建筑輸液管道地震反應分析
發(fā)布時間：2021-12-22 12:23
建筑物內輸液管道作為依附在各樓層的非結構構件,對保障建筑物正常使用具有重要意義�；谥黧w結構各樓層對管道的二次輸入影響,分別分析了管道與建筑結構耦合和管道多點激勵下的地震反應,通過比較兩個模型的計算結果,研究管道地震反應的實用分析方法。通過對主體結構彈塑性時程分析,得到樓層加速度放大系數(shù)變化規(guī)律,并建立樓面反應譜分析樓層反應譜相對地面反應譜的放大效應以及樓層對管道的地震作用。利用多點激勵分析方法分析了主體結構類型及管徑對管道應力的影響,結果表明:地震作用下管道的最大應力發(fā)生在與樓層連接處,2層、3層為管道薄弱層;側向剛度較大的框架-剪力墻結構中的管道應力值較框架結構管道應力偏小;管徑為150mm的管道應力約為管徑為25mm管道的6倍。
【文章來源】：應用力學學報. 2020,37(05)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：8 頁
【部分圖文】：
輸液管道系統(tǒng)對建筑服務功能的影響Fig.1Influenceofliquidpipingsystemonbuildingservicefunction
的，即dssssXXX(6)其中擬靜力位移可以通過靜力平衡條件求解，即sssssbbKXKX0(7)s1ssssbbXKKX(8)令1sssbRKK代入式(8)得ssbXRX(9)將式(6)、式(9)代入式(5)得dddsssssssssssbRMXCXKXMX(10)此方程為管道各支撐點動力輸入的動力平衡方程。3算例分析本文分別采用整體耦合模型與管道多點激勵模型對建筑內輸液管道進行地震反應分析。其中整體耦合模型主體結構為典型7層鋼筋混凝土框架結構，結構平面圖如圖4所示，建筑首層層高為3.9m，其他層高為3.3m。依據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011-2010)[6]進行設計，抗震設防烈度為8度、地震分組為第一組、場地類別為II類、結構阻尼比為5%。主體結構采用有限元中纖維梁單元模擬，整體模型中將建筑樓層與管道連接部位作為管道支撐點與建筑物剛性連接，如圖5所示。圖4主體結構平面圖Fig.4Constitutiverelationofconcrete圖5建筑-管道系統(tǒng)模型Fig.5Constitutiverelationofconcrete混凝土采用Kent-Park[13]模型，依據(jù)文獻[14]中的滯回規(guī)則，取軸心抗壓強度平均值為混凝土軸心受壓強度c0f，混凝土極限受壓強度fc為極限壓應變εcu對應的混凝土軸心受壓強度，依據(jù)工程經(jīng)驗取0.85fc0，取混凝土極限壓應變εcu，為0.0038，混凝土軸心受拉強度tc0ff1.8。鋼筋本構模型選用Clough[15]本構退化的隨動強化單軸本構模型。輸液管道采用Q235不銹鋼，彈性模量為200MPa，屈服強度為234MPa。管道簡化為依附在各樓層的立管，視為結構的組成單元與建筑物剛性連接。模型中的管道參數(shù)
第5期郝潤霞，等：建筑輸液管道地震反應分析2123算得到圖5中Xi方向處(i為樓層)管道節(jié)點位移，計算結果如圖6所示，同時還提取了頂層管道節(jié)點的加速度時程對比結果，如圖7所示。圖6管道位移對比Fig.6Pipelinedisplacementcomparison圖7加速度時程對比Fig.7Accelerationtime-historycomparison圖8樓層響應與管道自身響應對比Fig.8Comparisonoffloorresponseandpipelineresponse由圖6可以看出，地震作用下兩個模型位移曲線基本接近，最大位移分別107mm和113mm，兩種方法產(chǎn)生的誤差較校圖7中兩種模型頂層管道節(jié)點加速度時程曲線基本一致，峰值也基本相當。