城市供水管网抗震可靠度评估的研究论文 65页

'浙江大学硕士学位论文摘要城市供水管网系统作为维系城市基本功能的生命线工程，对人民的生产和生活有着极其重要的作用。而当地震这种极端的自然灾害发生时，城市供水管网系统往往会遭遇不同程度的破坏，严重威胁了灾区人民在灾难发生后的生存以及生产自救。本文基于城市供水管道震害的调查和破坏机理的分析，介绍了供水管道抗震可靠度评估的经验方法和理论分析方法的思路。首先，采用地震瞬态运动条件下管道的地震反应分析方法，以结构可靠度分析的一次二阶矩方法的思想，考虑了管道抗力、场地条件、管土相互作用的随机特性，给出了城市供水管道抗震可靠度评估的设计验算点法的计算过程，通过与日本水道协会(J嗍)经验方法进行对比，证明了方法的可行性，并对规范计算方法的适用性提出了建议。其次，考虑地震引起的地面永久变形对城市地下供水管道的影响，对地下管道在地震引起的滑坡、液化、断层等作用下的破坏作了介绍，对滑坡、液化情况下的供水管道抗震可靠度评估方法进行了初步的研究，并与经验评估结果进行了比较。最后本文讨论了基于地面永久变形的地下管道地震可靠性评估与基于瞬态运动的地下管道地震可靠性评估的结合，将仅考虑瞬态运动时管道安全的概率与考虑地面永久变形条件下的管道安全概率相乘得到的条件概率，作为最后管道安全的概率。并应用于工程实例，对地震区某一城市的供水管网分别进行了仅考虑瞬态运动的地震可靠度评估和考虑了地面永久变形的可靠度评估，评估结果表明，当地管道在设计基本地震加速度情况下具有较好的抗震可靠度，而在极震状况下破坏概率大大增加，并且某些管线如遭遇地面永久则破坏概率将发生变化。关键词：城市供水管道；地震：震害评估；可靠度；瞬态运动；地面永久变形Ⅱ 浙江大学硕士学位论文AbstractTheurbanwatersupplypipelinesystemisonekindoflifelineengineeringwhichmaintainthebasicfunctionofthecity,playsanextremelyimportantroleinourdailylifeandproduction．Whenthegreatdisasterearthquakehappens，theurbanwatersupplypipelinesystemwillsufferdamagesmoreorless，andthepeople’Slifewillalwaysbethreatenseriouslyinthedisasterarea．Aimingatthedamagesituationoftheurbanwatersupplypipelinenetwork,thepreliminaryassessmentmethodofthepipelinesystemwasproposedbythispaper．Firstlywesummarizedthecomplexmechanismoftheundergroundpipelines’damage，andtheprocessofcommonlyusedempiricalandtheoreticalassessmentmethod．AccordingtothecodeforseismicdesignofoutdoorwatersupplypipelineofOurcountry,andthetheoryofthefirst-ordersecond-momentmethod,presentedthedesignedcheckpointmethodofseismicdamageassessmentofurbanwatersupplypipelinesystem．ThencompareditwiththeempiricalmethodofJWWAtoproveitscorrectness,andgavesomesuggestionstothesolutionofthecodeforseismicdesignofoutdoorwatersupplypipeline．Onthisbasis,thispapertooktheinfluenceofthegroundpermanentdeformationcausedbytheearthquakeintoconsideration，introducedtheresponseoftheundergroundpipelinetotheinfluenceofthelandslide，liquefactionandfaults．Thenwegavetheseismicassessmentmethodofthepipelinedamageaccordingtothelandslideandliquefaction,usingthedesignedcheekpointmethodtoo，andmadeacomparisontotheempiricalmethod．Atlast,thispaperdiscussedthecombinationoftheundergroundpipelineseismicdamageassessmentmethodbasedontheearthquaketransientgroundmotionandbasedontheearthquakepermanentgrounddeformation，consideredthedifferencebetweenthetwopipelinedamageforms，andthoughtitisappropriatetocomputethepipelinedamageprobabilityaccordingtotheearthquaketransientgroundmotionandtheearthquakepermanentgrounddeformationalong，then峨thebiggervalueofthetwoprobabilityasthefinaldamageprobability．Thenaseismicdamageassessmentonurbanwatersupplypipelineinseismicareaiscarriedoutbythedesignedcheckpointmethodaccordingtotheearthquaketransientgroundmotionandtheearthquakepermanentgrounddeformationrespectively．