第五章_管道的抗震设计计算
工程结构抗震第五章
9、跨高比:梁的跨高比(梁的净跨与梁截面高度的比值)对梁的抗震 性能有明显的影响。梁(非剪力墙的连梁)的跨高比小于5和深梁都 按照深受弯构件进行计算的。
2、框架结构布置
适用范围: 10层以下住宅、办公及各类公共建筑与工业建筑。有方格式及
内廊式两类. ①宜双向设置承重框架 ②楼梯间、电梯间不宜设置在结构单元的两端及拐角处。 ③框架结构沿高度不宜突变。 ④遵守“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点、强锚固”等
原则进行延性框架的设计。
3、框架—抗震墙结构布置 适用范围: 10~20层的房屋。
5.2.2 结构布置
1、基本原则 2、框架结构 3、框架—抗震墙 4、抗震墙 5、抗震缝
1、基本原则: ①结构平面应力求简单规则,结构的主要抗侧力构件应对称均
匀布置,尽量使结构的刚心与质心重合,避免地震时引起结 构扭转及局部应力集中。 ②结构的竖向布置,应使其质量沿高度方向均匀布置,避免结 构刚度突变,并应尽可能降低建筑物的重心,易利结构的整 体稳定性。 ③合理设置变形缝。 ④加强楼屋盖的整体性。 ⑤尽可能做到技术先进,经济合理。
第五章 抗震设计的一般规定(第18节课讲义)
框架-抗震墙结构中的抗震墙宜沿主轴方向双向布置,贯通房 屋全高,且横向与纵向抗震墙宜相连,互为翼墙,以提高其刚度 和承载能力。
抗震墙的一般布置原则是“均匀、分散、对称、周边”。
2、抗震墙布置位置的选择
(1)抗震墙宜贯通房屋全高; (2)楼梯间宜设置抗震墙,但不宜造成较大的扭转效应; (3)抗震墙的两端(不包括洞口两侧)宜设置端柱或与另一方向 的抗震墙相连; (4)房屋较长时,纵向抗震墙不宜设置在端开间; (5)抗震墙洞口宜上下对齐;洞边距端柱不宜小于300mm。 一般情况下,抗震墙宜布置在竖向荷载较大处,平面形状变 化处和楼梯间、电梯间处等。
框架节点的破坏特点:
框架节点破坏的主要形式是节点核心区剪切破坏和钢筋锚固破坏。
节点主要受剪力和压力的组合作用,节点核心区未开裂前,箍筋 应力很小,基本上是混凝土承受剪力。约当剪力达到核心区极限抗剪 能力60~70%时,混凝土突然发生对角贯通裂缝,节点刚度明显降低, 箍筋应力也突然增大,个别甚至屈服,此后斜裂缝增多赠宽,箍筋陆 续达到屈服。
为了不使框架底层柱过早出现塑性铰,规范规定:一、 二、三、四级框架结构的底层,柱下端截面组合的弯矩设计 值,应分别乘以增大系数1.7、1.5、1.3和1.2。底层柱纵向 钢筋应按上下端的不利情况配置。
2.梁端、柱端剪力调整 ——体现“强剪弱弯” 为了避免框架梁、柱在弯曲破坏前发生剪切破坏。
抗震计算公式
设计压力,MPa管子内径,mm管子壁厚,mm
P dδ
1.6261.8 5.6
1.6261.8 5.6
钢管外径(m)覆土厚度(m)土壤重力密度(N/m3)
D hγ
0.273 1.219000
管子壁厚(m)管子外径(m)管材的弹性模量(MPa)
δDH E
0.00560.273206000
弯头所连接的直管段管壁厚度(mm)弯头管壁厚度(mm)弯头壁厚增大系数
d b mδ
6.65 1.06 6.3
泊桑比管道下沟回填时温度,℃
μt1
0.3-15
0.345
钢管平均直径(m)作用在单位管长上的总竖向荷载(N/m)
Dm W
0.26746233.452604
泊桑比由内压产生的管道环向应力,MPa
μζh
0.337.4
弯头的外直径(mm)
弯头的曲率半径(mm)
R D
1619.5323.9
管道的工作温度,℃管子规定的最小屈服强度,MPa
t2ζs
15245
15245
单位管长上的竖向永久荷载(N/m)地面可变载荷传递到管道上的荷载(N/m)
W1W2
6224.49.052604167
管道设计内压力(MPa)管子内径(cm)
P d
426.18
钢材的线性膨胀系数钢材的弹性模量管内压引起的环向应力
αEζh
0.00001220600037.4
0.00001220600037.4
钢管变形滞后系数基床系数钢材弹性模量(N/m2)
Z K Es
1.50.085
