Page 263 - 《振动工程学报》2025年第8期

第 8 期 韩俊艳，等： 脉冲型地震动下埋地管道易损性及巨震风险分析 1903

表 3 地震动强度参数均值
Tab. 3 Mean value of ground motion intensity parameters
地震动强度参数 各指标表达式 无脉冲型地震动 有脉冲型地震动
峰值加速度/g PGA = max |a( t )| 0.151 0.310
π t f
-1 a ( t ) dt
2
ARIAS 强度/(m·s ) AI = ∫ 0.011 0.024
2g 0
t f
-1
累积绝对加速度/(m·s ) CAV = ∫ |a( t )|dt 2.801 5.201
0
t 95
2
-2
均方根加速度/(m·s ) a rms = ∫ a ( t ) dt/t d 0.019 0.033
t 5
1.5
1.5
特征强度/(m ·s -1.5 ) I c = a rms t d 0.5 0.0033 0.0062
分 别 比 无 脉 冲 型 地 震 动 增 加 105%、118%、85%、
73% 以 及 99%。 其 中 ARIAS 强 度 相 差 最 大 ，为
118%；其次是峰值加速度，相差 105%；均方根加速
度相差最少，为 73%；累积绝对加速度和特征强度
分别相差 85% 和 99%。综上，本次土耳其地震脉冲
型地震动各地震强度参数均值显著大于无脉冲地震
图 2 管道模型示意图 （单位： mm）
动，平均为无脉冲地震动的两倍。有必要进一步对 Fig. 2 Schematic diagram of pipeline model （Unit： mm）
埋地管道在脉冲型地震动作用下的地震响应及易损
性进行深入分析。 一轴向土弹簧；球墨铸铁管道模型参数与连续管道
相同。同时为了模拟承插式接口在地震作用下的力
2 有限元分析 学特性，在每段管道中间设置一个接口弹簧，弹簧刚
度根据钟紫蓝等 ［29］ 开展的球墨铸铁管道承插式接口
2. 1 模型与参数 轴向拉伸试验确定，如图 3（a）所示。
根据文献［30］所建议的方法，土体在地震作用下
本文基于 ABAQUS/Standard 有限元分析平台
的非线性动力特性采用弹塑性双折线模型进模拟 ［31］ ，
建立了 Winkler 地基梁简化模型，分别对连续管道
和球墨铸铁管道进行非线性动力时程分析。管道模 如图 3（b）所示。选用 API 5L X65 钢质管材，管道参
型如图 2 所示，其中连续管道采用 B21 梁单元，使用 数如表 4 所示。钢管的应力‑应变本构关系采用油气
轴向非线性离散土弹簧对无限半空间场地及管‑土 管道规范中推荐的三折线模型 ［30］ ，如图 3（c）所示，其
相互作用进行表征。为避免端部约束对于梁模型的 中 E 1 和 E 2 分别表示简化曲线第一段和第二段的弹性
影响，设置管道总长为 480 m，管道模型每 3 m 施加 模量。

图 3 弹簧和管的本构模型
Fig. 3 Constitutive models of springs and pipeline

表 4 管道参数
Tab. 4 Pipeline parameters
管道类型 管道材质 外径/mm 单位重量/(kg·m ³) 弹性模量/GPa 壁厚/mm 屈服强度/MPa 极限强度/MPa
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连续管道 API5LX65 762 7800 210 17.5 450 535