m 浙江大学硕士学位论文AbstractKeywords：urbanwatersupplypipeline；earthquake；seismicdamageassessment；reliability；transientgroundmotion；permanentgrounddef．omlationIV 浙江大学硕士学位论文致谢光阴荏苒，岁月如梭，转眼又到了毕业的季节，只是今次的主角变成了自己，在浙江大学七年的求学生涯也将以这篇论文画上句点。在此首先要感谢母校给予我这美好的学习知识、体验人生的机会，无论前路如何，母校的一草一木、一墙一瓦都将永刻心问。本论文是在恩师蒋建群教授的悉心指导之下完成的，从选题到课题的研究，再到论文的成稿，无不倾注了导师无私的心血与教导。在硕士研究生的学习与科研期间，导师渊博的学术知识、严谨的科研态度、敏捷的教学思维以及诲人不倦的师德让所有的学生都深深敬佩。另外还要特别感谢导师对于本人驽钝的宽容和支持，对于学习之外的生活的关心和爱护，以及对于为人处事种种方面的谆谆教诲。值此论文完成之际，我谨向老师致以最崇高的敬意和最真挚的感谢。论文的顺利完成，同样也离不开其他各位老师的指导与帮助。在此特别感谢胡云迸老师提供了课题来源与许多相关的资料，才有了这篇论文的产生，感谢刘国华老师、程伟平老师、万五一老师、王振宇老师、李富强老师、申永刚老师的热心帮助与指导。在研究生的学习和论文的写作过程中，也少不了同学们和师兄弟们的帮助。在此感谢同门杨超、姚霄雯、程种、付浩然、章永乐、杨斌、曹建国、赵丹丹对于论文的建议与帮助，感谢负责其他子课题的钟振、陈国龙、白皓等同学提供的想法与借鉴，感谢实验室章子华、鲍鑫、卢雅倩、李远明、陈文龙、李光辉等等同学以及宿舍室友廖锡健、钟杰、杨文参的关心与支持。另外在这里特别感谢我的父母，正是他们给予我生命，辛劳育我成人，让我得以在此学习、生活，走这一段生命中特殊的旅程。水体污染控制与治理科技重大专项经费资助(2009ZX07424--004)。陆益挺2012年2月29日于紫金港 浙江大学硕士学位论文I绪论1绪论1．1城市供水管道震害及特点地震是一种突发性的自然灾害，但却常常具有非凡的破坏性，会极大地危及人们的生命和财产安全。虽然当今社会科学技术不断发展，人类对于自然环境的认识越来越透彻，但是对于地震这样的巨大灾难还是缺乏对抗的能力，尤其是在人口密集、经济、政治、工业、科技等发达的地区，地震造成的损失常常是不可估量的【l】。地震对土木工程的严重破坏从而导致危害人民生命财产的安全是其灾害性的一个重要表现【2】。对于独立的建筑结构的地震作用响应以及抗震设防设计方法在无数学者历经多年的努力下，已经有了较为完善的理论体系和设计标准。但是对于以网络系统形式存在并由一批工程结构组成的，在空间上覆盖很大的区域范围的，对现代社会人类的生活患患相关的生命线工程，则在地震响应和抗震设计方面还研究得不够。特别是我国在这方面还处于起步阶段。表1．1我国历次7级以上地震发生时间发生地点里氏震级1950年8月15日西藏墨脱8．5级1966年3月8日河北邢台7．2级1969年7月18日渤海湾7．4级1970年1月15日云南玉溪7．7级1973年2月6日四川炉霍7．6级1974年5月11日云南大关7．1级1975年2月4日辽宁海城7．3级1976年5月29日云南龙陵7．4级1976年7月28日河北唐山7．8级1976年8月16日四川松潘．平武7．2级1988年11月16日云南澜沦7．6级1996年2月3日云南丽江7．0级2001年11月14日青海昆仑山8．1级2008年3月21日新疆于田7．3级2008年5月12日四川汶川8．0级2010年4月14日青海玉树7．1级我国处于环太平洋地震带和欧亚地震带之间，地震区域广、强度大、发震频率高，是世界上遭受地震灾害最为严重的国家之一，在生命线工程方面的破坏更是由来已久。据中国地震局的统计结果f31，我国发生的大陆地震占全球大陆地震总数的三分之一。据2010年 浙江大学硕士学位论文l绪论颁布的((GB50011-2010建筑抗震设计规范》141显示，我国大约有41％国土、一半以上城市位于地震基本烈度7度或以上地区。表1．1列出了新中国成立以来我国历次发生的7级以上地震【5】。生命线工程系统指的是电力系统、交通系统、通信系统，城市供水、供热、供燃气系统等等在现代社会中与人们的生活患患相关的工程系统，它们是城市居民日常生产和生活的基础，因此被形象地称为生命线工程【6】。供水管网系统便是一种典型的城市生命线工程系统，与人们的生活息息相关。城市生命线系统工程在震害方面一般具有以下几点特征[71：1)覆盖范围广，城市生命线工程往往在空间上覆盖非常大的一个区域，而且有些分布在地面以下，震后排查和修复都比较困难，地震破坏的恢复需要较长的时间，对受灾地区的人民日常生活影响很大；2)城市生命线工程一般牵涉到城市运行的每一个部门和生活的每一户家庭，管理难度非常大；3)地震对于生命线工程的破坏造成的损失不仅仅是局限于结构本身，同时会引起严重的次生灾害。比如供气系统泄露将会引起火灾和中毒，而供水系统瘫痪将对灾区人民的生活、伤员救助、消防灭火、卫生条件等等造成重大影响；4)生命线工程的工作有很强的网络性的特点，局部的破坏就可能会影响到整个生命线系统工程的功能。并且一般的生命线工程都是经过多年不断扩建而形成，因而不同部分的结构设施的抗震性能存在差异较大，不能维持同等的抗震性能；5)不同类型的生命线系统之间也可能会相互影响，具有耦联性。比如电力网络系统的破坏就会严重影响供水系统和通信系统等，而道路交通系统的瘫痪亦会严重影响其它生命线系统的修复工作。可以说在各类自然灾害中，强烈的地震对于生命线工程具有最大的威胁。这种威胁不仅体现在各类结构会在强烈的地震灾害中遭受严重的破坏，更体现在生命线工程系统的功能在强烈地震后受到的极大损害甚至彻底丧失。在某些情况下，或许仅有部分结构发生轻度或者中等程度的破坏，整个生命线工程系统的功能也会受到很大幅度的削弱【6J。在近代历史震例中，关于这方面的事例比比皆是，也有许多学者、许多文献对这些灾害作了详细的介绍‘酊。下面的一些例子仅是近20年来国外发生的部分典型震例【6】：·1985年墨西哥地震(里氏7．8级)1985年9月19日发生的墨西哥地震，造成了墨西哥市的供水管网和煤气管网大面积2 浙江大学硕士学位论文l绪论破坏。