2.06E+11
管子公称壁厚(cm)管材的线膨胀系数(cm/cm·℃)管道下沟回填时温度(℃)
δnαt1
0.560.0000125
内压和温度引起的轴向应力当量应力0.9*245
管道的抗震设计计算
VS
详细描述
在实际工程中,需要根据管道的具体尺寸 、材料特性、支撑结构和边界条件等因素 ,进行详细的抗震计算和分析,以确保管 道在地震作用下的安全性和稳定性。
05 管道抗震设计的未来发展
新型抗震材料的应用
高强度钢
高强度钢具有更高的抗拉强度和屈服 点,能够提高管道的抗震性能,减少 地震对管道的破坏。
基于性能的抗震设计方法
性能指标
基于性能的抗震设计方法以管道在不同地震作用下的性能指标为依据,如位移、应变和 应力等,进行抗震设计和评估。
多级设防
根据地震烈度和震后管道功能需求,进行多级设防,确保管道在不同地震作用下的安全 性和可靠性。
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03 管道抗震计算的数学模型
动力方程的建立
建立管道系统的动力学方程
根据管道系统的质量和刚度分布,建立管道系统的动力学方程,包括振动微分 方程和运动方程等。
考虑地震动输入
将地震动输入作为外部激励源,考虑地震动输入对管道系统的影响,将其转化 为动力学方程中的外部力项。
边界条件和初始条件
确定边界条件
根据管道系统的实际约束条件, 确定动力学方程的边界条件,如 固定端、自由端、弹性支撑等。
设定初始条件
根据管道系统的初始状态,设定 动力学方程的初始条件,如初始 速度、初始位移等。
管道接口抗震设防措施
管道接口抗震设防措施
1. 引言
在地震活动频繁的地区,为了确保工业设施的安全运行,尤其是管道系统的正
常工作,需要采取一系列的抗震设防措施。本文将重点介绍管道接口的抗震设防措施,以提高其在地震中的安全性能。
2. 抗震设计要求
在进行抗震设防措施的设计过程中,需要根据地震烈度、场地类别等因素,确
定具体的设计要求。以下是一些常见的抗震设计要求:
•抗震等级:根据地震活动频率和管道系统的重要程度,确定抗震等级,以确定所需的抗震设防性能。
•地震烈度:根据地震波烈度,确定地震引致的加速度和速度等参数,作为设计抗震设防的依据。
•土壤条件:管道接口的设防措施将受到土壤的影响,需要针对不同的土壤条件进行设计和加固工作。
3. 管道接口抗震设防措施
3.1 固定支撑
管道接口的固定支撑是最基本的抗震设防措施之一。通过设置固定支撑点,可
以增加管道系统的刚度和稳定性,减小在地震中的振动和位移。固定支撑的设计需要考虑接口的类型和管道的材料等因素。
3.2 衬垫材料选择
在管道接口处,使用合适的衬垫材料能够有效减轻地震引起的冲击和振动。常
见的衬垫材料包括橡胶、聚合物等,具有较好的减震和缓冲效果。在选择衬垫材料时,需要考虑地震引起的水平和竖向力,并确保其具备足够的弹性和耐久性。
3.3 阻尼器安装
阻尼器是一种常用的管道抗震设备,可通过消耗地震引起的能量,降低结构的
震动幅度。在管道接口处安装适当的阻尼器,可以有效减小地震对管道系统的影响。阻尼器的选择和安装需要根据具体情况,包括管道的材料、长度等参数进行确定。
3.4 管道支架设计
管道支架的设计需要根据地震荷载和管道系统的重量等因素进行。合理的管道支架设计能够保证管道系统的稳定性和安全性,并降低地震引起的振动和位移。在设计过程中,需要考虑不同方向的地震力作用以及管道系统的变形和伸缩等因素。
综合管廊内燃气管道抗震计算分析
综合管廊内燃气管道抗震计算分析
综合管廊内燃气管道抗震计算分析
随着城市化进程的不断推进,综合管廊在城市建设中发挥着越来越重要的作用,它将各类地下管道整合在一起,提供了方便的运维与维修通道,同时还增加了城市地下空间的利用率。其中,燃气管道作为重要的能源供应设施,在综合管廊内的抗震性能显得尤为重要。本文将对综合管廊内燃气管道的抗震计算分析进行探讨。
燃气管道是城市生活必不可少的能源供应工程,因此其抗震性能是具有重要意义的。地震是一种常见的自然灾害,地震力对燃气管道结构的影响主要表现为水平地震力和垂直地震力。燃气管道在施工过程中需要经历各种外界因素的作用,如地震、温度、腐蚀等等。其中,地震力作为主要的外部因素之一,其对燃气管道的结构破坏程度直接影响到燃气供应的稳定性和安全性。
