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埋地管道在地震波作用下的动力响应分析

作　者: 颜鹏飞
导　师: 梁瑞
学　校: 兰州理工大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 埋地管道 地震反应 地震波 动力响应 相互作用
分类号: U171
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 246次
引　用: 1次
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内容摘要


管道运输是能源输送的主要手段。管道在现代化的工业生产和人们生活中占有相当重要的位置。历史灾害表明,地下管道在地震中极易遭受破坏、造成系统故障和中断,并有可能产生各种次生灾害,给人民生活、生命和财产带来严重危害。因此,地下管道的震害分析对于城市减灾防灾工作具有重要的意义。与地上管道相比,埋地管道除承受地上管道的载荷外,还受到其他的载荷:回填土重量引起的外压力;车辆的轮压力或地面堆置载荷;沿管线遇到土壤不均匀沉陷,以及由于施工开挖,使地基产生不均匀沉陷而出现的力。这些载荷使埋地管道比地面管道在计算与分析中相对复杂。本文分析了环境因素对埋地管道的影响,对埋地管道在静载荷作用下进行了应力分析。此外,应用弹性力学法和有限单元法、波动理论、振动理论、以及相对变形理论对地震波作用下埋地管道的地震应力进行了分析。埋地管道在土体中,四周被土体包围,由于地震波的作用,使土体产生变形和振动,管道随土体而变形。此时,管道和土壤之间不再保持弹性结合,引起管道由于地震响应带来的附加载荷,从而导致由附加载荷带来的附加应力。论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实验,得出在地震作用下,埋地管道的位移随地震波的响应情况。根据埋地管道损坏的特点以及管道力学性状的计算和软件分析所得的结果,提出了在埋地管道设计和施工中宜采取的防护措施。

全文目录


目录  5-7
摘要  7-8
ABSTRACT  8-9
第1章 绪论  9-25
  1.1 研究意义  9-11
  1.2 目前研究概况  11-15
  1.3 环境因素对埋地管道的影响  15-22
    1.3.1 地质灾害  15-17
    1.3.2 气候灾害  17-20
    1.3.3 环境灾害  20-22
  1.4 地震对管道的破坏  22-23
  1.5 研究发展趋势  23-24
    1.5.1 模型的建立  23
    1.5.2 极限问题的研究  23
    1.5.3 线路参数数据库的建立  23-24
    1.5.4 专业分析软件的研究  24
    1.5.5 可视化仿真平台的研究  24
  1.6 本课题研究的主要内容及其创新  24-25
第2章 埋地管道力学性状的研究方法  25-38
  2.1 埋地管道的应力分析  25-29
  2.2 管道地震应力的求取  29-33
    2.2.1 横向运动方程  29-30
    2.2.2 轴向运动方程  30-31
    2.2.3 管道的地震应力  31-33
  2.3 有限单元法  33-37
    2.3.1 单元选择和位移模式  34-35
    2.3.2 几何方程  35
    2.3.3 本构方程  35-36
    2.3.4 单元刚度矩阵  36
    2.3.5 整体刚度矩阵  36-37
    2.3.6 等效结点力  37
    2.3.7 有限元分析的解题过程  37
  2.4 本章小节  37-38
第3章 埋地管道在地震载荷作用下的响应分析  38-50
  3.1 地震的类型与成因  38
  3.2 场地类别的划分  38-39
  3.3 地震波概述  39-40
  3.4 地震纵波和横波  40
  3.5 Ansys动力响应分析的方法  40-41
  3.6 参数的确定  41-42
  3.7 地震波对埋地管道的作用  42-49
    3.7.1 管线的运动方程  42-43
    3.7.2 在地震作用下地面的运动  43-44
    3.7.3 管-土模型的建立  44-45
    3.7.4 算例分析  45-49
  3.8 本章小结  49-50
第4章 埋地管道的防护措施  50-54
  4.1 地震中埋地管线损坏的特点  50
  4.2 提高埋地管道的抗震性能  50-53
    4.2.1 材料上的选取  50-51
    4.2.2 对管道埋设沿线的调查工作  51
    4.2.3 地基的处理  51
    4.2.4 科学的施工方案  51-52
    4.2.5 管道的防腐措施  52
    4.2.6 加强管道监护  52-53
  4.3 本章小节  53-54
结论  54-56
参考文献  56-59
致谢  59-60
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  60

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中图分类: > 交通运输 > 综合运输 > 管道运输 > 管道运输理论
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