城市供水主干管线破坏达到800余处。煤气中压管线破坏达到400余处。由于煤气管道泄漏而引起的爆炸，使墨西哥市区多处发生火灾，并且由于供水管网的破坏，对于火灾的扑灭造成了严重的影响。●1989年美国LomaPrieta地震(里氏7．2级)1989年10与17日发生在美国LomaPrieta的地震致使当地电力系统遭受了显著的破坏，有230千伏和500千伏的高压变电站也破坏严重，造成了140万用户断电。同时，旧金山市的供水管网发生350处严重破坏，延缓了次生活在的扑救。还有城市供气系统漏气达到1000余处。·1994年美国Northridge地震(里氏6．8级)1994年1月17日发生的美国Northridge地震中，桥梁遭到严重破坏，导致部分交通处于瘫痪状态。地震中电力系统也遭到严重打击，230千伏和500千伏的高压变电站破坏严重，许多高压输电塔因沙土液化而损坏，llO万户用户失去供电。震后，洛杉矶市供水管网出现1400处需要修复的破坏，其中100余处是位于主干管道上。另外还有高达15万处的供气管道漏气，供气系统的破坏也引起了多起次生火灾。·1995年日本阪神大地震(里氏7．2级)1995年1月17日发生在日本的阪神大地震，是在人口密集的现代城市发生的直下型地震，同时也是对于生命线系统工程破坏调查最为详尽的一次。阪神大地震造成了5438人死亡，直接的经济损失达到1000亿美元。在地震中，城市交通系统遭到了大面积的破坏，阪神高速公路神户线共有桥墩1192个，其中的611个在此次地震中遭到了破坏，破坏率达到了52％，这其中又有大约150个不可修复，重建率达到13％。地下铁路也出现了大量破坏，如神户地铁的大开车站的立柱遭剪切破坏使隧道洞顶坍塌，同时使地面出现120米长的陷落，最大沉陷达3米。电力系统同样破坏严重，地震后又100万户用户断电，修复工作持续了6天，其中变电站损毁48处，配电线路损坏446个回路，火力发电厂也有10处破坏。主干供水管网发生了1610处破坏，使得震区九个城市的136万户全供水家庭中的110万户断水，断水率达到80％，并且修复工作持续了两个半月，对人民生活造成了极大的不便，也严重阻碍了救火。另外还有供气系统和通信系统的破坏，主干供气系统破坏了5190处，85．7万用户被中断供气，3170条专用通信线路被破坏，当地19．7％的通信线路中断。由于本身的特殊性，地震对系统的破坏从而导致危害人民生命财产安全的特点在供水管网系统工程上显得尤为突出【2·61，表1．2统计了近代对供水管网系统造成重大破坏的一些3 浙江大学硕士学位论文l绪论震例【7，钆1¨。如2008年汶川大地震造成灾区供水设施大面积发生毁损，四川全省181个市县区，受地震影响的有126个市县区，受损水厂156个，受损供水管道累计已达47642．5km，给灾区人民的日常生活与救灾工作造成巨大的不便【2】。这些灾难的发生以及灾后的重建工作都再一次证明了供水系统在地震灾害中的脆弱性和重要性。我国大多数的城市人口密度大，基础设施却比较老旧，目前供水管道都面临着管材老化等问题，并且其中灰口铸铁管占了很大的比重，这种管材抗震性能较差【l21。另外我国在建设城市地下供水管网时，大多数的管网系统都未曾经过正规的抗震设计，而很多这样的管网都布设在地震烈度较高的地区，有遭受中强地震的风险【13】。因此对于生命线地震工程的研究，对于城市供水管网系统的研究有着极为重要的意义。研究供水管网的震害，对城市供水管网系统的震害做出正确的评估，对震前预防管网破坏和震后修复供水管网，从而减轻整个城市在地震中的人员及财产损失，是非常有意义的一件事。4 浙江大学硕士学位论文l绪论表1．2供水管网震害[121地震名称发生地点发生时间里氏震级震害该地区三条主要供水管道遭受破坏，城市配水管网上千处破裂。消防水的断绝旧金山地震美国1906年4月18日8．3级使得该地区50余处的起火无法抢救，大火延烧了三天三夜，市区14平方公里区域被烧毁，火灾造成的损失比地震直接造成的损失高达三倍致横滨地区因5条大口径供水管道折断，涌出的水形成水灾，冲毁了桥台和民关东地震日本1923年9月23日7．9级房。东京市供水系统因供水管道震坏而瘫痪，大火将45万栋房屋烧毁，地震中13万人丧生，其中10万人葬身火海营口市150多公里长管道发生接口松动、损坏以及管体折断等震害372处。平均海城地震中国1975年2月4日7．9级震害率达到为2．35处／公里唐山市供水管道全部瘫痪，经过一个多月的抢修才基本恢复正常。而周边天津唐山地震中国1976年7月28日7．6级塘沾区供水干管损坏也达雯J332处。抢肚半月仅恢复震前50％的供水能力在旧金山奥克兰的液化区，供水管网发生1200处破坏和渗漏，供水遭受严重影洛马普雷塔地震美国1989年10月17日7．1级响圣费尔南多峡谷北部三条主要供水管道破坏。主干管道74处破坏。支管网破坏北岭地震美国1994年1月17日6．6级严重，大约1200处渗漏，从而导致该区域几个星期停水，严重影响人们的生活与工作神户地区共4000多处供水管道受损，供水中断。临时只能依靠汽车运水。消防阪神地震日本1995年1月17日7．2级水的断绝使得灾区459处起火无法扑救，燃烧面积达到103万平方米，大约73％的居民震后三天无安全的饮用水，经过两个月的抢修才基本恢复正常集集地震中国台湾1999年9月21日7．4级供水系统的储水池和地下管线均遭到严重破坏三三一地震中国台湾2002年3月31日7．5级台北县四处供水管道破裂，影响$J]25万户的用水绵阳市城市供水主干管、配水管网受到重大破坏，城区一度大面积停水，产销汶川地震中国2008年5月12日8．0级差从震前的12％上升到震后的33％。而震中地区，供水管网则是全部瘫痪5 浙江大学硕士学位论文l绪论1．2我国城镇供水管网抗震设计现状我国国土幅员辽阔，城镇所处地理十分复杂，地震分布广泛。作为城镇基础设施的供水系统遍及城市整体，甚至郊外更大地域。文献调研表明，1976年唐山大地震，供水系统的破坏是毁灭性的，就相邻的天津市区县，供水系统也遭受了严重的破坏；2008年的汶川大地震，重灾区大量市政公用设施严重破坏。经调查，地震对城镇给水排水结构造成不同程度的损坏，震损最为严重的是给水排水管网。都江堰市因为城区管网和室内建筑损坏严重，部分城区供水压力基本为零。江油城区主供水管道损坏240千米，城市供水管道既使城市不能正常供水，又给抗震救灾带来极大困难。