地震波斜入射作用下埋地弯管的动力响应-建筑与土木工程专业论文.docxVIP

Classified Index: P315.9 U.D.C: 624 Dissertation for the Master Degree in Engineering RESPONSE OF BURIED ELBOW PIPELINE UNDER OBLIQUE INCIDENCE SEISMIC WAVE Candidate： Zhang Hao Supervisor： Prof. Tang Aiping Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Building and civil Engineering Affiliation： School of Civil Engineering Date of Defence： July, 2015 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - - I - 摘 要 地震效应是埋地管线发生破坏的重要因素，埋地管道的地震破坏机理及其抗 震问题是生命线地震工程最活跃、最热络的研究课题。与传统的埋地管道抗震研 究主要依赖试验不同，随着仿真技术的快速发展，结合数值仿真技术和足尺试验 的研究方法给埋地管道的抗震研究提供了一种全新的、可靠的手段。目前，地下 结构的抗震研究中通常假设地震波角度垂直输入，其带来的误差有时不能忽略， 特别是在研究大体积长线性的结构时，考虑地震波的斜入射更能真实反映这类结 构的破坏机制。为此，本文采用有限元与粘弹性人工边界相结合的弹性波动方法， 构造了地震波斜入射输入的三维有限元模型，以埋地弯管为研究对象，探讨了其 在三维斜入射地震波作用下的动力反应以及地震波和管土因素对管道反应的影 响。本文主要研究工作及结论如下： 首先，介绍了有限元与粘弹性人工边界相结合的弹性波动方法，应用 matlab 编制了斜入射作用下的自由场等效地震结点荷载程序，基于 ANSYS 平台的 APDL 参数化语言，构建了半空间自由场的三维平面地震波小角度斜入射输入的有限元 模型，半空间数值算例验证了该程序方法的精度。 然后，对比了斜入射与垂直入射时埋地弯管的地震响应，数值算例结果表明： P 波斜入射角度对结构竖向位移、速度反应影响不显著，但对水平向位移、速度反 应影响较为显著；地震波斜入射角度使得弯管弯头处各观测点应力分布发生改变 并且比垂直入射时显著增大；与垂直入射相比，随着斜入射角度的增大，埋地弯 管弯头处截面的变形形状呈现出逐渐压扁、屈曲的趋势。 最后，研究了不同地震动在不同斜入射角度下埋地弯管的动力反应特性，讨 论了地震动特性、入射角、土的特性等参数对管道动力反应的影响水平和规律。 计算结果表明：斜入射地震波作用下，不同类型的地震波对弯管地震反应影响不 同；弯管位移反应随着土的动弹性模量变小而变大，并且时间延迟效应也越明显； 弯管应力反应随着土的泊松比减小而变大；弯管埋深越浅应力反应越小；弯管壁 厚和管土摩擦系数越小，位移、速度和加速度反应越大。地震波的斜入射也是行 波效应产生的原因之一。 本文研究成功模拟了埋地弯管的地震反应，合理解释了埋地弯管的地震破坏 特征，这为埋地管道的抗震设计和抗震能力的提高提供了有力支持。 关键词：埋地弯管；粘弹性边界；斜入射；动力反应；数值模拟 - - II - Abstract The buried pipeline is high vulnerable in earthquake, as the one of main four transmission system, the pipeline or buried pipeline plays a more and more important role for energy transportation, like oil, natural gas. so, it is very important for healthy economic and social sustainable development how to keep the pipeline system safety. Unlike the traditional experimental researches, With the rapid development of computer simulation technology, it has provided an economical and feasible method for the seismic research of undergr