首先,燃气管道的材料选择与管道结构设计是保证其抗震性能的基础。在综合管廊中,常见的燃气管道材料有聚乙烯(PE)、钢材等。PE材料具有良好的抗震性能,其弹性模量
较大,具有较高的承载能力和抗震性能,能够有效减小地震对管道的冲击。而钢材则因其优异的力学性能,在抗震性能方面表现出更好的稳定性。因此,在综合管廊内燃气管道的材料选择上,钢材应是首选,而PE材料可以作为衬里使用,以提高
管道的内部密封性和耐腐蚀性。
其次,燃气管道的结构设计也是保证其抗震性能的关键。在综合管廊内,为了提高燃气管道的抗震性能,可以采用以下措施:一是增加管道的抗震支撑装置,通过合理设置支座和抗
震支撑,使管道的抗震性能得到增强;二是合理设置管道的固定装置,确保管道在地震力作用下能够保持良好的固定状态;三是减少管道的连接点,降低管道的振动和变位,提高整个管道的稳定性。
水平管线侧向及纵向抗震支吊架间距计算公式
水平管线侧向及纵向抗震支吊架间距计算公
式
水平管线侧向抗震支吊架间距计算公式如下:
间距= (α × L × g)/ F
其中,α为系数,取值一般为2.5;L为管线段的长度;g为重力加速度,一般取9.8m/s^2;F为水平地震力。
水平管线纵向抗震支吊架间距计算公式如下:
间距= (β × L × g)/ F
其中,β为系数,取值一般为3.5;L为管线段的长度;g为重力加速度,一般取9.8m/s^2;F为纵向地震力。
需要注意的是,实际使用时还需要考虑管线材质、管线内流体性质、管道支撑形式等因素对抗震性能的影响,并进行合适的修正。此外,地震设计规范和标准也会对抗震支吊架间距提供详细的指导和要求,建议按照当地的规范进行计算和设计。
拓展:除了水平管线的抗震支吊架间距计算,还有其他相关的抗
震设计要素,如选用合适的材料、确定适当的管道轮廓、考虑管件连
接方式等,都对提高管道系统的抗震性能具有重要意义。同时,在管
道系统的设计过程中,还要考虑到不同地震等级的要求,以及不同部
位的抗震需求,综合考虑多种因素才能得到较为可靠的抗震设计方案。
建筑结构抗震设计(付玉辉主编)-第五章 抗震构造设计最新多彩版_思维导图
建筑结构抗震总复习第五章-地震作用和结构抗震设计要点
硬质地基对柔性结构影响极小,对刚性结构有一定的影 响;软土地基对刚性结构影响显著,而对柔性结构则有一定 的影响。
第五章 地震作用和结构抗震设计要点
2.3 竖向地震作用的计算
高层建筑和高耸结构的竖向地震应力和重力荷载应力的 比值沿建筑物高度向上逐渐增大。结构上部可能产生拉应力。 《抗震规范》规定: 8度和9度时的大跨度结构,长悬臂结构,9度时的高层建
m
n
不含地震作用: Sd Gj SG j k Q1 SL1 Q1k S Qi Li ci Qik
j1
i2
第五章 地震作用和结构抗震设计要点
γG ——重力荷载分项系数,一般情况取 1.2。当重力荷载效应 对构件承载力有利时,可取1.0;
γw ——风荷载分项系数,取1.4; SGE——重力荷载代表值的效应,当有吊车时尚应包括悬吊物
第五章 地震作用和结构抗震设计要点
2.2.5 楼层最小地震剪力的规定
由于地震影响系数在长周期段下降较快,对于基本周期 大于3.5s的结构,由此计算所得的水平地震作用下的结构效 应可能太小。而对于长周期结构,地震动作用中地面运动速 度和位移可能对结构的破坏具有更大影响。出于结构安全的 考虑,增加了对各楼层水平地震剪力最小值的要求,规定了 不同烈度下的剪力系数,不考虑阻尼比的不同,结构水平地 震作用效应应据此进行相应调整。
管道第五章之管道的抗震设计计算(50页)
2、震级
• 指在一次地震中地壳所释放出来的能量。释放的 能量越多,震级越大;
• 地震的震级一般采用里氏(里克特Richter)震级; • 一个6级地震释放的能量相当于一个2万吨级的原
子弹; • 地震对地面的影响程度与许多因素有关,除了震
级以外,还与震源深度、震中距等因素有关。
• 烈度IX,质量好的建筑物也有相当的震害,建 筑物、构筑物的基础错位偏移,地面裂开,地 下埋设管道破坏。
