Page 264 - 《振动工程学报》2025年第8期

1904 振 动 工 程 学 报 第 38 卷

2. 2 地震动输入与边界条件

研究表明，在进行 IDA 分析时，选取 10~20 条
地震动即可充分考虑地震动的不确定性 ［32］ 。本文从
土耳其灾害和应急管理局（AFAD）下载了 24 个台
站数据，包括 12 条无脉冲记录以及 12 条有脉冲记
录。埋地管道作为典型的长线型地下结构，非一致
地震激励对其地震响应的影响不容忽视，本文在研
究中主要考虑行波效应。
本文采用 Winkler 地基梁简化模型，将结构周
围场地土简化为土弹簧。本文主要考虑纵向激励的
影响，地震动时程数据输入到对应的土弹簧节点。
LEE 等 ［33］ 对地基梁模型进行了研究分析，认为在软
黏土场地中将其简化为固定端场地约束会对管道应
变产生明显的影响，而在密砂场地中则不会有显著
影响，因此本文将两端假设为固定端。对于球墨铸
铁管道，在以往震害调查中主要发生接口脱落破坏。
为了检测其在地震作用下的接口张开量，本文将接
口之间的相互作用简化为轴向相互作用。
李 满 君 ［31］ 分 别 选 取 El‑Centro 地 震 动 、Kobe 地
震动和北京人工合成地震动作为输入地震动，并提
取管道轴向的峰值与《油气输送管道线路工程抗震
［34］
技术规范》 中的埋地直管道在地震动作用下的最
大轴向应变以及振动台试验数据进行对比。研究结
果表明数值模型与规范以及振动台试验结果吻合较
好，同时验证了本研究所用的 Winkler 地基梁简化
模型的有效性。

3 埋地管道易损性分析

图 4 埋地管道易损性分析实施流程
3. 1 易损性分析流程简介
Fig. 4 The implementation process of buried pipeline fragility
本文通过有限元分析方法分别对连续管道、球 及峰值加速度（PGA）相差最大。此外以 PGA 作为
墨铸铁管道进行数值计算，并进行 IDA 分析。国内 强 度 指 标 概 念 清 晰 、计 算 简 单 ，因 此 本 研 究 采 用
外学者已经开展了许多有关地上结构的易损性分析 PGA 作为 IM 指标进行结构易损性分析。
研究，积累了很多有效的研究成果，因此，本文借鉴 历史震害表明，连续管道的破坏主要由应变控
以往研究经验开展易损性分析，步骤如图 4 所示。 制。目前相关研究中也常采用管道轴向峰值应变 ε

作为 DM 指标。因此对于连续管道，本研究选取管
3. 2 地震动强度指标与结构损伤指标
道的轴向峰值应变作为 DM 指标。对于承插式球墨
在 IDA 分析中，地震动强度指标（IM）以及结构 铸铁管道，其接口的轴向拉压破坏是常见的破坏形
损伤指标（DM）的选取对分析结果有显著影响，同 式 ［37‑38］ 。钟紫蓝等 ［29，39‑40］ 针对球墨铸铁管道进行轴
时合理的指标选取可以有效降低结构响应预测的离 向拉伸和横向弯曲试验研究，建立了管道接口的失
散性。 效判定准则。本文选用管道的接口张开量 U b 作为
研究表明 ［35‑36］ 地下结构对 PGA 或 PGV 的响应 球墨铸铁管道的 DM 指标。根据《生命线工程地震
比对 PGD 的响应更敏感，且最优地震动峰值指标均 破坏等级划分》 ，将不同类型管道的地震损伤划分
［41］
随埋深的改变而变化，埋深浅时 PGA 效益性最优。 为三等级性能水准：基本完好、中等损坏和严重破
另一方面，脉冲型与无脉冲型地震动 ARIAS 强度以 坏，如表 5 所示。