关于城镇供水管网抗震设计，目前只有国家标准《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计》(GB50032．2003)中，有较少条文内容。在实际执行中主要有以下几方面的不足：1)规范缺乏具体实施技术；2)设计抗震烈度与实际地震灾害情况比较，尚欠正确，依据不够充分；3)供水管网设计、施工和运行管理中缺乏抵御地震灾害的规范和具体要求；4)本专业缺乏对抵御地震灾害技术和规范的充分重视和认识。1999年2月1日起实行的《城市给水工程规划规范》(GB50282．98)、2006年6月1日期实施的《室外给水设计规范》(GB50013．2006)，均无防震、抗震专门条文的规定。1．3国内外研究现状从1906年美国发生旧金山大地震以来，这方面的地震灾害问题开始受到关注，当时虽然没有明确提出生命线工程抗震这一概念，但是在地震灾害的调查报告中已经有对地下供水管网等设施破坏情况的介绍。到1971年的美国SanFemando地震以后，生命线工程的抗震研究工作开始被提出。在这次地震中，由于地下管道、城市桥梁等设施的大量破坏并导致了严重的次生灾害，使得美国地震工作者认识到了生命线设施抗震性能的重要性，加州大学洛杉矶分校的C．M．DUKE教授将电力系统、通讯系统、交通系统、供水系统、供气系统的抗震研究作为一个新的领域，提出了生命线地震工程这一新的名词【141。1．3．1管道研究1960年以后，美国一部分学者开始研究地下管道、隧道的抗震设计方法。1967年，N．M．Ncwmarktl5】提出了计算地震引起的管道轴向应变的方法，被称为Newmark方法，他假定波传播方向中两点地震动的参数仅因时间滞后而不同，忽略惯性力的影响，并且假定管线与土一起运动，从此开创了地下管线的抗震研究。在此之后，有很多学者都6 浙江大学硕士学位论文l绪论以此为基础开始了研究。20世纪70年代，日本有学者提出了反应位移法【1o，141，它的基本原理是用弹性地基梁模拟地下线状结构物，并把地震时地基的位移当作己知边界条件作用在弹性地基上以求解在梁上所产生的应力和变形，从而来计算管线的地震反应，该模型一般将管线简化为弹性地基梁，地震波简化为简谐波。1979年，L．R．Wang[16】基于对实际震害的分析和试验研究，舍弃了惯性力和阻尼力影响，使用拟静态分析方法对管线的轴向反应进行了研究，发现了地震波输入相位差和场地不均是影响地下管线反应的两个重要因素，这一理论结果页与实际震害调查一致。1979年，A．Hindytl71提出了结合平面动应变与静态Mindlin解的方法来计算土与管线之间的动力相互作用，首次弓}入了土一管动力相互作用的概念，并对地震波的入射角、波速、埋深、管径、接头等因素进行了系统研究，得出了一些有益的结论：管线的轴向应力远大于弯曲应力；土与管线动力相互作用可以降低管线应力，尤其是轴向的应力；柔性接头可大大降低管线应力，尤其是在软土中，但该理论只适用于深埋的管线。1984年，S．K．Datta[161采用了圆柱壳模型对埋设在半无限空间和无限空间中的管道进行了分析，并发现铺设管道时的回填土对管道应力有重大影响，入射波的波长和土介质的刚度对管道也有很大影响。1999年，F．C．Owenstl81采用了集中质量模型，使用时程分析的方法，得到了不同边界条件下管道的各种不同应力，分析的结果明确显示了管道接头具有较大位移。可以看出美国和日本等国家在这一领域的研究已经有了很长时间的发展，而我国对地下管道的研究起步较晚，于上世纪70年代海城、唐山地震以后才逐渐开始生命线工程的抗震研究。1975年，叶耀先，魏琏【191通过试验分析探讨了管土间共同变形问题，提出了管线地震的应力计算模型。1987年，熊占路㈣利用离散的梁模型对地下管线进行了地震反应分析，分析结果表明，地震波频率的含量对管线应力影响很大。1987年，王海波，林皋f2u采用了边界单元法来求解了半无限弹性介质中土与管线之间的动力相互作用，得到了管线在地震波作用下的反应，研究的结果表明相互作用的强弱取决于波的不同频谱成分，并且说明管道埋设越浅，相互作用越明显。1993年，赵成刚等人犯21考虑了地震发生的随机性和地震烈度划分的模糊性以及地下管7 浙江大学硕士学位论文l绪论道的三种破坏状态和相应的模糊变形，建立了地下管道在地震波作用下的模糊随机可靠性计算方法。1994年，梁建文，何玉敖‘23，24】求解了在半无限空间中通过不均匀介质的管线的反应，发现在不均匀介质中管线应力可达到均匀介质中管线应力的两倍以上，而当波从硬土传播到软土时，管道应力达到最大，这与地震灾害调查结果完全一致，从而解释了一个重要的震害现象。1995年，黄忠邦口习利用一维有限元法，将地震波假定为简谐波，对地下管线在均匀和不均匀的土介质中的地震反应进行了分析研究。研究结果表明，在地震波作用下，不均匀的土介质中地下管线的轴向应交比均匀的介质中的管线的轴向应变增大了50％左右。1996年，梁建文、孙绍平【矧指出管道埋设场地的状况对管道的地震特性有重要的影响，甚至比烈度更加重要。地震波对于埋设在均匀土介质中的管道不易破坏，而不规则场地的过渡区、液化区和非液化区的交界面管道极其容易遭受地震破坏。1997年，高惠瑛口刀利用了三次曲线来模拟震陷区管道的几何大变形，推导出震陷区管道在大变形条件下的受力平衡方程和内力递推公式，从而计算出沉陷区管道各点的位移和截面内力。从以上的国内外文献可知，目前研究地下管道在地震作用下的反应的方法有很多，包括弹性地基梁、有限单元法、无限元法、薄壳理论等等，在一般情况下地震中管道的轴向应力要远大于弯曲应力的影响，并且不同的妆底条件对管道受力情况的影响很大。1．3．2管网系统研究20世纪80年代末，M．Shinozuka等人在对美国孟菲斯市的供水管网系统进行抗震分析研究时，采用了结合专家意见和历史震害资料而得到的震害率简化计算公式12Sl：A=GqlOOoS‘脚曲’(1．1)式中：G、q为管径和场地的影响系数，MMI为麦氏烈度。同时，M．Shinozukac291还把MonteCarlo模拟技术引入到了生命线工程网络的地震可靠性分析中，对每一次模拟的破坏状态，由SSP网络来考察网络的连通性，并进行了破坏状态下的流量分析。进入90年代以后，他们将当时计算机技术的新成果GIS系统应用到生命线地震工程的研究领域中，利用它来采集、处理和分析生命线系统的大量信息数据，并以孟菲斯市的供水管网系统为例子做了大量的研究工作，进一步完善了生命线系统的震害预测及损失分析方法。