液化土中输流管道的竖向地震响应研究

砂土液化是埋地管道遭受地震破坏的主要原因之一。液化土对管道产生上浮力,使管道发生上浮反应,它是随地震发生时间而变化的动态过程。将地震载荷作用下的液化区埋土管道模拟成两端弹性支承的直梁模型,考虑管-土间的相互作用和管内流体与管道之间的流固耦合作用,采用模态叠加法对液化区埋地管道进行地震响应的动态分析,探讨了管道和液化土参数对管道动态上浮反应的影响。通过数值仿真得到了管内流体的流速、流体压力、流体密度、管截面轴向力,管道黏弹系数、液化土容重和相对弹簧系数、地震加速度幅值等因素对管道上浮位移的影响情况。     

液化区埋地管线的数值模拟分析

利用ANSYS有限元分析软件,建立了由场地土液化引起的地下管道上浮反应的分析模型。用土弹簧模型模拟地下管道的受力特点,考虑了管土之间相互作用的非线性特征,通过算例分析了管道在发生上浮反应时的应力应变曲线,探讨了液化区埋地管道在发生上浮位移时的受力特征,得出了一些有意义的结果。主要有:管线的应力应变以轴向为主,并且管顶和管底的受力最大,管侧相对于管顶和管底轴向应力应变很小可以忽略;最大应变位于液化区和非液化区交界处;管线中点处等效应力达到极值等等。     

地震作用下可液化场地管道上浮动力响应及影响因素分析

地震作用下土体发生液化之后,由于超静孔隙水压力的产生和土体抗剪强度的降低,管道易发生上浮破坏。为研究管道上浮动力反应的影响因素,基于OpenSees有限元软件,通过目标反应谱和谱匹配等方法选取地震波,考虑不同管土特性和地震动特性,对地震作用下管道上浮动力反应进行了二维数值模拟。结果表明:土体相对密度、管径和管道埋深对管道上浮反应的影响较大,分别给出了土体相对密度、管径、管道埋深对管道上浮位移的影响规律及对应拟合公式;长持时地震动作用下,超静孔隙水压力消散较慢,管道上浮位移可达短持时地震动作用下管道上浮位移的2倍左右;近断层脉冲地震动作用下,管道上浮破坏和横向破坏两种破坏模式同时存在,且由于速度脉冲效应,管道横向破坏风险大于上浮破坏风险。     

管土相互作用下埋地管道的抗震性能研究

管土相互作用是影响埋地管道抗震性能的关键因素之一，分析管土相互作用是城市地下管道建设中面临的突出问题。在应用ADINA软件实现地下管道与土体融合有限元建模的基础上，通过定义管土接触来设定管土相互作用；介绍了管土接触设定、地震荷载加载时间函数、模型参数选择与求解步骤，并依据所建模型计算了埋地管道的变形和应力分布。根据计算结果，分析了管土相互作用对埋地管道抗震性能的影响，并给出了几点工程建议。     

考虑土结相互作用的逆断层作用下埋地管道性能离心机试验

埋地管道地震作用下的破坏因素源于地震引起的永久地面变形(PGD),其中管道-土体间相互作用决定土体位移作用到管体的大小。利用离心机试验技术模拟埋地管道在逆断层大位移下的反应特性,重点讨论断层与管道的交角、断层位移大小、管土相互作用、管径和埋深五个参数对管道破坏的影响水平。实验结果表明:上述参数对管道断层作用的反应均有明显影响,其中断层的位移量、管土相互作用、埋深和管径的影响更为显著。本文的研究结果对于管道经过断层区的抗震设计有十分重要的意义。     

场地沉陷作用下埋地管道屈曲反应分析

土体沉陷是引起埋地管道破坏的重要原因之一,它会引起穿越该沉陷区域的大口径地下管道屈曲失稳,使管道在没有达到拉伸或剪切强度前便退出工作.将管道与周围土体从半无限土体介质中共同取出,建立沉陷作用下的管土相互作用模型.管道以薄壳单元模拟,土体采用实体单元进行离散,采用特征值屈曲分析方法对沉陷区域埋地管道的屈曲稳定性进行了分析,给出了管道发生屈曲时的屈曲模态及对应的沉降量.研究沉陷区长度、管道埋深、管径、壁厚及场地条件等对管道屈曲反应的影响.在文中所用模型与假设条件下发现地下管线埋深较浅时更易发生屈曲失稳,管道径厚比越大管道越易发生屈曲,场地土体越硬管道越易发生屈曲失稳等结论.     

