非对称管 土边界的海底悬跨管道涡激振动特性

海底悬跨管道涡激振动问题十分复杂,需考虑流 管-土多场耦合效应。本文将悬跨管线简化为Euler-Bernoulli梁,两端跨肩管-土作用与线弹性弹簧和扭转弹簧近似,采用Van der pol方程描述旋涡脱落的尾迹特性。利用模态正交性对流-耦合控制方程进行解耦,采用龙格-库塔法进行数值求解,重点分析非对称边界对海底管道涡激振动特性的影响。计算结果表明：非对称边界条件对最大响应幅值影响不大;约束条件越强烈,模态激发越难,响应频率越高。     

海底管道最大允许悬跨长度计算

海底悬跨管道在自身重量、内部流体重量、外部环境荷载作用下,将可能发生静力破坏及动力破坏。海底管道悬跨管段的长度是决定管道静力破坏与动力破坏的关键因素,因此确定了海底管道最大允许悬跨长度,就能够避免管道因悬跨长度过大而发生破坏。本文把避免出现涡激振动作为控制条件,提出了管道在顺流向振动下的最大允许悬跨长度公式,推导了不同边界条件下的管道自振频率公式,计算了管道在垂直流向振动下的最大允许悬跨长度。结果表明,支撑情况对管道最大允许跨长有很大的影响,在固端约束条件下的最大允许悬跨长度比简支约束下的长度大。     

海底管线管跨段涡激振动响应的实验研究

海底管线管跨段的涡激振动,是引发海底管线失效的主要因素之一,尤其是管跨在涡激振动下的“频率锁定”现象,是导致管线断裂失效的主要原因,也是在设计和维护管理中必须要避免的状态。影响管跨涡激振动响应规律的因素很复杂,因此,模型实验是研究和探索其规律的主要手段。为了探索海流运动对管跨动力响应的影响规律,在实验水槽中,分别对管跨在稳定流和随机流的作用下,管跨的动力响应规律进行了测定,本文对实验结果进行了分析的基础上,总结了“频率锁定”现象出现的条件,提出了在海底管线的可靠性设计和管道理中应采取的相应措施。     

悬垂管道跨越结构地震反应分析

管道悬垂是一种简单且应用广泛的管线跨越方式,水流冲刷等地质灾害也会造成埋地管线部分悬空。本文充分考虑了管-土相互作用和支座非线性因素的影响,采用非线性增量有限元方法对悬垂管道跨越结构在地震作用下的反应进行了分析。     

地下管网地震反应分析模型

建立了多点地震动激励作用下的地下管网地震反应拟静力分析模型。首先建立基于有限单元模型的地下管网系统刚度方程,接着给出考虑地震动空间相关性及场地条件等诸多因素的地震动场模拟思路及管网系统地震动施加策略,最后通过解析法验证了模型的正确性。采用本文方法对一＂十＂字形管网进行了地震反应分析,结果表明：①管线轴向应力沿着管线长度从管线端部向管线交叉点逐步增大,在管线交叉点处应力达到最大值;②与轴向应力相比,尽管管线的弯曲应力不是控制应力,但在管线端部及管线交叉点处弯曲应力值将会有较大突变。因此,对于地下管网而言,在受到地震作用时,不同布置方向的管线之间的相互影响是不容忽视的。     

多维多点相关地震动作用下埋地管线地震响应的数值模拟

为了研究考虑地震动的空间相关性时埋地管线的地震响应,基于Opensees有限元程序,对埋地管线在多维多点相关地震动作用下的响应进行数值模拟。模型中采用基于柔度法的非线性梁柱单元模拟管体结构,利用基于频域合成法生成多维多点人工地震动实现地震激励输入,采用零长度单元考虑管体和土体在其接触面上的非线性力学行为。数值模拟结果表明:0.2 g地震强度下,非一致激励下管道的应变响应主频是一致激励下管道应变响应主频的4~5倍;在0.1 g地震强度下,非一致激励得到的管体应变最大可以达到一致激励下管体应变的1.5倍,且随着地震强度增强两者的差距明显增大,这种差距可能使在一致激励下安全的埋地管线在考虑非一致激励时变得不安全。所以在抗震设防等级较高的地区,考虑非一致地震激励作用对于埋地管线的破坏是必要的。     

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。     

斜拉管线桥的竖向地震反应分析

在我国四川，为了使管线跨越涪江，建造了一个斜拉管线桥，本文给出了斜拉管线桥在竖向地震作用下的计算模型，在该计算模型中，桥塔视为轴向刚性，缆索看作为单向弹簧。本文还导出了缆索竖向抗拉刚度的计算公式，利用Ｌａｇｒａｎｇｅ方程，建立了斜拉管线桥体建立在竖向地震作用下的运动微分方程，使用反应谱方法，对斜拉管线桥体系进行了竖向地震反应分析。     

用微分求积法分析不同支承条件下水下输流管道的动力特性与容许悬跨长度

考虑管道材料的非线性和管外流体的阻尼因素,得到水下管跨段的非线性运动方程,应用DQ法建立其模拟方程,采用数值模拟方法,对管跨段在理想支承和弹性支承条件下的固有频率特性进行仿真,重点探讨了内外流流速、管内压力、轴向力、Strouhal数、所输送介质的密度对管跨段的临界流速及容许悬跨长度的影响。结果表明,不同的支承条件对系统的动力特性影响很大,为此提出了用弹性支承来分析实际水下管跨段动力特性的方法。     