• 烈度X,质量好的木造房屋倒塌,多数砖石结构和 架桥结构连同基础一起遭到破坏,地面开裂,钢轨 弯曲,斜坡与堤防滑移;
• 烈度XI,砖石结构几乎全部倒塌,桥梁破坏。地面 全面出现裂缝,地下埋设管道不能使用,软弱地基 发生滑移,钢轨显著弯曲。
–对地基的稳定和变形的影响:软弱地基易产生不稳定 状态和不均匀沉降,甚至发生液化、滑坡、开裂等严 重现象,而坚硬地基则很少有这种危险;
–改变建(构)筑物的动力特性:软弱地基对上部结构 有增长周期、改变振型和增大阻尼的作用。
各类地段的划分
类型 有利 地段 不利 地段
危险 地段
地质、地形、地貌
坚硬土或开阔平坦均实的中硬土等
• 烈度XII,全部遭到震灾,地面波动传播可知,地形 变动,物体被抛起来。
也可根据最大加速度来确定地震烈度
美国地震烈度表
建筑结构抗震设计与实例第5章
一、建筑物抗震设防类型的确定 二、地震作用的计算规定及计算方法 三、结构抗震验算
5.1 建筑抗震设防分类标准
一、建筑抗震设防分类标准
中国国家标准建筑抗震设防分类标准(GB50223),根 据建筑物重要性、在地震中及地震后破坏对社会和经济造 成的影响及在抗震防灾中的作用,将建筑明确分为四类:
▪丁类建筑 —— 地震破坏后对社会影响轻微,对
国民经济影响轻微,且不致影响其它甲、乙、丙 类建筑的建筑物。附属建筑。
二、各类建筑抗震设防的标准
1. 甲类建筑:地震作用应高于本地区抗震设防烈度
的要求,其值应按批准的地震安全性评价结果确定。 6~8度设防时,提高1度进行抗震设防,9度时应比9 度设防更高的要求。
2. 地震作用各计算方法的特点
1) 底部剪力法是一种拟静力法,计算量最小,但因忽 略了高阶振型的影响,计算精度稍差;
2) 振型分解反应谱法,计算量稍大,计算精度较高, 计算误差主要来至于振型组合时关于地震动随机性 的假定;
3) 时程分析法是一种完全动力分析方法,计算量大, 计算精度高。
但时程分析法是某一确定地震动的时程反应,不像 底部剪力法和振型分解反应谱法考虑了不同地震动 时程纪录的随机性。
X
2 ji
Y
2 ji
2 ji
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i 1
管道抗震设计说明
管道抗震设计说明
《管道抗震设计说明》
在现代城市建设中,管道系统起着至关重要的作用,包括供水、供气、供电以及污水处理等方面。然而,地震是一种不可预测的自然灾害,对城市中的建筑和基础设施造成的破坏非常严重,同时也会对管道系统产生巨大的影响。因此,管道抗震设计成为了保障城市运行及居民生活安全的重要环节。
管道抗震设计的目标是确保管道在地震发生时能够保持结构完整,最大程度地减小震后的损坏。下面我们将对管道抗震设计的几个方面进行说明:
首先,在管道布局设计中应考虑地震的影响。合理的管道布局可以降低管道系统受地震力的影响,减少可能的损坏风险。在布局设计过程中,应优先考虑管道的生命安全和保护城市运行所需的关键设施。
其次,管道的抗震设计需要合理选择材料和结构形式。管道系统应选择具有较高抗震性能的材料,如耐震强度较高的钢材料等。同时,结构形式上应尽量采用柔性连接方式,以吸收地震能量,减小地震力对管道系统的影响。
再次,应加强管道系统的抗震能力。对于已建成的管道系统,可以采取增强措施,如加装补充支撑、增设降震装置等,提高其抗震能力。同时,对于新建管道系统,应根据当地的地震状况,结合相关设计规范和标准,进行合理的设计和施工。
最后,管道抗震设计还需要进行抗震性能评估和监测工作。通过实时监测管道系统的运行状态,了解其抗震性能,并及时采取相应的修复措施,确保管道系统持续稳定地运行。
总之,管道抗震设计是现代城市建设中不可或缺的一部分。合理的管道布局、选择适当的材料和结构形式,加强管道系统的抗震能力以及进行监测工作,将为城市的抗震能力提供重要的保障。只有在地震发生时,我们的管道系统才能继续为城市提供所需的服务,确保人们生活的便利和舒适。
室外给水排水和燃气热力工程抗震设计 (5)地震作用和结构抗震验算
地震作用和结构抗震验算
5.1 一般规定
5.1.1 各类厂站构筑物的地震作用,应按下列规定确定:
1 一般情况下,应对构筑物结构的两个主轴方向分别计算水平向地震作用,并进行结构抗震验算;各方向的水平地震作用,应由该方向的抗侧力构件全部承担。
2 设有斜交抗侧力构件的结构,应分别考虑各抗侧力构件方向的水平地震作用。
3 设防烈度为9度时,水塔、污泥消化池等盛水构筑物、球形贮气罐、水槽式螺旋轨贮气罐、卧式圆筒形贮气罐应计算竖向地震作用。
5.1.2 各类构筑物的结构抗震计算,应采用下列方法:
1 湿式螺旋轨贮气罐以及近似于单质点体系的结构,可采用底部剪力法计算;
2 除第1款规定外的构筑物,宜采用振型分解反应谱法计算。
5.1.3 管道结构的抗震计算,应符合下列规定:
1 埋地管道应计算地震时剪切波作用下产生的变位或应变;
2 架空管道可对支承结构作为单质点体系进行抗震计算。
5.1.4 计算地震作用时,构筑物(含架空管道)的重力荷载代表值应取结构构件、防水层、防腐层、保温层(含上覆土层)、固定设备自重标准值和其他永久荷载标准值(侧土压力、内水压力)、可变荷载标准值(地表水或地下水压力等)之和。可变荷载标准值中的雪荷载、面部和操作平台上的等效均布荷载,应取50%计算。
5.1.5 一般构筑物的阻尼比(ζ)可取0.05,其水平地震影响系数应根据烈度、场地类别、设计地震分组及结构自振周期按图5.1.5采用,其形状参数应符合下列规定:
1 周期小于0.1s的区段,应为直线上升段。
2 自0.1s至特征周期区段,应为水平段,相应阻尼凋整系数为1.0,地震影响系数为最大值αmax,应按本规范5.1.7条规定采用。
抗震设计第五章-4
(2)剪压比限值
概念
截面上平均剪应力与混凝土轴心抗压强度设计值的比值
影响
V / bh0 fc
限制剪压比
跨高比大于2.5时:
V
1
RE
(0.2
fcbh0 )
跨高比等于或小于2.5时:V
1
RE
(0.15
fcbh0 )
(3)斜截面受剪承载力的验算(按新规范)
考虑地震作用组合的矩形、T 形和I 形截面的框架 梁,其斜截面受剪承载力应符合下列规定:
箍筋要求
抗震等级
一 二 三 四
加密区长度 (采用较大值) (mm) 2hb,500 1.5hb,500 1.5hb,500 1.5hb,500
箍筋最大间距
箍筋最小直
(采用较小值)(mm) 径(mm)
hb/4,6d,100
10
hb/4,8d,100
8
hb/4,8d,150
8
hb/4,8d,150
6
注:hb为梁截面高度,d为纵向钢筋直径。
M bl、M br--分别为梁左、右端逆时针或顺时针方向正截面组合的弯矩设计值;
M blua、M brua---分别为梁左、右端逆时针或顺时针方向根据实配钢筋面积 (考虑受压筋和相关楼板钢筋)和材料强度标准值计算的抗震受
弯承载力所对应的弯矩值; Vb ---梁端剪力增大系数,一级为1.3,二级为1.2,三级为1.1。
第五章-地震作用和结构抗震设计要点
2
式中 SEk——水平地震作用标准值的效应; Sj——j振型水平地震作用标准值的效应,可只取 前2~3个振型,当基本自振周期大于1.5s或 房屋高宽比大于5时,振型个数适当增加。
当采用振型分解反应谱法进行计算时,为 使高柔建筑的分析精度有所改进,其组合的振 型个数应足够多。振型个数一般可以取振型参 与质量达到总质量90%所需的振型数。
考虑到工程实践中带有突出屋面小房间的房屋结构数 量极大,为了简化计算,《抗震规范》规定,对于这类结 构,仍可采用底部剪力法计算其水平地震作用,在计算 时,将突出屋面的小房间也作为一个质点,并将计算所得 的该质点的水平地震作用乘以增大系数3予以调整,此增大 部分不往下传递,但与该突出部分相连的构件在设计时应 考虑这种增大影响。
1.1.2 地震作用计算方法
现行《抗震规范》的抗震设计计算采用以下三种方法: 适用于多自由度体系的振型分解反应谱法; 将多自由度体系看作等效单自由度体系的底部剪力法; 直接输入地震波求解运动方程及结构地震反应的时程分 析法 。