8 浙江大学硕士学位论文l绪论1988年，焦国梁基于图论理论，在管网连通可靠性分析中提出了孤立连通域算法，当管网受到不同程度的破坏后，在水量重新分布时增加漏水影响因素，分析了分节式管道和连续式管道的大型网络，然后编制快速判定多源、多汇、多态管网的功能水压，流量可靠度程序。1990年，刘锡荟【30】等以概率统计和模糊数学为基础，依据室外供水管道规范为主要参考建立知识规则的管网震害预测模型，然后用MonteCarlo模拟和不确性推理进行了管网的可靠性分析。1993年，赵成flIJt31l在考虑了地震发生的随机性，地震烈度区划的模糊性和地下管道的破坏状态以及相应的模糊变形，建立了地下管道在地震波作用下的模糊随机可靠性计算方法。1997年，李小军，胡聿贤等人利用虚设漏水节点来模拟地震时管道的漏水效应。并引入了MonkCarb法分析管网系统的节点水压以及供水可靠性。1999年，廖旭等人【3刁在广泛收集了供水管网资料的基础上，采用了GIS技术建立大连开发区供水管网基础据数库，实现了管网基础资料的动态化、可视化。在这个基础上，运用MonkCarlo技术，对大连开发区的供水管网进行了系统的抗震可靠性分析，为开发区的防震减灾对策的实用性与可操作性提供了依据。2000年，冯启民，高惠瑛口31在现有GIS技术的基础上，开发了供水管网地震反应信息系统，并且以天津市开发区的供水系统为例，验证了该系统的实用性和可靠性。2004年，牛燕利等【10】考虑到管网震害预测方法中用到的许多参数是随时间而变化的，于是应用灰色理论和概率论，建立了基于GIS系统的供水管网动态震害预测模型。2004年，郭恩栋等IN]提供了地下管道震害快速预测方法，给出了城市供水管网和城市供气管网的地震影响范围判定分析方法和关键环节判定方法，完成了基于ArcViewGIS的多功能地下管网抗震分析系统的建立。2004年，李杰等p51借鉴了结构可靠度的分析方法，给出了供水管网抗震的功能可靠度分析一次二阶矩方法。2005年，李杰，卫书麟【36】将经验渗漏模型与供水系统水力分析方法相结合并引入一般结构分析中的一次二阶矩方法，提出了一类求解供水网络节点及系统功能可靠度的方法。2007年，王素珍，卢燕【3刀以ESRIArcGIS9为开发平台，将空间数据分析与管理用的地理信息系统技术以及供水管网抗震能力评价的确定性应变分析方法集成，构建了通用性9 浙江犬学硕士学位论文l绪论较强的城市供水管网抗震能力评价系统(UWSPSPES)。2008年，卫书麟等【38】采用模拟退火算法作为系统抗震优化设计的主要工具，建立了一种以单元灵敏度分析为基础，进行基于网络功能可靠性分析的城市管网抗震优化设计方法。综合上述文献可以看到，供水管网作为一个整体并对其进行震害评估越来越受到人们的关注。但是由于城市供水管网是一个庞大的复杂网络系统，而地震过程中供水管道的破坏影响因素有非常繁杂，并且不断有新型的管材和技术出现在供水管网系统中，原有的分析研究方法都有一定的局限性，需要进一步的探讨与研究。1．4本文主要内容从前面的叙述可以看到，我国的城市供水管道的抗震设计还存在许多缺陷，实际上在实施的力度上也有很大的欠缺，这并不仅是人们对于地震影响下的地下供水管道响应缺乏研究的结果，同时也是由于地下埋管在地震作用下的震害特征的复杂性。针对这一事实，本文认为应该将研究重点转移到城市地下供水管道抗震可靠度的研究上来。因为地下供水管道在地震作用下的响应、破坏模式等等都具有极大的差异性和随机性，所以很难在灾害发生前就给出其震时的反应，而以地下供水管道在不同地震条件下的可靠度作为管网设计、日常维护、灾时应急等的依据和参考却能在很大的程度上解决这个问题。在现有的或正在设计的城市供水管网条件下，通过分析得到我们想要的管线的抗震可靠度，以此为依据对可靠度不能达到要求的管道进行维护加固、置换或重新设计。是提高城市供水管道的抗震性能的一种有效方法。根据分析得到的城市地下管道的抗震可靠度以后，还可以进行网络系统连通性和系统功能性的可靠度分析，从而将城市供水管道设计和维护的重点转移到整体的性能上来，这也是现在以及未来的各种建筑结构物的设计标准的趋势。在这样的设想下，本文主要作了以下工作：1)对现有的地下供水管道的地震反应分析方法作了简要的叙述，并对其地震破坏的复杂性和随机性加以分析，在此基础上说明进行城市供水管道抗震可靠度评估的必要性和可行性。2)对城市地下供水管道的抗震可靠度评估方法进行分类，将其分为由历史震害统计资料得到的经验评估方法和根据一定的计算模型得到的理论分析评估方法，对经验评估方法作了简要介绍，并将重点放在理论分析评估上。3)对基于地震瞬态运动的城市供水管道地震可靠度评估作了详细介绍，选取现行抗震设计规范的计算模型，以一次二阶矩的思想进行了可靠度的评估。在评估过程中，对所选10 浙江大学硕士学位论文l绪论参数的敏感性进行了分析，并将本文的评估结果与经验评估的方法进行了对比，说明了评估方法的适用性。同时也在另一面说明了现行规范中选用的理论计算模型的使用范围，对其提出了建议。4)对基于地震引起的地面永久变形的供水管道地震可靠度评估作了详细介绍。对地下管道在地震引起的滑坡、液化等地面土体侧向运动和断层作用下的响应作了介绍，并选取对管道破坏较为常见的滑坡、液化等地面土体侧向运动对管道的影响为研究对象，对供水管道进行可靠度评估，并与经验评估结果进行比较，说明其正确性。5)讨论了将基于瞬态运动的地下管道可靠度评估和基于地面永久变形的地下管道可靠度评估结合的方式，并应用于工程实例，对地震区某一城市的供水管网分别进行了仅考虑瞬态运动的地震可靠度评估和考虑了地面永久变形的可靠度评估。 浙江大学硕士学位论文2基于瞬态运动的管道地震可靠度评估2．1概述一般来说，网络系统抗震可靠度的衡量包括网络单元可靠度和系统可靠度。而系统可靠度的分析，一般都是在管线损坏状态估计的基础上进行的。目前对于供水管网系统可靠度的评价有了较大的进展，理论体系也较完备，但是对于基础的供水管道单元可靠度的评价，仍存有许多问题，比如未充分考虑各变量的随机特性等。由历次震害调查结果表明，在地震烈度为Ⅷ度的地区，地下供水管道都会遭到明显的破坏，管道的震害主要表现为管道破裂、接口拔脱、三通阀门破坏等。供水管道多采用埋地式，地震时受到波传播、断层错动、土壤液化等影响管体及接头破坏机理较为复杂。地震作用对管道产生破坏的原因可分为两类：一类是瞬态的强地面运动；另一类是地面的永久变形，如由断层运动、砂土液化、滑坡等引起的场地破坏。