基于动水及桩-土-结构相互作用的斜拉桥地震响应分析

为了得到更为符合实际情况的跨江大桥动力稳定性的地震反应分析,在桥梁抗震研究中必须综合考虑动水及桩–土–结构的相互作用。基于此,结合某斜拉桥,采用基于Morison方程的动水力简便计算方法来模拟水对桥梁下部结构的动水压力,通过大型有限元程序Midas/Civil分别建立了没有考虑动水及桩土效应和考虑动水及桩土效应2种情形下的计算模型,通过输入El Centro波分析了动水及桩土效应对斜拉桥结构动力特性和地震反应的影响。分析表明:动水及桩土效应对斜拉桥动力特性和地震反应的影响较大,因此在对跨江斜拉桥结构进行抗震分析时,应考虑动水及桩土效应对其动力反应的影响。     

Response analysis of a submarine cable under fault movement

Based on the performance of submarine cables in past earthquakes, an analytical method to determine cable performance under seabed fault movement is proposed in this paper. First, common types of earthquake damage to submarine cables are summarized, which include seabed displacement induced by fault movement, submarine landslides and seabed soil liquefaction, etc. The damage is similar to damage observed to buried pipelines following land earthquakes. The Hengchun earthquake of Dec. 26, 2006 is used as a case study. The M7.2 earthquake occurred in the South China Sea at 20:26 Beijing Time, and caused 14 international submarine cables to sever and break. The results show that the proposed method predicts damage similar to that observed in the Hengchun earthquake. Based on parametric studies of the influence of the water depth and the magnitude of the submarine earthquake, countermeasures to prevent damage to submarine cables are proposed.     

Numerical analysis of liquefaction of porous seabed around pipeline fixed in space under seismic loading

Liquefaction of seabed under seismic loading is one of the main points that govern the overall stability of submarine pipeline. However, most previous investigations concerned only with free seabed and searched for seismic accumulative excess pore pressure by solving Terzaghi's consolidation equation containing pore pressure source term. It is not able to introduce two-dimensional structures such as submarine pipelines in one-dimensional problem, and it is also not able to obtain the distribution of seismic accumulative excess pore pressure in seabed around submarine pipelines by such a way. In this study, a FEM numerical analysis method for determining the liquefaction of sandy seabed around a buried pipeline under seismic loading is presented. The empirical mode of dynamic increase of pore pressure under undrained shearing induced by seismic loading is incorporated with two-dimensional dynamic consolidation equation and a numerical procedure based on FEM is developed to assess the accumulative excess pore pressure. By numerical computations, the accumulative process of pore pressure and liquefaction potential of seabed soil during seismic loading is evaluated. From a series of numerical computations based on the presented model with various parameters, the effects of soil characteristic parameters and pipeline geometry on seismic accumulative excess pore pressure around submarine pipeline and along the depth of seabed are explored in detail.     

穿越走滑断层海底管道局部屈曲研究及应变响应预测

海洋地震频繁且海底土体环境复杂,当地震导致断层土体发生永久变形后,穿越断层的海底埋地管道也将受迫发生变形。为确定变形后的管道能否正常工作,需根据实际工况对其进行应变响应预测。首先通过有限元计算软件ABAQUS建立管道与走滑断层的三维实体模型,模拟管-土间的接触作用并通过等效边界方法修正模型,得到管道局部屈曲破坏形式及应变分布情况。然后,通过调整有限元模型参数对断层交角、管道工作内压、管道径厚比对管道极限塑性应变的影响进行敏感性分析,定性分析不同敏感性因素对穿越走滑断层海底管道应变响应的影响。最后,在数值模拟数据的基础上通过MATLAB软件利用基于遗传算法优化的BP神经网络实现对管道应变响应的精确预测。结果表明:穿越走滑断层管道在发生局部屈曲时,可根据轴向压缩应变突变现象确定管道局部屈曲时对应的断层位移,并且断层交角、管道工作内压和管道径厚比都会对跨断层管道应变响应产生影响。     

液化场地地下管线地震反应研究述评

本文简要介绍了地下管线的震害特征和主要影响因素。对国内外在液化场地地下管线方面的研究现状从试验研究和理论分析2个方面进行了论述并探讨了液化场地地下管线反应需进一步研究的一些问题。     

海底光缆的地震影响分析

根据我国地震台网测定,北京时间2006年12月26日20时26分和34分,在南海海域发生7.2、6.7级地震。受强烈地震影响,多条国际海底通信光缆中断,造成附近国家和地区的国际和地区性通信受到严重影响。这次地震以前,海底光缆故障主要是由渔船造成,而地震的影响常常被忽视。本文在总结海底光缆3次震害经验的基础上,提出了地震影响海底光缆的主要因素以及海底光缆的抗震措施。     

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。     

Seismic behaviour of above-ground oil pipelines

The dynamic behaviour of above-ground oil pipelines which are allowed to slide back and forth on intermediate supports during strong motion earthquakes is studied. This sliding is resisted by friction between the pipe and the top of the support. The main objective of the study is to determine the effect of this non-linear friction on both the static and dynamic stresses in the pipe. The study also considers the influence of other critical parameters such as: pipeline configuration, seismic wave velocity, initial temperature differential and internal pressure, and ground motion characteristics. Results show that the critical bending moments in the pipe occur during the static loading and that with seismic excitation, these moments tend to shake down as the pipe moves to a more stress free configuration. It is shown that the use of sliding friction can be an effective means of dissipating seismic energy and thereby damping the dynamic response of the pipeline even for low values of the coefficient of friction.     

福建深沪湾海底古森林与全新世强古地震

介绍了深沪湾海底古森林遗迹，指出了海底古森林与古地震的关系，给出了深沪湾全新世强古地震的依据。