Page 267 - 《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 1907

表 7 球墨铸铁管道在Ⅶ度、Ⅷ度、Ⅸ度区的破坏概率 i
VI = ∑ DF j × P ( DS|X ) （6）
Tab. 7 Failure probability of ductile iron pipeline in the
j = 0
Ⅶ， Ⅷ and Ⅸ regions 式中，DF j （j=0，1，2）为基本完好、中等损坏、严重破
地震动 破坏概率 坏三个破坏状态所对应的震害指数。
地震烈度
类型 基本完好 中等损坏 严重破坏
本研究将管道结构损伤分为三种破坏状态：基
Ⅶ 0.953 0.04643 0.00057
无脉冲型 本完好、中等损坏和严重破坏。同时参考《中国地震
Ⅷ 0.75 0.238 0.012
［44］
地震动 烈度表》 以及于晓辉等 ［42］ 的研究结论确定不同破
Ⅸ 0.39 0.525 0.105
坏状态下对应的震害指数。在基本完好状态下，震
Ⅶ 0.68 0.29 0.03
有脉冲型 害指数的上下限分别为 0% 和 25%；中等损坏状态
Ⅷ 0.333 0.507 0.16
地震动 为 25% 和 55%；严重破坏状态为 55% 和 100%。根
Ⅸ 0.09 0.45 0.46
据上述公式计算出不同设防等级下埋地管道的易损
于刚度变化更易发生破坏。综上所述，对于不同形 性指数，如表 8 所示。
式的埋地管道，脉冲型地震均显著增加了结构的失 研究结果表明，脉冲型地震动会显著增加埋地
效风险，相比于连续管道，球墨铸铁管的接口失效更 管道的易损性指数。对于连续管道，在Ⅶ度、Ⅷ度和
值得关注。 Ⅸ度设防水平下，脉冲型地震动作用下易损性指数
3. 3. 3 埋地管道易损性指数分析 分别增加了 5.6%、15.9% 和 40.5%。对于球墨铸铁
于晓辉等 ［42］ 在传统易损性的基础上，提出了易 管道，分别增加了 42.4%、81.5% 和 78.9%。当地震
损性指数的概念并将其应用于评估钢筋混凝土框架 动是脉冲型时，其频率特征与无脉冲地震动有所不
结构的地震损伤。林天成等 ［43］ 利用易损性指标针对 同，导致管道产生更大的应力响应，从而增加了管道
主余震作用下典型六层 RC 框架结构易损性进行了 发生破坏的概率，该现象对于球墨铸铁管道来说尤
分析，本研究将易损性指数引入埋地管道易损性分 其突出。因此，在地震灾害预测和管道抗震设计中，
析，同时采用以 PGA 为指标的失效概率。易损性指 需要特别考虑脉冲型地震动的影响，并采取适当的
数（VI）的数学表达式为： 防护措施来降低管道破坏的概率。

表 8 埋地管道易损性指数
Tab. 8 Fragility index of buried pipeline

地震动指数均值 易损性指数
结构类型 地震动类型
基本完好 中等损坏 严重破坏 Ⅶ度设防 Ⅷ度设防 Ⅸ度设防
无脉冲型 0.124 0.138 0.203
连续管道 0.125 0.275 0.775
脉冲型 0.132 0.170 0.291
无脉冲型 0.138 0.198 0.340
球墨铸铁管道 0.125 0.275 0.775
脉冲型 0.224 0.368 0.548

3. 4 埋地管道震害率分析 度、Ⅸ度区的管道标准单元的破坏概率及破坏等级
如表 6 和 7 所示。
为了对比本文 IDA 分析法与经验统计法计算
本研究基于易损性分析结果和震害率分析方
结 果 的 差 异 。 本 文 选 用 中 、日 、美 三 国 的 震 害 资
法，按下式得出在不同地震动下的连续管道在Ⅶ度、
料 ［45］ ，假设埋地管道在地震作用下发生的破坏次数
Ⅷ度、Ⅸ度区的平均震害率，如图 9 所示。
属于泊松分布： 3
ˉ
-λL λ = ∑ P fi ⋅ a i （8）
P f = 1 - e （7）
i = 1
式中， λ 表示管道震害率；L 表示所计算的管道长度。 式中，P fi （i=1，2，3）为基本完好、中等损坏、严重破
为了计算破坏概率，引入权重因子的概念，用 a i 坏三个破坏状态所对应的破坏概率。
（i=1，2，3）表示，其集合用 A 表示。a 1 、a 2 、a 3 分别对 结果表明在同一设防烈度区管道震害率 IDA
应基本完好、中等损坏、严重破坏概率对管道整体破 理论分析结果高于经验统计结果，并且随着烈度的
坏概率的影响。根据泊松分布假定，并取中等损坏、 增长，震害率显著加剧。由震害率随地震强度的变
严重破坏对应的破坏率均值为 0 和 0.1，可求出权重 化趋势可知，在巨震作用下，埋地管道的地震风险显
［46］
因子 A=［a 1 ，a 2 ，a 3 ］=［0，0.223，0.777］ 。Ⅶ度、Ⅷ 著增加。此外，在无脉冲地震动作用下，连续管道的