山东省滨州市沾化区自来水公司 山东省 256800
摘要：城市供水管网系统是生命线工程的重要组成部分之一，生命线工程在地震中所受灾害尤为突出。在近代历史上发生的几次地震当中，供水管网系统都遭受了不同程度的破坏，给生命和财产安全带来严重威胁，因此对供水管网系统进行抗震功能可靠性研究对城市的防震减灾工作具有重要的意义。
关键词：城市；供水管网；抗震设计
1城市地下供水管道的抗震可靠性分析
1.1震时管道工作状态划分
在对管道工作状态进行判断时,场采用管道接头变形是否超出接头允许的范围来判定,在地震作用线,管道接口变形反应S与允许开裂变形极限抗力R1和允许渗漏变形极限抗力R2的相对关系来定义管道工作状态。当S小于R1、接头存在少量细微裂纹或渗漏时,管道被定义为基本完好;当S大于R1、多处接头渗水及裂纹,并且管道存在进一步破坏的趋势,管道内压下降时,管道被定义为中等破坏;当S大于R2且填料松动,接口甚至拉出导致渗水严重,管内压力下降显著,甚至管道供水功能失效时,管道被定义为严重破坏。
1.2管道单元的极限状态方程
通常来说,供水管道接口的允许变形极限参数是已知的,地震作用效应的参数经过地震测算亦可获知,在已知参数的基础上通过常规的结构抗震可靠度分析方法计算出管道抗震可靠度。在抗震可靠性分析中,由于极限值是状态改变的临界值,因此引入极限状态方程为可靠性分析的线性函数,地震作用下管道的变形为S,接头的允许极限值为R,将S与R作为结构功能函数的基本变量,则:Z=f(R,S)=R-S。由函数可知,当Z>0时,管道状态良好,当Z<0时,管道功能失效,当Z=0时,管道处于极限状态。
1.3管道单元的概率预测模型
在概率预测模型中,管道可靠性涉及的因子参数是在可靠性理论下完成的,假设管道地震效应S和结构抗力R均符合正态分布,则功能函数Z=R-S亦服从正态分布,那么管道三种状态的概率预测模型分别为:
.png)
.png)
.png)
4.2供水管网抗震加固优化设计
由于供水管网抗震加固优化设计中的各项变量为离散变量,需要对其进行优化,通常采用枚举法组合出所有可能的加固方案。但是在实际的计算中,随着加固单元的增多,求解问题变得复杂,枚举法的运算量也相应的变大,给计算带来极大的难度。在这种情况下,可用正交枚举法进行简化。正交枚举法又称为正交试验法和正交设计法,正交表是其具体计算方式,一般步骤为:调因素、选水平,列出因素水平表→选用正交表、排表头→安排试验方案→试验结果分析。
在进行正交表试验之后进行供水管网系统抗震加固优化设计,选择管网单元抗震加固方案,一般通过改变棺材、管径以及采用抗震构造措施等来实现加固。此外,结合城市地址特点,可选择增加柔性接头作为加固方案来增加抗震可靠性。一般来说,利用正交设计法进行城市供水管网系统抗震加固优化的具体步骤为:确定加固单元并编为因素编号→根据可选加固方案确定水平编号→将各编号编入正交表→计算每次试验的指标值→比较实验结果,选择最优方案。
结论
供水管网系统在地震时易遭受损坏，采用经验法对管网进行震害预测，评价各管道的破坏状态是在管道单元层次；采用蒙特卡罗法对整个管网系统进行连通可靠性分析是处于系统层次。对管网系统进行从管道单元层次到系统层次的可靠性分析具有重要意义，为供水管网系统的抗震设计提供参考。
参考文献：
[1]何双华.供水管网系统抗震可靠性分析及加固优化研究[D].大连大连理工大学.2017.
[2]韩阳.城市地下管网系统的地震可靠性研究[D].大连理工大学.2017.
[3]姚敬茹,岳庆霞.城市供水管网的抗震性能评估[J].工程抗震与加固改造,2017,39(S1):69-73.
[4]刘刚,安韶,王威.城市供水管道抗震可靠度智能计算理论及其应用[J].中国安全科学学报,2017,25(11):118-122.
[5]张恒.城市供水管网抗震可靠性研究[D].河北工业大学,2017.
论文作者:邵利光
论文发表刊物:《防护工程》2018年第26期
论文发表时间:2018/12/15
标签：管网论文; 管道论文; 正交论文; 系统论文; 状态论文; 可靠性论文; 单元论文; 《防护工程》2018年第26期论文;