油气输送工程、城市引水工程等往往需要采用长距离管道运输，地震是长输管道潜在的破坏原因之一。本书系统地论述了长输管道在地震的波动效应和地震引起的永久地面变形作用下的分析理论和方法，共三篇。第一篇论述了陆地和海底长输管道在空间变化的地震波作用下的分析方法；第二篇论述了长输管道在断层和滑坡作用下的分析方法；第三篇论述了长输管道地震作用下的失效模式、失效准则和安全评价方法。
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第一篇 地震波作用下长输管道反应分析
第1章 空间多点地震动合成方法 3
1.1 引言 3
1.1.1 地震动空间变化特性的认识与发展 3
1.1.2 空间相关多点地震动合成三要素 4
1.1.3 空间相关多点地震动合成方法 9
1.2 空间相关多点地震动传统合成方法 10
1.2.1 地震波传播特点及检验方法 10
1.2.2 传统的空间相关多点地震动合成方法 11
1.3 空间相关多点地震动改进合成方法 15
1.3.1 基于实际地震记录的空间多点地震动合成方法 15
1.3.2 基于地震反应谱的空间多点地震动合成方法 20
1.4 空间相关多点地震动合成实例 22
1.4.1 基于传统HOP法的地震动合成实例 22
1.4.2 基于实际地震记录的地震动合成实例 25
1.4.3 基于地震反应谱的地震动合成实例 28
第2章 地震波作用下长输管道反应的数值分析 30
2.1 引言 30
2.1.1 确定性动力分析法 30
2.1.2 反应谱法 30
2.1.3 随机振动分析法 31
2.2 埋地管道动力反应分析控制方程 31
2.2.1 管道动力时程分析控制方程 31
2.2.2 拟静力方法分析控制方程 32
2.3 管道和土体相互作用模型 33
2.3.1 非液化土土弹簧模型 33
2.3.2 土弹簧的等效刚度 35
2.3.3 液化土土弹簧模型 37
2.4 地震波作用下长输管道反应分析实例 39
2.4.1 管道钢本构关系 39
2.4.2 有限元模型的建立 40
2.4.3 空间相关多点地震波的合成 41
2.4.4 无运行荷载下的地震反应 44
2.4.5 运行荷载下的地震反应 49
2.4.6 运行荷载与无运行荷载结果对比 54
第3章 地震波作用下长输管道反应的理论分析 55
3.1 引言 55
3.1.1 不考虑土壤与管道相对变形的埋地管线地震反应计算 55
3.1.2 考虑土壤与管道相对变形的埋地管线地震反应公式 57
3.2 地震行波作用下长输管道轴向变形反应 63
3.2.1 理论推导 64
3.2.2 建议公式的讨论 67
3.2.3 工程实例分析 70
3.3 地震行波作用下长输管道弯曲变形反应 71
3.3.1 公式的推导 71
3.3.2 公式的讨论 74
3.3.3 工程实例分析 75
3.4 地震行波作用下长输管道轴向和弯曲共同变形反应 76
3.4.1 埋地管道总应变计算公式推导 76
3.4.2 总应变计算公式的讨论 79
3.4.3 土体弹簧系数的确定 80
3.4.4 工程实例分析 81
第4章 地震波作用下海底悬跨管道水动力计算模型 82
4.1 引言 82
4.2 地震作用下海底悬跨管道水动力模型实验 82
4.2.1 动力模型实验相似理论 82
4.2.2 动力模型实验设计 85
4.2.3 地震作用下管道周围流场特性 90
4.2.4 地震作用下管道受到的水动力特性 95
4.3 地震作用下水动力计算模型 99
4.3.1 传统的Morison方程 99
4.3.2 地震作用下水动力计算方程 101
4.3.3 地震作用下水动力系数的确定 106
第5章 地震波作用下海底悬跨管道分析方法 111
5.1 引言 111
5.2 海底悬跨管道-水体耦合计算模型 112
5.2.1 悬跨管道-水体流固耦合系统的基本理论及动力学模型 112
5.2.2 悬跨管道-水体流固耦合控制方程和边界条件 117
5.2.3 悬跨管道-水体流固耦合三维数值模拟 119
5.3 含悬空段的海底长输管道计算模型 123
5.3.1 地震激励下管道所受的水动力 123
5.3.2 基于水动力模型的海底管道多点输入耦合运动方程 124
5.3.3 海底悬空管道地震反应影响因素 125
5.4 地震作用下海底管道临界悬跨长度 129
5.4.1 有限元模型建立 129
5.4.2 失效准则确定 131
5.4.3 人工合成地震波作用下悬跨长度的确定 132
第二篇 永久地面变形作用下长输管道反应分析
第6章 永久地面变形危害 137
6.1 断层 137
6.2 滑坡 139
6.3 侧向滑移 142
6.3.1 侧向滑移的概念 142
6.3.2 永久地面变形量 143
第7章 断层作用下埋地管道反应的数值方法分析 145
7.1 引言 145
7.2 有限元模型的建立 147