圖6~圖7是管道外徑為100mm時的計算結果，對于不同管徑下的管道地震反應，經(jīng)計算可得到相似結果。因此，對管道進行動力分析時，無須建立較為復雜的建筑-管道整體模型，可使用多點激勵方法對管道單獨分析。圖8表明：地震作用下，管道的運動受建筑樓層的運動影響較大，自身動力反應產(chǎn)生的位移很小，可以忽略。4樓層反應譜由上述分析結果可知，地震作用下管道系統(tǒng)的運動很大程度上取決于結構各樓層的運動。為此，選取Elcentro地震波和依據(jù)建筑場地擬合的一條人工地震波(見圖9)對上文7層框架結構進行動力時程分析，計算了結構在8度設防下，地震動加速度峰值為常遇地震(0.07g0)、設防地震(0.2g0)、罕遇地震(0.4g0)時各樓層的加速度放大系數(shù)[16]和樓層反應譜。圖9人工合成地震波Fig.9Artificialsyntheticseismicwaves表2Elcentro地震波作用下樓層加速度峰值(單位：g0)Tab.2FlooraccelerationpeakvalueunderElcentroseismicwave
【參考文獻】：
期刊論文
[1]地震載荷工況下隧道內油氣管道應力分析研究[J]. 孫靖云,陳利瓊,夏燕,宋利強,劉琦,韓曉瑜. 應用力學學報. 2017(04)
[2]輸氣管道在走滑斷層作用下的屈曲有限元研究[J]. 全愷,周晴莎. 應用力學學報. 2017(04)
[3]地震可恢復性與非結構系統(tǒng)性態(tài)抗震研究略述[J]. 寧曉晴,戴君武. 地震工程與工程振動. 2017(03)
[4]某高層建筑玻璃幕墻地震作用探討[J]. 曹麗娜,盧文勝,黃寶鋒,曹文清. 結構工程師. 2010(06)
[5]流固耦合作用下流體對管道抗震性能的影響分析[J]. 梁軍,朱慶杰,蘇幼坡. 世界地震工程. 2007(03)
[6]抗震分析中的多點激勵問題[J]. 陳海斌. 中國水運(學術版). 2006(11)
[7]多點連接二次結構地震響應的研究方法[J]. 韓淼,秦麗. 北京建筑工程學院學報. 2003(04)
碩士論文
[1]建筑輸液管道地震反應及易損性分析[D]. 袁鵬程.內蒙古科技大學 2019
本文編號：3546379
【文章來源】：應用力學學報. 2020,37(05)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：8 頁
【部分圖文】：
輸液管道系統(tǒng)對建筑服務功能的影響Fig.1Influenceofliquidpipingsystemonbuildingservicefunction
的，即dssssXXX(6)其中擬靜力位移可以通過靜力平衡條件求解，即sssssbbKXKX0(7)s1ssssbbXKKX(8)令1sssbRKK代入式(8)得ssbXRX(9)將式(6)、式(9)代入式(5)得dddsssssssssssbRMXCXKXMX(10)此方程為管道各支撐點動力輸入的動力平衡方程。3算例分析本文分別采用整體耦合模型與管道多點激勵模型對建筑內輸液管道進行地震反應分析。其中整體耦合模型主體結構為典型7層鋼筋混凝土框架結構，結構平面圖如圖4所示，建筑首層層高為3.9m，其他層高為3.3m。依據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011-2010)[6]進行設計，抗震設防烈度為8度、地震分組為第一組、場地類別為II類、結構阻尼比為5%。主體結構采用有限元中纖維梁單元模擬，整體模型中將建筑樓層與管道連接部位作為管道支撐點與建筑物剛性連接，如圖5所示。