《抗震规范》对上述三种方法的使用范围作了如下规定: 高度不超过40m,以剪切变形为主且质量和刚度沿高 度分布比较均匀的结构,以及近似于单质点体系的结 构,可采用底部剪力法等简化方法 ; 除上述以外的建筑结构,宜采用振型分解反应谱法; 特别不规则的建筑,甲类建筑和表1所列的高层建 筑,应采用时程分析法进行多遇地震作用下的补充计 算,并取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解 反应谱法计算结果的较大值。
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0.0000 -20000 -40000 -60000
0.0005
0.0010
横向土弹簧
-60000
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垂向土弹簧
2.2 断层位移预测
管道穿越断层的相交角度为,断层倾角为。管道穿越水平位 移为s的走滑断层时,沿管道的轴向位移分量x和侧向位移分 量y 分别为: x = cos
y = - s sin
• 基本烈度是指某地区在今后一定时间内,在一般 场地条件下可能遭受的最大地震烈度。 • 按照国家地震局颁布的《中国地震烈度区划图》, 全国分为:五度、六度、七度、八度、九度共五 个区。
本地震烈度区划图上所标示的地 基本烈度震烈度值,系指在50年期限内, 一般场地条件下,可能遭遇超越 概率为10%的烈度值。
危险 地段
场地土的划分
场地土类型
坚硬场地土 中硬场地土
中软场地土 软弱场地土
土层剪切波速(m/s) vs>500
500≥vs>250
250≥vs>140 vs≤140
特征周期
近、远震 近震 远震
场地类别
I 0.20 0.25 II 0.30 0.40 III 0.40 0.55 IV 0.65 0.85
应力-应变曲线
描述管道屈服后的应力-应变特性,可采用 Ramberg-Osgood建议的关系式:
n 1 E 1 r y
r
式中, 是工程应变, 是轴拉应力,E 是弹 性模量,y 是屈服应力, n 和 r 是 RambergOsgood 参数。
如唐山地震,震级7.8级,震源深度12~16km,震 中烈度11度,各地烈度如下: 烈 度 11度 10度 9度 8度 7度 范 围 面积,km2
唐山市 古冶到丰南 宁河、滦县、汉沽 天津市区 北京市部分地区
27.5 367 1800 7270 33300
我国采用12度地震烈度法
• 烈度I,在特别易于感受的条件下,只有少数人才 能感觉到; • 烈度II,只有在建筑物上层部位静止着的人们方 能感觉到,易于摆动的悬吊物有摇摆现象; • 烈度III,在建筑物上层部位的多数人可感觉到, 但大部分人不认为是地震。停着的汽车轻微摆动, 有如卡车经过时的震动,可测知其持续时间。 • 烈度IV,白天室内多数人,室外少数人可感知, 盘碟、门窗摇动,墙壁作响,有如重卡车碰撞建 筑物的感觉,停着的汽车相当摇动;
• 烈度VIII,质量好的建筑物也受有或多或少的 灾害,一般的建筑物有相当的灾害,且有一部 分倒塌。质量不好的建筑物遭受大的破坏,贴 板墙面错动脱落,烟窗、柱、纪念碑、墙壁倾 倒。泥沙少量喷出,井水发生变化,汽车行驶 有障碍; • 烈度IX,质量好的建筑物也有相当的震害,建 筑物、构筑物的基础错位偏移,地面裂开,地 下埋设管道破坏。
也可根据最大加速度来确定地震烈度
美国地震烈度表
烈度 加速度 cm/s2 烈度 加速度 cm/s2 I <1.0 VI 21~44 II 1.0~2.1 VII 44~94 III 2.1~5.0 VIII 94~202 IV 5.0~10 IX 202~432 V 10~21 X >432
基本烈度
有限元模型
管土相互作用采用土弹簧模拟,土弹簧刚 度确定(ASCE指南) 存在问题:土弹簧刚度未考虑管沟参数及管沟 内外土壤特性不同的情况。
Z
Y X Ka KH
Kv Ka KH DL Kv
2 基于应变的穿越活动断层埋地管道抗震设计方法研究 有限元模型
•管土相互作用采用土弹簧模拟 •土弹簧刚度确定(考虑管沟影响)
第五章 管道抗震设计计算
• 地震是最严重的自然灾害之一,例:
– 1923年日本关东大地震,震级7.9级,震中烈度11度,距震中90公 里的横滨市几乎被化为废墟,东京被烧掉三分之二,死亡近十万 人;
