埋地管道的抗震设计探讨.docx

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埋地管道的抗震设计探讨

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铭　谨迫?

物　　

塌　

埋地管道的抗震设计探讨　

成市气坷计　　煤规设院

随着我国经济建设的飞速发展，燃气　作为经济、方便、卫生、快速的能源结构　进入我国人民的千家万户，因此，燃气管　道的建设也势在必行　而从气源点至市区　以及市区内的燃气棺配管道遭受地震时　将怎样受到地震破坏？

本文拟对诙问题进　行讨论　从而对成都市埋地管道的抗震设　

计提出几点意见。

一

尸７　．　

力，在此应力作用下管道就可能遭受城埒，：

管道破坏主要是由于地基土的变形所造戚　

的，因为管道的刚度与地基土的刚鹾相比　是很小的　它在地震时跟随地基±一起至　

形，地基土变形愈大的地方，管道游坏三　

愈严重。

由于以上原匿　遥嚣我们儡定管道承　受与地基土同样的纵匈和横?

　句篷形　

、

地震对埋地管道的危害　

若地震时地面运动是杂弦形ｌ’面弹　　ＦＩ

性波，即：

ｘ　￡　

埋地管道的地震破坏一殷有两种：

一　种是由于地震的土壤结构严重磷坏，失去　．整体性及连续性，如山崩、地裂、断层错　动、岸坡滑动和砂土液化等ｊ另一种是由　于地震波在土壤中传播，Ｓ起土壤变形　Ｉ夹裹管道产生过大变形而损坏，这时土壤　并未失去整体性和连续性。

对于前者应在　规划、工程选线时考虑，尽可能避开这些　场地　否则应从管道结构上给予必要的抗　

Ｙ＝Ｙ。

ｏ２Ⅱｃｓ　ｕ一　

）一?

…，　Ｔ　

其中

ｙ：

地面趋萄曲值蒋振褫，　　ｘ：

水平距谣：

＾：

地震捩的玻长；　

Ｔ：

地面运动的匿寄周期．　

而　＝Ｖ　　Ｔ

其中Ｖ：

地震波＜波为Ｐ，潢波为ｓ、纵　的传播速度。

震措旃。

对于后者　臣涉及面广　是我宙　了专门研究的课题。

在历次大地震中，埋地管道经常遗到　

将（式对对问ｔ二次檄分后得：

Ｏ　

．．　

２丁￡　。

。

！

ｘ　ｔ　

￡　

ｘ　

ｉ　　ｉ

不同程度的破坏，美国、日本以及鼗国均　有由于地震而导致埋地管道发生破坏的记　载，因此　对于埋地管道的震害问题必须　

予以重视并加以研究。

Ｙ＝一Ｙ

（一）ｃＳ　。

一　　　Ｏ２

：

一一…　

ｋｃｇ　Ｏ

２　

（下卜…　　－＾一｝

＾　

＝、埋地管道的抗震计算　实际材料表明　当发生强烈地震时　若管道轴线方向恰好和地震波的扩展方向　重合　管道上便会出现一个特别强烈的应　

式中ｋ：

一ｙ＝）ｇ。

（＿　式中Ｋ：

以重力加速度ｇ为单　的ｊ矗　；　÷　太加速度，又稼地震分数。

镞据国外赛　贸料　一殷在管道埋深　

超过地面融　ｊ米范围内，地震加速度　　ｅ

加速度值。

从式（、式（可知，纵向和横向的　Ｉ）２坤

应变为：

ｔ　一

仿的变化不显著　因此可以近似鬻剐地面　

ｅ　＝　一　

｝，　

……

［）３　

ａｙ　　

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Ｘ　

ｔ　

横向；　

一丽。

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一ｒ　

另外，从式（）Ｉ中知道　地基士的运两　建度为：

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……

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从式（　式（中得知；３）４）　

一　

Ｐ　

Ｙ　ｓ

按照上述假定，地震对管道的作用就　是将上述应变加到管道上去，从而使管道　

内产生附加的地震应力　

ｋＴｑ　２　Ｘ　

一

轴匝　．　Ｅ向力￡　

ｋＴｇ　

一

Ｅ７　¨ｓ　　

２　Ｘ　…”　