穿越逆冲断层的埋地管道非线性反应分析

穿越逆冲断层的埋地管道在地震作用下,容易发生局部屈曲或整体失稳等形式的破坏,研究逆冲断层作用下的埋地管道地震反应规律,对管道抗震设计及施工等具有重要的意义。本文将埋地管线及周围土体从半无限地球介质中取出,分别以空间薄壳单元和实体单元进行离散,采用非线性接触力学方法模拟管、土之间的滑移、分离及闭合现象;采用线性位移加载模拟断层的错动,考虑了系统初始应力状态的影响,对土体未开裂前的管土相互作用系统进行了拟静力数值分析;分析了位错量、土体刚度、埋设深度、径厚比及跨越角度对埋地管道反应的影响,得出了一些有益的结论。     

场地土液化引起的地下管道上浮反应研究

本文利用虚功原理,建立了场地土液化引起的地下管道的上浮反应分析模型,用弹性地基梁来模拟地下管道,并考虑了土的非线性约束作用、管道的初始变形、液化区长度、管道的初始轴力等的影响。采用非线性增量有限元法,对场地土液化引起的地下管道的上浮反应进行了研究,给出了部分计算结果。     

地震断层作用下的埋地管道等效分析模型

地震作用下,活动断层附近的埋地管道易发生强度屈服、局部屈曲或整体失稳等形式的破坏,建立准确、高效的埋地管道在断层作用下的计算模型,对管道的抗震设计和震后安全状态评估具有重要的实用价值。本文采用非线性弹簧模拟远离断层处埋地管道的反应,基于管土之间小变形段管道处于强化阶段,提出一种改进的管土等效分析模型,进一步减小了管土之间大变形段的分析长度,从而提高了有限元分析效率。该模型采用ALA推荐的方法计算管土间的滑动摩擦力,可以考虑土体种类的影响;用Kennedy方法确定管道的计算长度。通过与精确模型比较,验证了管土等效模型的合理性和有效性。     

沉陷区域埋地管线数值模拟分析

场地的不均匀沉陷是导致埋地管线破坏的重要原因之一。本文考虑了材料非线性、几何非线性以及管土接触非线性,将管线计算分析模型模拟为四节点薄壳单元结构,周围填覆土体采用八节点六面体单元划分。管土相互作用模拟为三维刚性与柔性的面面接触单元结构,并采用线性位移加载来模拟土体的沉陷作用,对三维薄壳有限元模型进行数值计算分析。通过比较不同参数,如沉陷长度、沉陷深度、埋深、管径、径厚比、土特性等对管线的反应影响,得出管线在沉陷情况下的应力和应变的关系,通过算例分析,说明了该方法能更好地模拟管线的破坏过程,该方法将为沉陷区域埋地管线数值模拟提供理论分析依据。     

液化场地土中埋设管线的上浮反应分析

本文利用虚功原理,建立了液化场地土中埋设管线的上浮反应分析模型,考虑到土的非线性约束作用和管道的初始轴力的影响,采用非线性增量有限元法,分析了液化场地土中埋设管线的上浮反应,并给出了部分计算结果。     

管土摩擦和管径对埋地管道破坏的影响分析

如何分析管土摩擦和管径对埋地管道地震破坏的影响,是城市地下管道建设中面临的突出问题。采用AD INA软件的定义体操作来选择体类型,并应用布尔操作实现了管道与土体和断层之间的融合,得到地下管道破坏分析的几何模型。通过模型参数选择,确定了岩土性质、管道特性、断层等模型参数,定义了管土摩擦、地震荷载时间函数、断层位移荷载。依据计算结果,分析了管土摩擦和管径对地下管道地震破坏的影响,找出了提高埋地管道抵抗破坏能力的摩擦系数和管径最优值,给出了几点工程建议。     

跨越断层埋地管道屈曲分析

考虑埋地管道与土介质的相互作用，分析了管道作为薄壳结构的断层位错反应。管道模型化为四结点薄壳单元结构，土介质简化为弹塑性弹簧，建立了管土相互作用的有限元分析模型。计算中，考虑了管道与土介质的材料非线性，管道几何参数，断层类型及破碎带宽，断层滑移角，埋深，内压，温度应力等因素的影响，根据计算结果描绘出管道控制点位移，应力及应变时空分布曲线；比较不同参数下管道的反应特征，总结管道反应的变化规律。最终得到结论：在大位移断层运动作用下，埋地管道反应存在明显的非线性效应，断层类型，管道埋深等因素不能忽略。     

液化土中管道上浮反应的影响因素研究

本文在以前研究的基础上,对场地土液化引起的地下管道上浮的影响因素进行了较为全面的研究,包括液化土的弹簧刚度、管道的初始变形、液化区长度、管道的初始轴力、管道材料、管道半径等的影响.得到了一些有益的结论.     

