典型长距离输油管线地震易损性评估.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月世 界 地 震 工 程 .收稿日期:修回日期:基金项目:中国地震局工程力学研究所基本科研业务费专项资助项目()黑龙江省自然科学基金联合引导项目()中国地震局创新团队发展计划资助(中国大陆地区地震灾害模拟与评估)作者简介:王静宜()女硕士研究生从事生命线工程抗震研究:.通信作者:郭恩栋()男研究员从事生命线工程抗震研究:.文章编号:():./.典型长距离输油管线地震易损性评估王静宜 郭恩栋 闫培雷 李长宏 吴厚礼(.中国地震局工程力学研究所 地震工程与工程振动重点实验室 黑龙江 哈尔滨.地震灾害防治应急管理部重点实验室 黑龙江 哈尔滨)摘 要:我国长距离输油管线面临着严峻的
2、地震安全威胁 评估长距离输油管线地震安全风险排查抗震薄弱区段对管线防灾减灾工作具有重大的现实意义 本文基于地震作用下连续焊接管道截面的组合应力值、平均震害率及破坏处数划分了长距离输油管线地震破坏等级给出了典型长距离输油管线的地震易损性评估方法 结合实例给出了典型长距离输油管线地震易损性评估结果进行了管线抗震薄弱部位分析并提出了相应的对策与建议 本文可为一般场地长距离输油管线地震灾害风险排查工作提供指导关键词:长距离输油管线组合应力值平均震害率地震易损性中图分类号:.文献标识码:(.):.:引言石油是国家生存和发展不可或缺的战略资源对保障国家经济发展、社会进步和国防安全有着不可替代的作用 长距离
3、输油管线是运输原油以及成品油最为经济、高效、便捷的一种方式 截止 年底我国陆第 期王静宜等:典型长距离输油管线地震易损性评估上原油管道约 成品油管道约 我国油气管道建设稳步推进形成了西油东调和北油南运的输油格局拥有跨区域、广覆盖和多层次的长距离的输送网络 与此同时我国位于环太平洋火山地震带与喜马拉雅山火山地震带之间受到太平洋板块、印度洋板块和菲律宾板块的挤压面临严峻的地震安全威胁 长距离输油管线由于其距离长和纵深广等特点不可避免的途经地震高发地带地震灾害对长距离输油管线造成的危害不可忽视 年唐山大地震时秦京输油管线遭受了严重的破坏管线途径 度、度和 度区的长度分别为 、和 管线发生多处破坏流失
4、原油 万余吨造成了巨大的经济损失污染了大片农田和河流 近年来我国长距离输油管网规模不断增加地震对管网的威胁不容忽视 因此有必要对长距离输油管道的地震易损性进行分析评估为输油管道工程地震灾害隐患排查提供支撑确保长距离输油管道安全可靠的运行对于均匀土介质下管道的地震反应早在 年代末期 就对此展开了研究 到 年代日本学者就提出了反应位移法将管道简化为弹性地基梁将地震波简化为简谐波 王海波等通过边界元法得出管道埋深越浅地震对管线的危害越大 等在综合分析了 年阿拉斯加地震、年费尔南多地震、年危地马拉地震以及 年厄瓜多尔地震后提出:大规模永久性地表位移是地震造成石油设施损坏的主要原因郭恩栋等根据汶川大地震
5、的地下管道震害数据提出了不同地震烈度下部分埋地管道不同地震烈度下震害率冯启民等考虑了埋地管道与土介质的相互作用分析了管道作为薄壳结构的断层位错反应 等为了统一输油管线的置信度方法提出了将泵站与不同等级长距离输油管道视为一个整体建立了不同等级管道对应的设计基准断层位移危险等级分析 等利用大型振动台对埋地长距离管道进行非均匀激励实验证明非均匀地震激励对管道应变与位移影响很大对地表加速度影响较小刘建平等提出了长距离管线震害监测重点在于为震后紧急救援提供决策依据而不是震前预报并介绍了长距离输油管道检测技术在部分管线上的应用本文长距离输油管道易损性评估是基于现有埋地管线震害研究为基础 目前针对原油、成品
6、油管道的抗震研究基本集中在跨断层管线震害分析、场地变形和土壤液化等方面 对于长距离管道的抗震研究也仅仅局限于局部管段的分析缺乏对于上百公里甚至上千公里长距离输油管道抗震性能的定量预测研究 本文通过计算不同地震动加速度作用下连续焊接管段组合应力值实现了对单根管段进行三态破坏预测进而得到每 长距离输油管线平均震害率和破坏处数 以此为依据对长距离输油管网进行五态破坏预测和地震易损性分析评估并结合实际工程案例进行震害预测 对长距离输油管线地震灾害风险评估、薄弱部位排查加固和震后救灾等提供借鉴意义连续焊接管道地震破坏分析埋地管线的破坏一般表现为管线接口破坏、管体破坏和接头损坏等其中接头损坏是最常见的破坏
7、形式 长距离输油管线一般采用连续焊接高速钢通常采取组合应力作为破坏等级判定标准对于一般场地埋地管线震害破坏计算时一般假定管道处于理想状态认为水平剪切波引起的管道轴向变形是管道破坏的主要原因 地震波导致场地不同的点产生相对位移位移通过土体与管线的相互作用传到埋地直管道 地震波造成的管道纵向拉应力根据油气输送管道线路工程抗震技术规范(/)的计算方法求得根据第三强度理论即最大剪应力强度理论一般埋地管道轴向组合应力为:()()()式中:为管道轴向应力为管道环向应力为地震波造成的管道纵向拉应力为温差引起的管道纵向拉应力为内压引起的纵向拉管道应力为土静压引起的管道纵向拉应力为内压引起的管道环向拉应力为土体
8、静压引起的管道环向拉应力本文采用三态破坏准则对管道进行地震可靠性分析其中管道状态破坏一般分为三类破坏状况判断标准为:)管道处于基本完好状态)管道处于中等破坏状态)管道处于严重破坏状态管道基本失去输油功能世 界 地 震 工 程第 卷其中:为管线的组合应力 为管材屈服强度 为管材极限强度 和 为调整系数本文中取.管线破坏等级划分与震害预测.管段破坏概率假设管道截面的组合应力 、管道材料的屈服强度 和极限强度 均服从对数正态分布式中:()为标准正态分布函数均值和方差用 和 表示则可得单根管段破坏概率:()()()式中:为管道基本完好的概率 管道中等破坏的概率 管道毁坏的概率.基于平均震害率的长距离输
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