供水管道的以上震害特点决定了其震害受多种随机因素影响，故进行震害评估时采用概率模型比确定性模型更为合适，一般有经验评估和理论分析两类方法。目前较为常用的是经验评估方法。本章对供水管道地震可靠度的评价方法进行了介绍，由理论分析方法的思想给出了城市供水管道抗震可靠度评估的验算点法，并和国外常用的经验方法进行了比较，检验了方法的合理性。2．2地下管道的地震反应分析对于地下管道的抗震计算，国内外很多学者进行了研究，目前，各国采用的管道抗震计算方法有很多种，主要的有反应变位法、波动法、动力解析法和相对变形法等等。反应变位法最早是由日本人提出，目前日本的《水道设施抗震设计指针》、《煤气管道设计指针》和《共同沟设计指针》等标准也都是基于此方法。该方法人为：位于地下的给水管道，形状与一般建筑物不同，它细长，单位长度的重量和其四周地基土的重量之比极小。地下管道在地震时的变形，几乎都是由管道四周的地基土变形而决定，管道本身在地基土中的存在，对地震时地基土的变形影响很小。地震时，埋于土中的管道很难脱开四周地基土，进行独自的振动。因此，对于这种情况，用地震时地基土的变位和变形来进行其地震时的内力计算。但反应变位法计算时假设管道的埋设深度相同，模型简单，在地势平12 浙江大学硕士学位论文2基于瞬态运动的管道地震可靠度评估坦、土质较均匀的情况下计算简便。由于现实中，埋设管道的深度并不相同，特别是山地丘陵地区的地势复杂，此方法过于简单而不能反映真实情况，并且该方法适用于钢管管道的计算，对于铸铁管不适用。如果管道损坏是由表面波引起，且表层地基土质地均一时，可采用波动计算方法对地下管道进行抗震计算。此方法认为在表面波的作用下，地基土发生相对变形和倾斜，由于地基土变形，在管道与土层之间会产生相对位移，此时，在管道上会产生摩擦力，由此管内产生应力，另外由于地基土的变形会使管道接口发生伸缩或脱落、管道在接口处发生弯曲。同反应变位法一样，波动法也只适用于地震波在表层质地均一的地基土中传播时的计算。然而现实中，地基土由于挖方填方以及地基土自身条件，不可能是质地均匀的。因此，要更接近真实情况，还需要拟定一个修正系数。动力解析法通常采用多质点模型法，假定各处地基土简化成一质量块，整个管道下的地基土为一质量群体，通过数学分解法求解。而埋于地下的管状构筑物的动力分析常用的有三种方法：(1)有限元法；(2)多质点模型分析法；(3)将管状构筑物看成是连续弹性体梁，用波动理论来解释。该方法假定将各处的地基土简化成一质量块，整个管道下的地基土为宜质量群体。基岩(地基土底)、代表地基土的各质点和管道三者之间，用弹簧相连。基岩受到地震力作用后，管道仅受地震的剪切波影响，发生各种变化。计算时假定：(1)地震时埋于地基土中的管道不发生共振；(2)管道的变形取决于管道的刚度和弹簧常数；(3)地基土层的振动，由基岩上部土层中剪切波引起的剪切振动产生；(4)各处地基土的变位，以同一质点系来考虑；(5)各处抗震的柔性接口，均可自由伸缩、弯曲和旋转，且无约束力。由此可见，动力解析法模型过于理想化，且也不考虑管土相对运动，不能反映地震时的真实状态。可以看到，以上几种地下管道的抗震计算方法，前提均是一致的：(1)地震时地下管道与地面建筑物的受力状态不同；(2)管道的自振周期远小于地基土的震动周期；(3)管道受到周围地基土的阻尼影响很大，因此不需要考虑震动惯性力的作用，可以认为在地震波作用下，管道被周围埋土夹裹一起运动，无相对位移发生。我们称这种理论为“共同变形理论”。这种理论经过了长时间的发展，但是对一些具体问题的考虑，尚存着重大的问题。于是有学者提出“相对变形理论”：即认为在地震波作用下，不仅是土体波动变形夹裹着管道一并变形，而且由于管道具有一定的刚度，将抑制周围土体的变形，两者相互影响，其结果将导致管道的变形要比之未敷设管道的土体波动变形量小。由于管线刚度和土体刚13 浙江大学硕士学位论文2基于瞬态运动的管道地震可靠度评估度存在差异，这种差异使管体与周围土体间必然存在一定的相对滑动，这种相对滑动将使管体变形小于土体变形，因此采用相对变形理论对于地下管道的抗震计算较为合适。2．2．1地震波动输入的简化算法计算模型一般都是假定管道处于理想状态，并把水平剪切波作为引起管道破坏的主要原因，管道的轴向变形作为主要受力状态，接12受损作为主要破坏模式。对于管道刚性接口，假定变形由接口和管体共同承担，对柔性接口，变形主要由接口吸收，而且主要考虑接12的拉伸破坏，不考虑管道内动水压力的影响。假定管道与周围的土体同步变形，即管体的轴向应变等于周围土体沿管道轴向方向的正应变。同时，假定地震波位剪切波，在传播过程中保持波形不变，由弹性波动理论可得，一般正向传播波的位移可以表示如下：材似f)=厂@+qD(2．1)式中，甜为土体质点位移，方向与x方向正交，x是地震波的传播方向，巳为剪切波传播速，t为时间变量。对式(2．1)求导。可得土体质点的振动速度为：y：塑m(2．2)土体的剪应变为：孤。、一(2．3ClX)(7)联立(2．1)～(2．3)，得到：妖f)：塑B(2．4)上式说明：场地剪应变与土质点的运动速度成正比，与剪切波速成反比。式中采用的场地剪切波速与管线周围土体剪切波速并不一致，这是因为有研究表明不仅要考虑表层土的剪切波速，也要考虑深层土影响。因此推荐采用如下计算公式：．一zcl乞C。=——出cl+c2(2．5)式中，q为表层土的平均剪切波速，呸为深层土剪切波速。14 浙江大学硕士学位论文2基于瞬态运动的管道地震可靠度评估图2．1管道在地震波作用下的变位假定管道轴线方向x’与剪切波传播方向x的夹角为口(见图2．1)，那么可以得到位移甜(五f)在管道轴线方向的投影为：其中x’与x的关系为：利用质点振动速度的表达式：与几何相关关系：甜t(J，r)=f(x+c,t)sin口x=x’COS仪y·：型砷a甜’￡2丽可以得到沿管道轴线方向管道周围土体的应变：￡(，)：塑sin口cos口G(2．6)(2．7)(2．8)(2．9)(2．10)根据管道与周围土体同步变形这一假定，管道的轴向应变也为￡。根据公式(2．4)，则可以得到管道轴向应变和土体剪应交关系：印)=掣sin2口当口等于450时，管道轴向应变的最大值：(2．11) 浙江大学硕士学位论文2基于瞬态运动的管道地震可靠度评估￡：!y：坚‰2j‰2专(2．12)实际上，管道刚度与土体有显著差异，管体与周围土体必定存在着一定的相对滑动，这样管体变形就小于土体的变形，我们可以引入轴向传递系数f来对计算结果进行修正，得到管道的实际轴向应变应为：eat)=乒(f)(2．