– 1960年智利大地震,震级8.9级,震中烈度11度,引起地面下沉、 滑坡塌方、火山爆发、海啸,沿海一带的城镇、港口等大都被海 浪冲走或陷入海里; – 1976年的唐山大地震,震级7.8级,震中烈度11度,唐山市房屋绝 大部分倒塌。 – 2008年的汶川大地震,震级8.0级,震中烈度11度,汶川大地震是 中国一九四九年以来破坏性最强、波及范围最大的一次地震。
• 烈度V,人人可感知,多数人睡中醒来,窗玻 璃有摇动,灰泥抹面裂缝,放置不稳的器物倾 倒,电线杆、树木、塔状体的摇动有时可见, 钟表停摆;
• 烈度VI,人人受惊,跑出室外,重家具移动, 灰泥抹面有脱落,烟窗有倾倒,稍有受灾;
• 烈度VII,人人都跑出室外,质量好的建筑物 几乎不受损害,一般的则有若干受灾,质量不 好的有显著受灾。烟窗折断,人在行驶着的汽 车中也可感受到地震;
• 断层对管道的作用:
破坏模式
三种可能的破坏模式:拉裂、局部屈曲和梁式屈曲
–埋地钢管在穿越正断层或以 90的交角穿越 走滑断层时,主要承受拉力,破坏模式为拉裂。 通常极限拉应变取4%,大于该值即认为管道已 发生拉裂破坏。
–地下管道穿越逆断层或以 > 90的交角穿越走 滑断层时,主要承受压力,其可能的破坏模式 包括局部屈曲和梁式屈曲。
–压缩波(P波):又称纵波或疏密波,其质点的振动方 向与波的前进方向一致,可在固体或液体中传播。其特 点是周期短、振幅小。 –剪切波(S波):又称横波或等容波,其介质的振动方 向与波的前进方向垂直,仅能在固体中传播。其特点是 周期较长、振幅大。
• 压缩波比剪切波的传播速度高。
P波和S波示意
P波
压缩 未扰动介质
s
管道穿越垂直位移为p的正断层和逆断层时,沿管道的水平分 量x、水平侧向分量y和竖直分量z分别为:
x = p co s sin y = p co s co s z = p sin
式中,p对正断层取正值, 对逆断层取负值。s对右旋 走滑断层取正值,对左旋走 滑断层取负值。
抗震设防烈度
• 抗震设防烈度是按国家规定的权限批准作为一个 地区抗震设防依据的地震烈度。 • 我国抗震设防范围为七、八、九度。九度以上的 地区不宜建包括油罐在内的工业设施。
5-2 场地及地基土类别的划分
震害表明,同一烈度区内,局部土质条件不同,
建筑物的破坏程度差异很大。
–对地面运动的影响:软弱地基与坚硬地基相比,前者
5-3 砂土的地震液化
• 液化使土壤强度减少甚至完全丧失,管道由于支
承丧失甚至还可能受到液化土的浮力作用,引起
管道上大的变形而破坏。
• 砂土液化的概念:“液化是使任何物质转化为液
体状态的行为过程。就无粘性土而言,这种由固 体状态变为液体状态的转化是孔隙水压力增大和 有效应力减小的结果”。
影响砂土液化的主要因素
应变控制
• 管道的设计允许应变和荷载组合 受拉 海底管 道 陆上管 道 荷载组 合 1% 受压 0.5%
4%
0.35t/D
可只考虑断层位 断层位移+温度+内压 移
认为管子变形为一条直线,管道的最大 应力及最大应变均在与断层的相交处, 1 国内外研究现状 并且只考虑轴向摩擦力,忽略管子的弯 三点改进:(1)把管子变形分段即用圆 曲刚度和周围土体的侧向作用力,管材 理论模型 弧和直线分别模拟在断层附近和离断层 应力-应变曲线采用三折线模型。该方 (1)Newmark-Hall模型; 考虑了管子的弯曲刚度,离断层较远的 较远的管段变形;(1)在断层附近考虑 法得到的结果偏于不安全。 管道变形不再是简单的直线而是采用弹 (2)Kennedy模型; 周围土体的侧向作用力;(3) 管材应力考虑了剪力连续的边界条件,管材应力性地基梁的变形曲线模拟,将断层附近 (3)王汝梁模型; 应变曲线采用Ramberg-Osgood模型。 应变曲线采用Ramberg-Osgood模型, 管子的变形假定为梁的挠曲线,并得出 (4)刘爱文模型。 但由于该方法同样忽略了管子的弯曲刚 提出一种可以把Newmark方法和 管道的最大应力及最大应变不一定在与 度,其计算结果多数情况下偏于保守。 存在问题:不适合管道受压情况,且不能体现 Kennedy方法作为特例包容进去的新方 断层的相交处,而可能是在断层附近某 管截面的大变形情况。 个点上的结论。 法。
