建筑输液管道地震反应分析
发布时间：2021-12-22 12:23
建筑物内输液管道作为依附在各楼层的非结构构件,对保障建筑物正常使用具有重要意义。基于主体结构各楼层对管道的二次输入影响,分别分析了管道与建筑结构耦合和管道多点激励下的地震反应,通过比较两个模型的计算结果,研究管道地震反应的实用分析方法。通过对主体结构弹塑性时程分析,得到楼层加速度放大系数变化规律,并建立楼面反应谱分析楼层反应谱相对地面反应谱的放大效应以及楼层对管道的地震作用。利用多点激励分析方法分析了主体结构类型及管径对管道应力的影响,结果表明:地震作用下管道的最大应力发生在与楼层连接处,2层、3层为管道薄弱层;侧向刚度较大的框架-剪力墙结构中的管道应力值较框架结构管道应力偏小;管径为150mm的管道应力约为管径为25mm管道的6倍。
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(05)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
输液管道系统对建筑服务功能的影响Fig.1Influenceofliquidpipingsystemonbuildingservicefunction
的，即dssssXXX(6)其中拟静力位移可以通过静力平衡条件求解，即sssssbbKXKX0(7)s1ssssbbXKKX(8)令1sssbRKK代入式(8)得ssbXRX(9)将式(6)、式(9)代入式(5)得dddsssssssssssbRMXCXKXMX(10)此方程为管道各支撑点动力输入的动力平衡方程。3算例分析本文分别采用整体耦合模型与管道多点激励模型对建筑内输液管道进行地震反应分析。其中整体耦合模型主体结构为典型7层钢筋混凝土框架结构，结构平面图如图4所示，建筑首层层高为3.9m，其他层高为3.3m。依据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)[6]进行设计，抗震设防烈度为8度、地震分组为第一组、场地类别为II类、结构阻尼比为5%。主体结构采用有限元中纤维梁单元模拟，整体模型中将建筑楼层与管道连接部位作为管道支撑点与建筑物刚性连接，如图5所示。图4主体结构平面图Fig.4Constitutiverelationofconcrete图5建筑-管道系统模型Fig.5Constitutiverelationofconcrete混凝土采用Kent-Park[13]模型，依据文献[14]中的滞回规则，取轴心抗压强度平均值为混凝土轴心受压强度c0f，混凝土极限受压强度fc为极限压应变εcu对应的混凝土轴心受压强度，依据工程经验取0.85fc0，取混凝土极限压应变εcu，为0.0038，混凝土轴心受拉强度tc0ff1.8。钢筋本构模型选用Clough[15]本构退化的随动强化单轴本构模型。输液管道采用Q235不锈钢，弹性模量为200MPa，屈服强度为234MPa。管道简化为依附在各楼层的立管，视为结构的组成单元与建筑物刚性连接。模型中的管道参数
第5期郝润霞，等：建筑输液管道地震反应分析2123算得到图5中Xi方向处(i为楼层)管道节点位移，计算结果如图6所示，同时还提取了顶层管道节点的加速度时程对比结果，如图7所示。图6管道位移对比Fig.6Pipelinedisplacementcomparison图7加速度时程对比Fig.7Accelerationtime-historycomparison图8楼层响应与管道自身响应对比Fig.8Comparisonoffloorresponseandpipelineresponse由图6可以看出，地震作用下两个模型位移曲线基本接近，最大位移分别107mm和113mm，两种方法产生的误差较校图7中两种模型顶层管道节点加速度时程曲线基本一致，峰值也基本相当。图6~图7是管道外径为100mm时的计算结果，对于不同管径下的管道地震反应，经计算可得到相似结果。因此，对管道进行动力分析时，无须建立较为复杂的建筑-管道整体模型，可使用多点激励方法对管道单独分析。图8表明：地震作用下，管道的运动受建筑楼层的运动影响较大，自身动力反应产生的位移很小，可以忽略。4楼层反应谱由上述分析结果可知，地震作用下管道系统的运动很大程度上取决于结构各楼层的运动。为此，选取Elcentro地震波和依据建筑场地拟合的一条人工地震波(见图9)对上文7层框架结构进行动力时程分析，计算了结构在8度设防下，地震动加速度峰值为常遇地震(0.07g0)、设防地震(0.2g0)、罕遇地震(0.4g0)时各楼层的加速度放大系数[16]和楼层反应谱。图9人工合成地震波Fig.9Artificialsyntheticseismicwaves表2Elcentro地震波作用下楼层加速度峰值(单位：g0)Tab.2FlooraccelerationpeakvalueunderElcentroseismicwave
【参考文献】：
期刊论文
[1]地震载荷工况下隧道内油气管道应力分析研究[J]. 孙靖云,陈利琼,夏燕,宋利强,刘琦,韩晓瑜. 应用力学学报. 2017(04)
[2]输气管道在走滑断层作用下的屈曲有限元研究[J]. 全恺,周晴莎. 应用力学学报. 2017(04)
[3]地震可恢复性与非结构系统性态抗震研究略述[J]. 宁晓晴,戴君武. 地震工程与工程振动. 2017(03)
[4]某高层建筑玻璃幕墙地震作用探讨[J]. 曹丽娜,卢文胜,黄宝锋,曹文清. 结构工程师. 2010(06)
[5]流固耦合作用下流体对管道抗震性能的影响分析[J]. 梁军,朱庆杰,苏幼坡. 世界地震工程. 2007(03)