7.2.1 管壳单元简介 147
7.2.2 非线性管壳单元有限元模型的建立 150
7.2.3 有限元模型的验证 152
7.3 断层作用下管道反应影响因素 156
7.3.1 断层错动量的影响 157
7.3.2 几何非线性特征的影响 159
7.3.3 管材本构模型的影响 161
7.3.4 管材类别的影响 162
7.3.5 场地土均一程度的影响 163
7.3.6 管道外径的影响 164
7.3.7 管道壁厚的影响 166
7.3.8 管道埋深的影响 167
7.4 断层作用下运行状态埋地管道反应分析 168
7.4.1 管壳单元对内压和温差的考虑 168
7.4.2 数值模型的建立 171
7.4.3 内压的影响 172
7.4.4 温度的影响 173
7.4.5 内压荷载与温度荷载共同作用分析 175
7.5 断层作用下埋地管道等效边界分析模型 176
7.5.1 等效分析模型的建立 176
7.5.2 等效分析模型的验证 183
第8章 断层作用下埋地管道反应的解析方法分析 189
8.1 引言 189
8.2 改进解析方法的推导 191
8.2.1 弹性梁分析 192
8.2.2 变量说明 194
8.2.3 基于应力的解析方法 195
8.2.4 基于应变的解析方法 208
8.3 改进解析方法的验证与分析 217
8.3.1 基于应力解析方法的比较 217
8.3.2 基于应变解析方法的比较 220
第9章 滑坡作用下埋地管道地震反应分析 224
9.1 引言 224
9.2 轴向滑坡作用下埋地管道反应分析 225
9.2.1 轴向滑坡下埋地管线受力分析 225
9.2.2 轴向滑坡作用的埋地管线有限元建模 232
9.2.3 轴向滑坡作用下埋地管道计算分析 233
9.3 横向滑坡作用下埋地管道反应分析 236
9.3.1 横向滑坡下埋地管线受力分析 236
9.3.2 横向滑坡作用下埋地管道计算分析 243
9.4 深层圆弧滑坡作用下埋地管道反应分析 246
9.4.1 深层圆弧滑坡下埋地管线受力分析 247
9.4.2 深层滑坡作用下埋地管道计算分析 250
第三篇 长输管道地震安全评价
第10章 埋地管道失效模式和失效准则 255
10.1 埋地管道抗震规范简介 255
10.1.1 陆地埋地管道抗震规范简介 255
10.1.2 海底管道抗震设计规范简介 256
10.1.3 海底管道与陆地埋地管道抗震设计的异同 259
10.2 埋地管道失效模式 259
10.2.1 拉伸失效 260
10.2.2 局部屈曲 260
10.2.3 梁屈曲 261
10.2.4 滑动式焊接缝 264
10.3 埋地管道失效准则 266
10.3.1 判断准则 266
10.3.2 中国《油气输送管道线路工程抗震设计规范》 267
10.3.3 美国ASCE——1984规范 268
10.3.4 美国PRCI——2004规范 269
10.3.5 日本Earthquake Resistant Design Codes in Japan规范 271
10.3.6 失效准则对比 272
第11章 埋地管道地震反应分析经典方法 275
11.1 地震波作用下埋地管道分析经典方法 275
11.1.1 共同变位法 275
11.1.2 位移传递系数法 277
11.2 断层作用下埋地管道分析经典方法 279
11.2.1 Newmark-Hall法 279
11.2.2 Kennedy法 281
11.2.3 SY/T 0454——2004 284
11.2.4 GB 50470——2008 285
11.3 断层作用下埋地管道反应控制策略 285
11.3.1 方法说明 285
11.3.2 通用措施 286
11.3.3 专项措施 287
11.3.4 工程实践经验方法 288
第12章 长输管道地震反应分析和评价软件 289
12.1 简介 289
12.2 软件基本框架和功能 290
12.2.1 软件基本框架 290
12.2.2 软件基本功能 291
12.3 安装手册 291
12.3.1 运行环境 291
12.3.2 安装软件简介 291
12.3.3 NET Framework.4.0安装 292
12.3.4 MCRInstaller安装 293
12.4 使用方法简介 298
12.4.1 启动 298
12.4.2 管道参数输入 298
12.4.3 失效准则的选取 299
12.4.4 断层分析方法选择 230
12.4.5 地震波动分析方法选择 302
12.4.6 土弹簧参数计算 302
12.4.7 应力集中因子 304
12.4.8 断层分布的APDL命令流生成 305
12.4.9 数据保存及生成报告 305
参考文献 308
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