圖4主體結構平面圖Fig.4Constitutiverelationofconcrete圖5建筑-管道系統(tǒng)模型Fig.5Constitutiverelationofconcrete混凝土采用Kent-Park[13]模型，依據(jù)文獻[14]中的滯回規(guī)則，取軸心抗壓強度平均值為混凝土軸心受壓強度c0f，混凝土極限受壓強度fc為極限壓應變εcu對應的混凝土軸心受壓強度，依據(jù)工程經(jīng)驗取0.85fc0，取混凝土極限壓應變εcu，為0.0038，混凝土軸心受拉強度tc0ff1.8。鋼筋本構模型選用Clough[15]本構退化的隨動強化單軸本構模型。輸液管道采用Q235不銹鋼，彈性模量為200MPa，屈服強度為234MPa。管道簡化為依附在各樓層的立管，視為結構的組成單元與建筑物剛性連接。模型中的管道參數(shù)
第5期郝潤霞，等：建筑輸液管道地震反應分析2123算得到圖5中Xi方向處(i為樓層)管道節(jié)點位移，計算結果如圖6所示，同時還提取了頂層管道節(jié)點的加速度時程對比結果，如圖7所示。圖6管道位移對比Fig.6Pipelinedisplacementcomparison圖7加速度時程對比Fig.7Accelerationtime-historycomparison圖8樓層響應與管道自身響應對比Fig.8Comparisonoffloorresponseandpipelineresponse由圖6可以看出，地震作用下兩個模型位移曲線基本接近，最大位移分別107mm和113mm，兩種方法產(chǎn)生的誤差較校圖7中兩種模型頂層管道節(jié)點加速度時程曲線基本一致，峰值也基本相當。圖6~圖7是管道外徑為100mm時的計算結果，對于不同管徑下的管道地震反應，經(jīng)計算可得到相似結果。因此，對管道進行動力分析時，無須建立較為復雜的建筑-管道整體模型，可使用多點激勵方法對管道單獨分析。圖8表明：地震作用下，管道的運動受建筑樓層的運動影響較大，自身動力反應產(chǎn)生的位移很小，可以忽略。4樓層反應譜由上述分析結果可知，地震作用下管道系統(tǒng)的運動很大程度上取決于結構各樓層的運動。為此，選取Elcentro地震波和依據(jù)建筑場地擬合的一條人工地震波(見圖9)對上文7層框架結構進行動力時程分析，計算了結構在8度設防下，地震動加速度峰值為常遇地震(0.07g0)、設防地震(0.2g0)、罕遇地震(0.4g0)時各樓層的加速度放大系數(shù)[16]和樓層反應譜。圖9人工合成地震波Fig.9Artificialsyntheticseismicwaves表2Elcentro地震波作用下樓層加速度峰值(單位：g0)Tab.2FlooraccelerationpeakvalueunderElcentroseismicwave
【參考文獻】：
期刊論文
[1]地震載荷工況下隧道內油氣管道應力分析研究[J]. 孫靖云,陳利瓊,夏燕,宋利強,劉琦,韓曉瑜. 應用力學學報. 2017(04)
[2]輸氣管道在走滑斷層作用下的屈曲有限元研究[J]. 全愷,周晴莎. 應用力學學報. 2017(04)
[3]地震可恢復性與非結構系統(tǒng)性態(tài)抗震研究略述[J]. 寧曉晴,戴君武. 地震工程與工程振動. 2017(03)
[4]某高層建筑玻璃幕墻地震作用探討[J]. 曹麗娜,盧文勝,黃寶鋒,曹文清. 結構工程師. 2010(06)
[5]流固耦合作用下流體對管道抗震性能的影響分析[J]. 梁軍,朱慶杰,蘇幼坡. 世界地震工程. 2007(03)
[6]抗震分析中的多點激勵問題[J]. 陳海斌. 中國水運(學術版). 2006(11)
[7]多點連接二次結構地震響應的研究方法[J]. 韓淼,秦麗. 北京建筑工程學院學報. 2003(04)
碩士論文
[1]建筑輸液管道地震反應及易損性分析[D]. 袁鵬程.內蒙古科技大學 2019
本文編號：3546379
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