[6]抗震分析中的多点激励问题[J]. 陈海斌. 中国水运(学术版). 2006(11)
[7]多点连接二次结构地震响应的研究方法[J]. 韩淼,秦丽. 北京建筑工程学院学报. 2003(04)
硕士论文
[1]建筑输液管道地震反应及易损性分析[D]. 袁鹏程.内蒙古科技大学 2019
本文编号：3546379
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(05)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
输液管道系统对建筑服务功能的影响Fig.1Influenceofliquidpipingsystemonbuildingservicefunction
的，即dssssXXX(6)其中拟静力位移可以通过静力平衡条件求解，即sssssbbKXKX0(7)s1ssssbbXKKX(8)令1sssbRKK代入式(8)得ssbXRX(9)将式(6)、式(9)代入式(5)得dddsssssssssssbRMXCXKXMX(10)此方程为管道各支撑点动力输入的动力平衡方程。3算例分析本文分别采用整体耦合模型与管道多点激励模型对建筑内输液管道进行地震反应分析。其中整体耦合模型主体结构为典型7层钢筋混凝土框架结构，结构平面图如图4所示，建筑首层层高为3.9m，其他层高为3.3m。依据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)[6]进行设计，抗震设防烈度为8度、地震分组为第一组、场地类别为II类、结构阻尼比为5%。主体结构采用有限元中纤维梁单元模拟，整体模型中将建筑楼层与管道连接部位作为管道支撑点与建筑物刚性连接，如图5所示。图4主体结构平面图Fig.4Constitutiverelationofconcrete图5建筑-管道系统模型Fig.5Constitutiverelationofconcrete混凝土采用Kent-Park[13]模型，依据文献[14]中的滞回规则，取轴心抗压强度平均值为混凝土轴心受压强度c0f，混凝土极限受压强度fc为极限压应变εcu对应的混凝土轴心受压强度，依据工程经验取0.85fc0，取混凝土极限压应变εcu，为0.0038，混凝土轴心受拉强度tc0ff1.8。钢筋本构模型选用Clough[15]本构退化的随动强化单轴本构模型。输液管道采用Q235不锈钢，弹性模量为200MPa，屈服强度为234MPa。管道简化为依附在各楼层的立管，视为结构的组成单元与建筑物刚性连接。模型中的管道参数
第5期郝润霞，等：建筑输液管道地震反应分析2123算得到图5中Xi方向处(i为楼层)管道节点位移，计算结果如图6所示，同时还提取了顶层管道节点的加速度时程对比结果，如图7所示。图6管道位移对比Fig.6Pipelinedisplacementcomparison图7加速度时程对比Fig.7Accelerationtime-historycomparison图8楼层响应与管道自身响应对比Fig.8Comparisonoffloorresponseandpipelineresponse由图6可以看出，地震作用下两个模型位移曲线基本接近，最大位移分别107mm和113mm，两种方法产生的误差较校图7中两种模型顶层管道节点加速度时程曲线基本一致，峰值也基本相当。图6~图7是管道外径为100mm时的计算结果，对于不同管径下的管道地震反应，经计算可得到相似结果。因此，对管道进行动力分析时，无须建立较为复杂的建筑-管道整体模型，可使用多点激励方法对管道单独分析。图8表明：地震作用下，管道的运动受建筑楼层的运动影响较大，自身动力反应产生的位移很小，可以忽略。4楼层反应谱由上述分析结果可知，地震作用下管道系统的运动很大程度上取决于结构各楼层的运动。为此，选取Elcentro地震波和依据建筑场地拟合的一条人工地震波(见图9)对上文7层框架结构进行动力时程分析，计算了结构在8度设防下，地震动加速度峰值为常遇地震(0.07g0)、设防地震(0.2g0)、罕遇地震(0.4g0)时各楼层的加速度放大系数[16]和楼层反应谱。图9人工合成地震波Fig.9Artificialsyntheticseismicwaves表2Elcentro地震波作用下楼层加速度峰值(单位：g0)Tab.2FlooraccelerationpeakvalueunderElcentroseismicwave
【参考文献】：
期刊论文
[1]地震载荷工况下隧道内油气管道应力分析研究[J]. 孙靖云,陈利琼,夏燕,宋利强,刘琦,韩晓瑜. 应用力学学报. 2017(04)
[2]输气管道在走滑断层作用下的屈曲有限元研究[J]. 全恺,周晴莎. 应用力学学报. 2017(04)
[3]地震可恢复性与非结构系统性态抗震研究略述[J]. 宁晓晴,戴君武. 地震工程与工程振动. 2017(03)
[4]某高层建筑玻璃幕墙地震作用探讨[J]. 曹丽娜,卢文胜,黄宝锋,曹文清. 结构工程师. 2010(06)
[5]流固耦合作用下流体对管道抗震性能的影响分析[J]. 梁军,朱庆杰,苏幼坡. 世界地震工程. 2007(03)
[6]抗震分析中的多点激励问题[J]. 陈海斌. 中国水运(学术版). 2006(11)
[7]多点连接二次结构地震响应的研究方法[J]. 韩淼,秦丽. 北京建筑工程学院学报. 2003(04)
硕士论文
[1]建筑输液管道地震反应及易损性分析[D]. 袁鹏程.内蒙古科技大学 2019
本文编号：3546379
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