剪切应力：

Ｔ＝ｅ。

Ｇ＝——Ｇｓｎ—　ｌ　式中Ｅ：

管村的弹性模量；　Ｇ：

管村的剪切模量。

一一）ｔ　

用式（即可初步计算管道所受的最大　６Ｊ轴向瘦力和最大剪切应力。

　式中和Ｖ为地基土的纵波和横渡的　　ｓ传播速度，各类地基土的固有周期Ｔ和纵　波速度Ｖ离散性很大，如表１示。

横渡　ｐ所

从式（可以求得如下的最大应力：

５）　

最大轴向应力：

ｍ：

　“　

默剪切　…＝　

Ｅ　

Ｇ…　

速度Ｖ大约等于ＩＹ。

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表１、各类地基土的固有周期和纵渡速度　

地基士娄别　固有周期Ｔ、秒　纵被速度Ｖ米／秒　ｐ

Ｉ　＜０２．　＞２０　００

儿　

－　

０】～０５．５．　

５帅

～２０　０　０

Ⅲ　

＞０３　．　５

＜５０　　ｎ

我国的七、八、九度地震分数如表２　

地震烈度　７　８　９　

成都市地震烈度为七度。

由上述数据可计算出各类＿道可能受　管到的最大地震应力，表３出了七度地震　列情况的管道地震应力。

地震分数Ｋ０１　．　

０２０４．　．　

表３、七度地震时管遵受到的最大地震应力（　ｃ　　ｋｍ）

蕾村　慵饿售　ＩＪ　＇膏Ｉ齄　土蕾　＇睢

弹性懂量ｋ＃ａｇ￣　

Ｅ　

Ｇ　

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＞１．．＞口　　２　

臂进陇执褂鹿ｋ／ｎ‘｜～１０ｇｒ　Ｉ１０　

各类基地土的纵波和横波谜度，艟基　

地土的台水量　颗粒大小、密度等因素有　很大的商散性。

度不足，但实质上却取决于材料曲极限应　

变，表４列出各种管树楹限应变妁效量级。

表４、各类管材的极限应变（０）Ｘｌ　　管　材　钢管　塑料管　铸铁管　

以上的分析和实践都指出。

地震爨度、　

地基土类别、管材、连接形式等都是影Ｉ　自

管道破坏的因素　表现形式有管道拔出　裂缝、破裂、压缩变形等等。

　灾害试验表呀，在软弱地基土或严重　不均匀的地基土管道破坏比较严重，反之　

则较轻ｊ同一烈度的两地，由于地基土的　差异和地质樗造不同可使破坏程度相差ｌ　０倍之多，因此说呀地基土的好坏对管道破　

极限应变　８—２　ｌ＾】　０１４ｔ０．　

根据计算，ｍ类地基土七度至丸度地　

震的应变一殷远小于１×】　的敦量级，０　

因此锕管和塑料彗在九度地震时一般不会　被拉断。

但钢管容易镑蚀，使用年久易坏　

破坏多在焊缝处或弯头处。

因此，做好钢　

坏的影响比烈度的影响大得多　不同的管材由于极限应变不同，抗御　

地震的能力就有很大的不周。

前面说过，　

管的防腐工作是地震区抗震的重要措旖。

　而从抗震角度来看，塑料管的发展是太有　

前途的。

　从管道破坏的情况看来，接口的形式　对管道的震害有显著髟响，一般来说柔性　

Ｉ１　

管道的破坏主要是管道无法抗御土壤传来　

的振动应交，因此材料破坏虽然表现为强　

接口对尉性接口的抗震性能船。

　综土所述：

Ⅱ类地基土的埋地管道从　Ｉ

七度便要考虑抗震设跨；１类地基土且地　Ｉ

其中塔子山易出现失稳滑坡。

成都市土质　

以亚粘土为主　由于亚粘土具有胀缩性　

易出现不同程疫的地裂缝。

质构造良的情况下，埋地管道可从九度　好开始抗震设防；Ｉ类地基土即使在九度情　况下也可不必抗震设跨。

　成都地区目前所用的输气、输配管道　多为无缝钢管　钢管的抗震性能很好，但　要作好管道防窟处理　其薄弱环节在于焊　缝处，只要加强与其它设备连接处的防震　

为了成都市在遭受地震时，城市燃气　

系统能够不受损失或少受损失　在对现有　

设旅进行抗震加目的同时，对新设计的埋　地管道中要注意以下几个问题：

　１、设计中首先要注意埋地管道的防　腐。

防庸处理得好，管道可较长地具有抗　御地震前能力　２、根据塑料管的极限应变（４），表　建议埋地管道多采用塑料管。

　３、据管道管径越小，地震载荷越　根大的规律　建议燃气系统主要干、支管管　径宜大于或等于ＤＩＩ庭院管管径直大于　ＮＯ；Ｉ或等于蜊５。

０　４、为了适应地震时新发生的非综性　地基变动，管道每黼适当的问距　宜设可　伸缩的接头。

当地基发生变化时，重要管　道的三遁、四通附近，竖管或机植连接部　

措旖　豫震破坏的可蘸性将会太大下降。

　三，埋地管道的抗震设计　成都市是全国抗震防灾的重点设防城　

市之一，基本烈度为７，地基土类别多　度为Ｉ、Ⅲ级　故埋地管道设计时必须考虑　Ｉ抗震设防。

　威每市区位于成都蛐陷盆地东部边缀　构造带，东北面及西南面分别有彭县—大　邑一当山、蒲江—新津一成都两处路伏断　裂带。

盛都市区及其附近不存在震源，主　要是受曦邻区强震的影响，地震时可能出　