13)或岛哪=；k(2．14)f的求取一般是采用弹性地基梁模型推证，但是有学者研究表明，按此模型计算得到的结果在管道直径较小时会偏小，而管道直径较大时又会偏大。李杰等人认为依据唐山、海城地震时管道震害资料统计得到的经验公式来取值更加适合管道震害评估，其公式如下：f=-而1(2．15)1+蚩式中，E为管材弹性模量，A为管道横截面积，D为管道的平均直径，G为土体平均剪切波速。在管线三通、弯头、十字交叉管等地方，管体应变会有不同程度大的放大，应该进一步引进应变调整系数，根据有限元分析结果【391，给出了不同管线接头形式的调整系数为：即取：允=1．51．8弯头三通2．0十字交叉管2．5一端固定管(2．16)eat)=力乒O)岛一=元纯。在得到管体应变之后，给定管长Z的管道变形可如下计算：u(t)=邬(f)，lImax=￡PJ16(2．17)(2．18)(2．19)(2．20) 浙江大学硕士学位论文2基于瞬态运动的管道地震可靠度评佶这种计算方法本质上可以使用于一般地震波输入，当地震波速度时程未知但地震波速度峰值已知时，则可以计算在规定地震动超越概率条件下的管体变形最大值。2．2．2正弦波输入的简化算法另一种简化算法是将地震波动假定为正弦波，在这个基础上估算地下管道的应变与变形。这种简化算法在地震工程研究中由来以久，并且迄今还被许多抗震规范沿用，本文在此做简要说明。计算简图如图2．2所示。图2．2正弦波输入简化算法简图假设沿剪切波平面内土体波动的位移为：‘=ASin芋(2．21)式中，A为波动位移的幅值，上为地震波的波长，可看作土体剪切波速与土体卓越周期的乘积，即三=％丁(2．22)式中，％为管道埋深处的地震剪切波波速，应该取实测波速值的2／3值采用，r为管道埋设场地的卓越周期。波动位移的幅值彳的取值为：彳：罂(2．23)4万2式中，口为当地地震加速度峰值。设地震剪切波沿与管道成妒角度行进，如图2．2所示，那么土体沿管道轴线方向自由变17 浙江大学硕士学位论文2基于瞬态运动的管道地震可靠度评估位时的位移为：‰柏㈣n等(2．24)式中，三‘为剪切波波长在管道轴线方向上的投影值，称作视波长，可依照如下公式计算：三’=L／cosfo(2．25)依据应力与应交的几何关系，管体的轴向应变为：￡=等=--石LAsin2f)cos等汜26，当矿=45。时，上式给出的轴向应变达到最大值：￡。：丝cos型(2．27)‰2Tcos了‘2·由图2．2可看到，行进的地震剪切波在管道中引起的轴向变形在同一时刻将是半个视波长范围内的管道受拉、相邻半个视波长范围内的管道受压。所以，对于此简化方法，可以取半个视波长为标准计算单元，在这个标准计算单元内的最大变形为：址’=TleAJ,丢旦cos等¨也(2．28)同样由于管道刚度与土体有显著差异，管体与周围土体必定存在着一定的相对滑动，这样管体变形就小于土体的变形，我们可以引入轴向传递系数；来对计算结果进行修正，得到管道的实际轴向应变应为：AL=江．-42f么(2．29)另外，由于行进的地震剪切波在管道中引起的轴向变形在同一时刻将是半个视波长范围内的管道受拉、相邻半个视波长范围内的管道受压。对于承插式接头管道，通常视为半个视波长范围内的变形由这一范围内的l"1个管道接头共同分担，刀可由下式计算：力：坚(2．30)力=—{=_一kZ．jUJ421p式中，％为管道埋深处的地震剪切波波速，r为场地地震卓越周期，‘为单根管道的长度。对于整体管道如整体焊接钢管，可以式2．27所得管体最大应变为管道是否破坏的标准。2．2．3拟静力方法对于动态作用下的管道受力，已经有很多相关学者研究过，经过这些研究发现，在动态情况下，考虑了管体和水的惯性作用力后，所得到的计算结果与静态作用下的结果非常 浙江大学硕士学位论文2基于瞬态运动的管道地震可靠度评估接近。这是由于管道自身重量较小，而管道周围土体对管道又有较大的约束阻尼作用，在地震波的作用下地下管道自身的动力放大作用很小。因此，在分析地下管道在地震波作用下，可以不考虑管道的动力作用，忽略动力的影响，直接考虑静力作用下的管道受力。QU-，卜_i一图2．3管道计算模型将埋地管道与周围土体之问的相互作用用一组分布弹簧进行模拟，计算模型如图2．3，吐弹簧的力一位移关系如图2．4所示。若为非整体管道，管道接头的力学特性也可以用类似的弹塑性模型模拟，在此不作详述。设地震波以波速c沿管道的轴线方向传播，为位移行波％，则经过有限元离散后的管道拟静力增量平衡方程为：(砟+墨)Au=墨△％一砟q一弓(2．31)式中，巧为埋地管线的轴向刚度矩阵，K为土弹簧的刚度矩阵，Au为管道节点位移向量增量；△％为地震行波位移时程向量增量，％为．j『时刻位移向量，弓为／时刻土弹簧的作用力向量。JPsu万一—du』duuPsu图2．4土弹簧的力一位移关系由于上述方程考虑了土体与管体之间的相对滑动和管道接头的弹塑性性质，所以本质19 浙江大学硕士学位论文2基于瞬态运动的管道地震可靠度评佶上是非线性方程。所以，在计算过程中，每一步都要即时判断和修正矩阵K和K中的元素，逐步迭代求解。通常来说，土弹簧的刚度可取值为(为管道直径)。土弹簧的屈服位移则可取砂土为0．2．0．5cm，黏土为0．5．1．0cm。拟静力方法的正确性需要建立在以下几个基础之上：1)正确的地震动位移时程的输入；2)正确的土体剪力．滑移本购关系；3)正确的参数取值。但是在工程实际中，这三个条件都很难满足，因为其具有很强的随机性。所以拟静力方法具有相当的局限性。2．3评估方法简述2．3．1经验评估方法经验评估方法的思想是根据历史震害资料，利用统计得到的震害率(破坏数／km)，综合考虑地下埋管的场地条件、管材、管径、接口形式等因素，用经验公式来预测可能发生的管道破坏。目前已有不少国内外学者和机构建立了震害率与地运动参数、烈度等的近似公式，如日本水道协会(JWWA)【柏】和美国生命线工程联合会O地A)【41】等，可综合表达成下式【42】：民=qcdqclR(2．32)式中，＆、R分别为修正震害率和基本震害率；q、cld、cg、C1分别为管材、管径、地形地质和液化程度影响系数。得到管道的震害率之后，根据地震时沿管段的震害发生是随机独立并服从泊松分布的假定，管段L完好和破坏的概率分别为[421：￡=exp(-R。三)(2．33)Pf=l—exp(一心三)下面给出国内外几个组织给出的经验公式。