的地面卓越周期长,振幅较大,振动持续时间较长;
–对地基的稳定和变形的影响:软弱地基易产生不稳定 状态和不均匀沉降,甚至发生液化、滑坡、开裂等严
重现象,而坚硬地基则很少有这种危险;
–改变建(构)筑物的动力特性:软弱地基对上部结构 有增长周期、改变振型和增大阻尼的作用。
各类地段的划分
类型 有利 地段 不利 地段 地质、地形、地貌 坚硬土或开阔平坦均实的中硬土等 软弱土,液化土,条状突出的山嘴,高耸孤立的山丘, 非岩质的陡坡,河岸和边坡边缘,平面分布上成因、 岩性、状态明显不均匀的土层(如故河道、断层破 裂带、暗埋的塘浜沟谷及半填半挖地基) 地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等 及发震断裂带上可能发生地表位错的部位
• 一个6级地震释放的能量相当于一个2万吨级的原
子弹; • 地震对地面的影响程度与许多因素有关,除了震 级以外,还与震源深度、震中距等因素有关。
3、烈度
• 地震烈度是指某一个地区、地面及房屋建筑等工
程结构遭受到一次地震影响的强烈程度。
• 一次地震对于不同的地区有多个烈度,即地震烈
度。
• 震级与烈度不能混淆。
• 烈度X,质量好的木造房屋倒塌,多数砖石结构和 架桥结构连同基础一起遭到破坏,地面开裂,钢轨 弯曲,斜坡与堤防滑移; • 烈度XI,砖石结构几乎全部倒塌,桥梁破坏。地面 全面出现裂缝,地下埋设管道不能使用,软弱地基 发生滑移,钢轨显著弯曲。
• 烈度XII,全部遭到震灾,地面波动传播可知,地形 变动,物体被抛起来。
a
膨胀
S波
b
波长
两倍波幅
面波——乐甫波(L波)和瑞利波(R波) • 当体波从基岩传播到上层土时,经分层地质界面 的多次反射和折射,在地表面形成的一种次生波。
地震时,压缩波最先到达,然后是剪切波,再后是面波。
2、震级
• 指在一次地震中地壳所释放出来的能量。释放的
能量越多,震级越大;
• 地震的震级一般采用里氏(里克特Richter)震级;
Kv Ka KH DL Kv
管线变形后形状
2.1 考虑管沟敷设参数的土弹簧刚度计算方法
•管轴方向—ASCE指南 •水平和垂直方向—实际管沟截面内的平面应变有限元分析
60000 40000 20000 0 -0.0010 -0.0005
力(N)
60000 40000
位移 (m)
力 (N)
20000 位移 (m) 0 -0.0010 0.0000 -20000 -40000 0.0010 0.0020 0.0030
• 砂土的粒度组成
–均匀的级配易于产生液化,就细砂和粗砂而言,细砂 的渗透性比粗砂低,细砂比粗砂更易液化。
• 砂土的密度
–疏松的砂,孔隙大,易于液化,密实的砂则抗液化。
• 砂层的有效覆盖压力
–覆盖土层越厚,就相当密闭容器的耐压强度越高,从 而减轻了砂土液化对工程结构的影响。
• 地震的烈度和持续的时间
Y X Z Ka KH
R e v e r se
S tr ik e-slip P o ssib le V e rtic a l C om ponent
N orm al
P o ssib le S trik e-slip C om ponent
P o ssib le S trik e-slip C om ponent
• 全世界平均每年发生5级以上的地震130次。
地震使管道破坏并产生严重的次生灾害
• 地震对管道的影响:
–断层
–土壤液化
–地面波动
• 管道抗震的设计规定:设防地震动峰加速度为
0.1~0.15g以上(地震烈度为七度)。
5-1 工程抗震常识
1、地震波 • 地震时,地下积蓄的变形能量以波的形式释放, 从震源向四周传播。 • 地震波主要分为体波和面波。 • 体波主要有两种成分:
–砂土能否液化,由地震所引起的土体内最大剪应力的 情况和持续作用的时间来决定
5-4 跨越断层管道的抗震设计
• 断层是两部分地壳板块之间挤压而导致断裂面, 并沿该断裂面发生相对运动; • 断层类型有三种:
–走滑断层——主要运动发生在水平面; –正断层——正断层使管道承受拉伸变形; –逆断层——逆断层使管道承受压缩变形。