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　　　Ｆ　Ｉ　　　　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。　ｏ　２Ⅱ　ｃ　ｓ　　　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

ｐａｇｅ　１

　　　　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）　ｃ　Ｓ　　　。　一　　　　　　Ｏ　２　　　　：一　一　…　　　　　ｋｃ　ｇ　　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　　　　　　　ｋＴ　ｇ　　　　　Ｘ　　　　　ｔ　　　　　　横向；　　

　　　　一　丽　。“　　　　　　　　　‘　　　　　　一ｒ　

　　　　另　外　，　从　式　（）　Ｉ中知　道　　地　基　士　的　运　两　　建度　为：　　　．　　　ａｙ　　　　２　　　　ｎ　Ｘ　　ｔ　　　　　　…　…

　　　　纵向ｔＹ　　ａ　　Ｉ　　ｐ　　　　　　．　　　　　　，

　　　　亍—　。“　＿　。　　　　　Ｊ　　　　　　２　　

　　　　‘　ｐ　Ｉ　一Ｊ　　　　　　　　　　　‘　　　４Ｊ　　　　ａｙ　　　　　　　ａ　Ｌ　　　　　　Ｘ　　　　　ｔ　　　　　　横向ｔ　　　　　　ｒ　　。　　　　　　１　　　　　　‘　　　　　　ｓ　　一

ｐａｇｅ　２

　　　　’　ｅ－　　　　　　一　　

　　　　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　　　　　ｋＴ　ｑ　　２　　　Ｘ　　　　　　一

　　　　轴　匝　　　．　　Ｅ　向　力　￡　　　　　　ｋＴ　ｇ　　　　　一

　　　　Ｅ　７　　　¨　ｓ　　　　　　　　２　　　Ｘ　　　…　”　　

　　　　剪切应力　：　Ｔ＝　ｅ。Ｇ　＝—　—　Ｇｓ　ｎ—　　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　　６　Ｊ　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　Ｉ　Ｙ　。　ｓ　—　ｐ　

　　　　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　　　＜０　２　．　　＞２　０　　　００　　　　儿　　　　　－　　

　　　　０　】～０５　．５　．　　　　　５　帅

　　　　～　２　０　　０　　０　　　　Ⅲ　

　　　　＞　０　３　　．　　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　Ｋ　０　１　　　．　　　　　０２　０４　．　　．　

　　　　表　３、七度地　震时管遵　受到　的最大　地震应力　（　　　ｃ　　　　　ｋ　ｍ）　　　　蕾　村　　慵饿售　　Ｉ　Ｊ　　＇　膏　Ｉ　齄　　土蕾　　＇　睢　　　　弹　性懂量ｋ　＃　ａ　ｇ　￣　　　　　Ｅ　　　　　　Ｇ　　　　　　Ｅ　　

ｐａｇｅ　３

　　　　Ｇ　　　　　　Ｅ　　　　　　Ｇ　　

　　　　１ｔ　．　５×　１　‘　日　　　　　‘ｓ　．　　ｘ　¨　。　　　　　　２　　ｘｔ　‘　　ｌ　ａ　　　　　Ｉ　１　ｘ　¨‘　　　　　　　　．

　　　　ｔ‘　ｘ　１‘　０　　　　　Ｉ　ｔ　×　１‘　．　日　　　　　【垂　蕞　ｊ　｜土　　　　　＜　２　　口　　　　（　●　　●　　　　（　，　　ａ　　　　＜　ｔ　　口　　　　＜Ｉ　　　　　　＜，　　

　　　　Ｉ羹基　地土　　【　　　　Ｉ　Ｉａ　Ｓ　ｌ　　　　　　　＇　～ｌ　●　柚　

　　　　３口　．　Ｓ　ｌ　　，　　　Ｉ　￣ｔ　ｌ　　　　ｊ　ｇ　－　～‘　　　　　　２＾　”　　－　　　　ｍ　基呐土　　　　　　　　＞１　．　　　　　　＞邮　　

　　　　）ｔ　　　，　ａ

　　　　２　ａ　一　ａ　　１０　　　口　　　　　　）Ｉ　　　ｊ　ａ

　　　　＞１　．　．　＞口　　　　　２　

　　　　臂进　陇执褂鹿ｋ　／ｎ　‘　｜　～１　０　ｇｒ　　Ｉ　１　０　　　　　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＾　】　　０　１　４　ｔ０　．　　　　　　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　

ｐａｇｅ　４

　　　　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　Ｄ　ＩＩ　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　。　　　　　　１本文由ｆｖｓ８ａｎｋｇｂｋ贡献

ｐａｇｅ　５