：解析法、有限元法以及试验实测值[1]。由于有限元法建模的复杂性及试验实测数据的非普适性，使得它们很难广泛应用于工程实际。而对于解析法而言，虽然在表达式推导过程中引入了一些假设和对问题进行了一定的理想化处理，但其通常可以反映出问题的本源和关键，具有明确的物理意义，具有普适性。 至今，确定管土相互作用等效弹簧系数的解析法主要有：Mindlin解法[2,3]、边界元法[4] 及基于无限空间弹性体柱坐标系下的波动方程解法[1,5]等。上个世纪七十年代，Parmelee和 Ludtke[2]及Handy和Novak[3]利用半无限弹性空间的静力Mindlin解来获得在某一集中力作用下管周土体任意一点处的反应位移，从而确定管土之间等效弹簧系数，但该方法得到的系数均为静力解。1987年，王海波和林皋[4]采用边界单元法求解半无限空间中的管土动力相互作用问题，给出了相应的等效弹簧系数，但该方法过于复