1)日本水道技术研究中心(JWRC)通过对管道震害资料的研究，害率公式[431：m=q×q×cf×％如(2．34)给出如下的管道震(2．35) 浙江大学硕士学位论文2基于瞬态运动的管道地震可靠度评估％24·llxlO。9xa2一(2．36)或者％26．33x10’5xv2’10(2．37)式中，足为修正后的管道震害率，q为管材影响系数，q为管径影响系数，G为液化影响系数，％为标准震害率，口为地震峰值加速度(cm／s2)，1，为地震峰值速度，各系数取值见表2．1。表2．1JWRC方法修正系数埋立地以管材Cp管径Cd液化程度埋立地外球墨铸铁管(A，K，DO．3975以下1．6无液化I．O1．0球墨铸铁管(S，SII)0．O‘PlOo^却1501．O液化程度中2．O2．7灰口铸铁管1．Oq0200—∞250O．9液化程度大2．44．O钢管03q,300．．叩450O．7硬质盐化管1．Oq，500呻600O．5石棉水泥管2．52)日本水道协会(JWWA)【柏1给出的基本震害率如下，各项修正系数见表2．2-尺=2．89x10击x(a一100)1舯(2．38)或者R=3．1lxlo．3x(v一15)1-∞(2．39)式中，a为地震峰值加速度(cm／s2)；’，为地震峰值速度(cm／s)。表2．2JWWA方法修正参数地形地管材Cp管径CdCg液化程度Cl质球墨铸铁管O．30q,75以下1．60山地1．10无液化1．OO普通铸铁管1．009lOo~91501．OO丘陵1．50液化程度中2．oo硬质盐化管(髑接口)1．oo啦OO～一50O．80旧河道3．20液化程度大2．40冲积平钢管(螺栓接12)O．30晒00-‘p800O．501．00原地质良球墨铸铁管(NS接12)未规定0．40好PE管未规定关于JWWA算法，杨超【12，431作了一个算例。计算了一段由球墨铸铁管和灰口铸铁管组成的管线在地震作用下的破坏率，结果如表2．3所示。 浙江大学硕士学位论文2基于瞬态运动的管道地震可靠度评估表2．3JWWA方法算例管材球墨铸铁管(O．3)灰口铸铁管(1．O)管径(mm)450(O．8)150(1．0)∥——彬驾‘：三三荔三l篡篡=篡墨习簟‰盎眦“妊诹吐础“黼勰‰赫“妊崩翻地形山地(1．1)冲积平原(1．O)液化程度无(1．0)中等(2．O)大(2．4)地表最大加400(0．218)600(0．598)速度(cm／s2)震害率(处0．3x0．8xl-lXl．0x0．O．3X1．Oxl．Ox2．OxO．1．0x1．0x1．0x2．01．Oxl．Oxl．Ox2．4x0．59／km)218=O．058598=0．359xO．598=1．1968=1．435管长(km)3．O2．51．23．3震害个数0．058×3．0--0．1740．359x2．5=0．8981．196x1．2=1．4351．435x3．3=4．736总震害个数O．174+0．898+1．435“．786=7．2433)美国生命线工程联合会(ALA)在近30年来世界范围内发生的对现代城市供水系统有较显著破坏的地震(如1971年的SanFernando地震，1989年的LomaPrieta地震，1994年的Northridge地震，1995年的日本阪神大地震等)所提供的不同管材、不同管径的大量埋地管线震害实例的基础上，对震害数据进行统计分析，与2001年提出了如下的地下管线平均震害率推荐计算表达式H1】：由地震波动引起的管道震害率允=0-00475×K×PGy(2．40)由地面永久变形引起的管道震害率2=1．427xK2xPGD。～(2．41)式中，PGV为地震动峰值速度，PGD为地震动有效峰值位移，K、K为考虑各类影响因素的调整系数，具体取值见表2．4和表2．5【6】。表2．4调整系数Kl管材接头形式场地管径(mm)墨友口铸铁管水泥不限制loo"-3001．O 浙江大学硕士学位论文2基于瞬态运动的管道地震可靠度评估灰口铸铁管水泥腐蚀性lOO～3001．4灰口铸铁管水泥非腐蚀性l00～,300O．7灰口铸铁管橡胶圈不限制loo～300O．8焊接钢管电弧焊不限制loo"300O．6焊接钢管电弧焊腐蚀性lOO～300O．9焊接钢管电弧焊非腐蚀性lOO～300O．3焊接钢管电弧焊不限制>390O．15焊接钢管橡胶圈不限制loo～300O．7焊接钢管螺栓连接不限制loo～3001．3焊接钢管铆接不限制100～3001．3石棉水泥橡胶圈不限制loo～300O．5石棉水泥水泥不限制loo～3001．O混凝土外壁钢内壁电弧焊不限制>390O．7混凝土外壁钢内壁水泥不限制>3901．O混凝土外壁钢内壁橡胶圈不限制>390O．8聚氯乙烯管橡胶圈不限制loo～300O．5球墨铸铁管橡胶圈不限制100～300O．5表2．5调整系数K2管材接头形式岛灰口铸铁管水泥1．O灰口铸铁管橡胶圈0．8灰口铸铁管机械接头0．7焊接钢管焊接(无腐蚀)O．15焊接钢管橡胶圈0．7石棉水泥橡胶圈O．8石棉水泥水泥1．O混凝土外壁钢内壁焊接0．6混凝土外壁钢内壁水泥1．O 浙江大学硕士学位论文2基于瞬态运动的管道地震可靠度评估混凝土外壁钢内壁橡胶圈O．7聚氯乙烯管橡胶圈O．8球墨铸铁管橡胶圈O．54)另有国内的一些学者对地下管线的震害数据进行了统计分析，根据地震烈度来对应相应的管道震害率，如表2．6所示。此方法还考虑了管道的老化、腐蚀或者柔性接口等因素，定义对于有严重锈蚀的管道，震害率加一级(即取表中相应数据的右侧值)；对于使用延性接口的管道，震害率减一级(即取表中相应数据的左侧值)f43】。表2．6管道震害率烈度场地管径(ram)ⅥⅦⅧⅨX>50010r4O．00lO．OlO．1o．．5Ⅱ类200～5000．0010．OlO．1O．71．675～1500．0030．020．21．53．O>5000．005O．05O．2O．6O．8蓬(液化概率很200～5000．Ol0．15O．81．83．0小地区)75～150O．02O．31．63．O5．O2．3．2理论分析方法理论分析方法是指根据埋地管道的一般震害特征，通过适当的力学模型，建立地震动参数与埋地管道反应的关系，并以某一参数判别震害程度。常用的计算模型一般假设管道处于理想状态，管道的轴向反应为主要破坏原因，对于承插式接头管道，采用管道接头变形反应S与管道接口允许开裂变形JR，和接口允许渗漏变形毋的相对关系来评价震害状态，划分为三种破坏状态‘6"铊删：(1)当眶尺，时，为基本完好状态；(2)当R，