6.2　通過活動斷層的埋地管道抗震設(shè)計

6.2.1　通過活動斷層的埋地管道應(yīng)采用應(yīng)變設(shè)計方法進行抗拉伸和抗壓縮驗算。

6.2.2　管道抗震驗算應(yīng)獲得下列資料：

1　管道軸向力學(xué)性能參數(shù)，包括應(yīng)力-應(yīng)變曲線，可根據(jù)本規(guī)范附錄C的規(guī)定確定；

2　本規(guī)范第4.2.2條和第5.1.7條規(guī)定的斷層、場地等參數(shù)；

3　防腐涂層的類型；

4　管道焊接接頭參數(shù)。

6.2.3　通過活動斷層的管道抗震計算應(yīng)符合下列規(guī)定：

1　對通過活動斷層的管道，當(dāng)符合下列情況時應(yīng)采用有限元方法進行抗震計算：

1）位于設(shè)計地震動峰值加速度大于或等于0.30g地區(qū)的管道；

2）通過重要區(qū)段的管道；

3）在斷層錯動作用下管道受壓縮的情況，包括管道通過逆沖斷層和管道與斷層交角大于90°兩種情況。

2　對不符合本條第1款規(guī)定的情況，可按本規(guī)范第6.2.5條對通過活動斷層的管道進行抗震計算。

6.2.4　管道通過活動斷層的容許應(yīng)變應(yīng)符合下列規(guī)定：

1　管道軸向容許拉伸應(yīng)變應(yīng)按下式計算：

式中：[εt]F——埋地管道抗斷的軸向容許拉伸應(yīng)變；

[φεt]——拉伸應(yīng)變承載系數(shù)，當(dāng)環(huán)向應(yīng)力小于或等于標(biāo)準(zhǔn)屈服強度的40%時，取0.9，當(dāng)環(huán)向應(yīng)力大于標(biāo)準(zhǔn)屈服強度的40%時，取0.7；

——管段的極限拉伸應(yīng)變，應(yīng)根據(jù)斷裂力學(xué)分析和物理試驗確定，并應(yīng)分析裂紋、缺欠、焊縫和熱影響區(qū)性能，以及溫度、應(yīng)變速率、初始應(yīng)變、應(yīng)變時效等因素的影響。當(dāng)資料缺乏時，可按本規(guī)范附錄D的公式估算。

2　管道軸向容許壓縮應(yīng)變應(yīng)按下式計算：

式中：[εc]F——埋地管道抗斷的軸向容許壓縮應(yīng)變；

[φεc]——壓縮應(yīng)變承載系數(shù)，取0.6；

——管段的極限壓縮應(yīng)變，應(yīng)根據(jù)有效的分析方法或物理測試確定，或二者同時采用，當(dāng)資料缺乏時，可按本規(guī)范附錄D的公式估算。

6.2.5　滿足本規(guī)范第6.2.3條第2款條件的管道抗震計算宜按下列步驟進行分析。

1　沿管軸方向土壤與管道外表面之間單位長度上的摩擦力可按下列公式計算：

式中：fs——沿管軸方向土壤與管道外表面之間單位長度上的摩擦力（N/m）；

μ——土壤與管道外表面之間的摩擦系數(shù)，應(yīng)按實測值或經(jīng)驗確定；

W——管頂至管溝上表面之間的土壤單位長度上的重力（N/m）；

Wp——管道和內(nèi)部介質(zhì)的自重（N/m）；

ρm——管道材料的密度（kg/m3）；

ρ——輸送介質(zhì)的密度（kg/m3）。

2　由斷層錯動引起的管道幾何伸長ΔL1應(yīng)按下列公式計算：

1）當(dāng)εnew≤ε1時，

2）當(dāng)εnew>ε1時，

式中：εnew——管道內(nèi)的拉伸應(yīng)變；

ε1——管道應(yīng)力-應(yīng)變簡化折線中彈塑性變形起點處的應(yīng)變，按本規(guī)范附錄C選取；

ΔL1——斷層位錯引起的管道幾何伸長（m）；

ΔX——平行于管道軸線方向的斷層位移（m）；

ΔY——管道法線方向的斷層位移（m）；

ΔZ——垂直方向的斷層位移（m），應(yīng)由地震地質(zhì)工程勘察確定；

E1——管道應(yīng)力-應(yīng)變簡化折線中彈性區(qū)的材料模量（Pa），按本規(guī)范附錄C選??；

E2——管道應(yīng)力-應(yīng)變簡化折線中彈塑性區(qū)的材料模量（Pa），按本規(guī)范附錄C選取；

ΔH——水平方向的斷層位移（m），應(yīng)由地震地質(zhì)工程勘察確定；

β——管道與斷層交角（°），應(yīng)由地震地質(zhì)工程勘察確定。

3　管道軸向應(yīng)變引起的物理伸長ΔL2可按下列公式計算：

1）當(dāng)εnew≤ε1時，

2）當(dāng)εnew>ε1時，

式中：ΔL2——管道軸向應(yīng)變引起的物理伸長（m）。

4　管道拉伸應(yīng)變可采用迭代法按下式計算：

5　由斷層位錯引起的管道最大拉伸應(yīng)變應(yīng)按下式計算：

式中：——斷層位錯引起的管道最大拉伸應(yīng)變。

6　計算的管道最大拉伸應(yīng)變應(yīng)小于或等于容許拉伸應(yīng)變[εt ]F，且應(yīng)明確相應(yīng)的抗震措施。

6.2.6　當(dāng)采用有限元方法進行通過活動斷層的管道抗震計算時，應(yīng)符合下列規(guī)定：

1　應(yīng)反映幾何大變形和材料非線性。

2　可采用梁單元、管單元、彎管單元或者殼單元建立有限元模型，可能發(fā)生大變形的管道部分，管道單元的長度不應(yīng)大于管道的直徑。

3　有限元模型分析管道的長度應(yīng)滿足下列要求：

1）當(dāng)采用固定邊界時，分析管道的長度應(yīng)滿足管道在兩個固定端的應(yīng)變接近于0；

2）當(dāng)采用等效邊界時，應(yīng)對在斷層附近發(fā)生大變形、長度不小于60倍管徑的管段進行有限元分析，可按本規(guī)范附錄E中的公式建立等效非線性彈簧替代離斷層較遠(yuǎn)的管道變形反應(yīng)。

4　管土之間的相互作用宜采用管軸方向土彈簧、水平橫向土彈簧和垂直方向土彈簧進行模擬。土彈簧的參數(shù)宜根據(jù)土的力學(xué)特性通過現(xiàn)場試驗或采用計算方法確定，初步計算時可采用本規(guī)范附錄E中的公式。當(dāng)采用其他管土作用模型時，應(yīng)經(jīng)過相應(yīng)的驗證。

5　抗震計算應(yīng)包括無內(nèi)壓和有內(nèi)壓（設(shè)計壓力）兩種工況。

6　有限元分析得到的管道軸向最大拉伸應(yīng)變和最大壓縮應(yīng)變應(yīng)分別小于或等于管道容許拉伸應(yīng)變[εt ]F和容許壓縮應(yīng)變[εc ]F，且應(yīng)明確相應(yīng)的抗震措施。