场地液化下埋地管道力学响应的有限元分析

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城市地下生命线工程在供热、给水、输油等方面得到广泛的应用,是城市基础设施的重要组成部分。在强烈地震袭击下,地下管网系统的地震破坏和由此产生的灾害越来越严重,将会对城市人员生命财产安全构成严重的威胁,成为城市建设的重大安全隐患。因此,地下管道的破坏研究对城市建设在防灾减灾领域有重大的应用价值。基于ADINA有限元分析软件,建立了液化场地条件下埋地直管的管土接触-土弹簧分析模型。通过分析埋地管道的上浮位移及轴向应力,得到:管径、液化区范围、液化土密度、地震加速度幅值越大,埋深、壁厚越小,管道的上浮位移越大,破坏越严重。建立了液化场地下埋地弯管力学性能分析模型。发现当液化场地区域存在弯曲管道部分时,弯头会成为整个管网系统中最为薄弱的环节,而且存在一个最佳位置使得弯头有效应力最小,弯头壁厚、曲率半径越大越不容易发生破坏。建立了液化场地下埋地管道的流固耦合分析模型,基于多个模型对比分析发现流-固耦合作用对管道破坏的研究不容忽视,但空管状态是液化场地下埋地管道的最危险状态。分析了管道最大上浮位移和应力随着流体速度和流体密度的变化,发现流体速度越大,密度越小,管道上浮反应现象越严重。基于上述研究的结果与相应结论,提出合理的工程建议。成果可为液化场地下埋地管道的设计、施工和防护提供理论依据。
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