现五种蕞坏现象：

位等处，均宜设置既具有伸缩性又具有柔　

性的耐震接头。

　５、当遇到松驰的细砂地基　嘘具有　较高地下水位的细砂地基时，为增大地基　的承载鳇力，需傲提凝土基础或打桩基础。

①地面上产生裂缝；　

②局部出现砂土液化；　

＠局部地面下沉；　④小范围内出现滑坡ｊ　

６、局部滑坡一般发生在软弱地基处　

⑤和断裂带走向一致的地蕊错移裂缝。

为防止管道因滑坡而产生的损坏，宜在相　　以上五种磺坏现象加上地震时的地基　变形，糌会对埋地管道造成地震应力，在　此应力作用下　管道可能遭受破坏。

　韫据成都市地质、地震资料可知　本　市西部属一缓阶地，可麓出觋易液化区域　东部属二、三级阶地，易出现地面裂缝　

Ｉ　　２

隔适当的闽距设置可伸缩的接头。

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管道破坏主要是由于地基土的变形所造戚　

的，因为管道的刚度与地基土的刚鹾相比　是很小的　它在地震时跟随地基±一起至　

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一　种是由于地震的土壤结构严重磷坏，失去　．整体性及连续性，如山崩、地裂、断层错　动、岸坡滑动和砂土液化等ｊ另一种是由　于地震波在土壤中传播，Ｓ起土壤变形　Ｉ夹裹管道产生过大变形而损坏，这时土壤　并未失去整体性和连续性。

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管村的弹性模量；　Ｇ：

管村的剪切模量。

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用式（即可初步计算管道所受的最大　６Ｊ轴向瘦力和最大剪切应力。

　式中和Ｖ为地基土的纵波和横渡的　　ｓ传播速度，各类地基土的固有周期Ｔ和纵　波速度Ｖ离散性很大，如表１示。

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表１、各类地基土的固有周期和纵渡速度　

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我国的七、八、九度地震分数如表２　

地震烈度　７　８　９　

成都市地震烈度为七度。

由上述数据可计算出各类＿道可能受　管到的最大地震应力，表３出了七度地震　列情况的管道地震应力。

地震分数Ｋ０１　．　

０２０４．　．　

表３、七度地震时管遵受到的最大地震应力（　ｃ　　ｋｍ）

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管道破坏的因素　表现形式有管道拔出　裂缝、破裂、压缩变形等等。

　灾害试验表呀，在软弱地基土或严重　不均匀的地基土管道破坏比较严重，反之　

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极限应变　８—２　ｌ＾】　０１４ｔ０．　

根据计算，ｍ类地基土七度至丸度地　

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因此锕管和塑料彗在九度地震时一般不会　被拉断。

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破坏多在焊缝处或弯头处。

因此，做好钢　

坏的影响比烈度的影响大得多　不同的管材由于极限应变不同，抗御　

地震的能力就有很大的不周。

前面说过，　

管的防腐工作是地震区抗震的重要措旖。

　而从抗震角度来看，塑料管的发展是太有　

前途的。

　从管道破坏的情况看来，接口的形式　对管道的震害有显著髟响，一般来说柔性　

Ｉ１　

管道的破坏主要是管道无法抗御土壤传来　

的振动应交，因此材料破坏虽然表现为强　

接口对尉性接口的抗震性能船。

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Ⅱ类地基土的埋地管道从　Ｉ

七度便要考虑抗震设跨；１类地基土且地　Ｉ

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成都市土质　

以亚粘土为主　由于亚粘土具有胀缩性　

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质构造良的情况下，埋地管道可从九度　好开始抗震设防；Ｉ类地基土即使在九度情　况下也可不必抗震设跨。

　成都地区目前所用的输气、输配管道　多为无缝钢管　钢管的抗震性能很好，但　要作好管道防窟处理　其薄弱环节在于