跨越断层埋地管线地震反应数值分析

跨越断层埋地管线在地震中的破坏是非常严重的,地震本身和管土相互作用体系中都存在很多不确定性因素,所以管线在断层运动过程中反应比较复杂。本文利用有限元理论和数值模拟手段,建立了管土作用模型,采用非线性接触问题研究方法详细地分析了管线由断层运动而产生的反应,对影响管线的各种因素进行了分析,包括位错量、跨越角度、断层运动形式、埋设深度、初始轴向力、断层裂缝宽度、填覆土质和管径。通过研究,得到一些初步结论。     

跨断层水泥管试验的有限元分析

在考虑管道的材料非线性和几何非线性、管土相互作用的非线性和管道接口非线性的基础上,建立了由管体梁单元、三向土弹簧单元和接口单元组成的埋地非连续管道在断层位移作用下的有限元模型,并以美国密歇根大学Junhee等(2010)所做的跨断层水泥管试验为原型进行了模拟分析。有限元结果给出的水泥管最终变形、接口转角、接口位移与实验结果基本一致,表明本文提出的跨断层埋地非连续管道抗震计算的有限元分析方法具有一定的合理性。有限元结果和试验结果都表明,在逆冲断层作用下,水泥管的破坏主要是因为在管道接口处的轴向压力和弯矩的耦合作用,在断层附近的管道接口承受了较大的转动和压缩位移。本文所提出的分析方法可推广到埋地非连续管道在其它永久地面变形作用下的有限元分析。     

地面微倾斜可液化场地中地铁地下车站结构的地震反应研究

砂土液化造成了大量建筑物的破坏,但目前对砂土液化地基中地铁地下结构的地震反应研究相对较少,尤其对微倾斜液化地基中地铁地下结构地震反应的研究更为缺乏。基于有限单元法,采用已开发的砂土液化大变形动力本构模型模拟液化土层的剪切大变形,采用基于ALE(Arbitrary Lagrange-Euler)算法的有限单元网格动态自适应调整技术解决土体液化大变形发生后有限单元的畸变问题,建立了地面微倾斜液化地基中土体-地下结构非线性动力相互作用的数值分析模型,分析了地面倾角变化对地铁车站周围地基液化分布特征、车站结构周围土层侧移变形特征、地下结构上浮和应力反应的影响规律,揭示了微倾斜液化地基中地铁地下车站结构的地震反应特征。     

微倾斜可液化场地中地铁地下结构地震反应的振动台模型试验研究

微倾斜场地砂土液化产生的土层侧移对地面结构和埋于其中的地下结构都造成了严重的地震破坏,也将会对地铁大型地下结构的地震安全造成严重的威胁。同时,地铁地下车站与区间隧道的连接部位因结构刚度的突变,必然会造成该部位结构的地震反应区别于标准段结构的地震反应。鉴于此,本文介绍了微倾斜(倾角为6°)可液化场地中两层三跨框架式地铁地下车站和区间隧道连接部位结构地震反应的大型振动台模型试验研究。通过对试验测试结果和试验现象的分析,揭示了微倾斜液化场地中地铁地下车站结构的动力反应规律及其地铁地下车站结构非均匀上浮机理,以及地铁地下车站结构与区间隧道结构的连接对各自动力反应的影响规律。     

地下管道的震害预测方法简述

强烈的地面运动或场地失效等因素是造成地震中地下管道破坏的主要因素。本文对地震波作用下和砂土液化条件下管道的震害预测方法进行了概述,并基于综合概率法对埋地管道进行了分析预测。     

场地沉陷埋地管道反应分析方法

场地的不均匀沉陷是导致埋地管线破坏的重要原因之一，至今，国内外对这一问题的研究甚少。本文提出了一个新的方法，用以分析受沉陷作用的埋地管道的反应，该方法选取跨越非沉陷区和沉陷区的埋地管道为研究对象，用三次曲线模拟沉陷区管道的几何大变形，推导出沉陷区段管道在几何大变形条件下的受力平衡方程的内力递推公式，用弹性地基梁模型模拟非沉陷区的管道变形，并用学陷区和非沉陷区交界面处的变形及力学协调条件给出了交界点