【摘 要】
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PCCP（预应力钢筒混凝土管）作为地下生命线工程的重要组成部分,已被广泛应用在大型引水调水工程中,其中有不少管线穿越高烈度地震区。由于PCCP的多材料复合特性以及地震激励的随机性,结构在运行过程中的破坏形式和可靠性预测更复杂,但目前针对运行过程中PCCP结构的地震响应及减震抗震方面的研究较为缺乏。基于此背景,本文采用理论分析、数值模拟以及足尺试验相结合的方式,探究了运行过程中PCCP结构在随机地震
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PCCP（预应力钢筒混凝土管）作为地下生命线工程的重要组成部分,已被广泛应用在大型引水调水工程中,其中有不少管线穿越高烈度地震区。由于PCCP的多材料复合特性以及地震激励的随机性,结构在运行过程中的破坏形式和可靠性预测更复杂,但目前针对运行过程中PCCP结构的地震响应及减震抗震方面的研究较为缺乏。基于此背景,本文采用理论分析、数值模拟以及足尺试验相结合的方式,探究了运行过程中PCCP结构在随机地震作用下的响应规律,研究了 PCCP柔性减隔震与优化设计及其抗震可靠性,为PCCP抗震减震设计提供参考。论文的主要研究成果如下:（1）构建了包含管内有压流体、各结构层刚度贡献以及双胶圈多管节承插连接的三维精细化PCCP管土结构等效线性黏弹性地震动分析模型,并通过足尺模型试验进行了验证。进一步开展了 PCCP在运行、场地和地震等多场耦合作用下结构层的动力响应研究,结果表明:管内有压水体和地震峰值加速度对PCCP结构的影响均较大,且内水压力对结构层应力状态的影响非常明显,但水流速度对结构层的受力状态影响微弱;管周土压力对靠近土体侧的结构层变形受力特点影响较大,而对远离土体侧的结构层影响较小。（2）提出了降低PCCP结构震害的柔性减隔震方法,建立了 PCCP外包柔性减隔震层结构的“土体-减隔震层-管道”相互作用三维动力模型,分析了减隔震层材料密度、厚度、动剪切模量和阻尼比等参数对减震效果的影响。结果表明:减隔震层的厚度越大、密度和动剪切模量越小,减震效果越好,阻尼比对减震效果的影响较小。（3）提出了 PCCP结构柔性减隔震多目标优化设计方法和PCCP结构抗震安全裕度概念,建立了以PCCP结构抗震安全裕度为控制目标的柔性减隔震材料设计参数图解优化模型,实现了地震荷载下柔性减隔震外包层材料的厚度、密度和动剪切模量的优化设计。结果表明:减隔震层的厚度和动剪切模量对结构抗震性能安全裕度的影响较大,而密度的影响较小。（4）基于概率密度演化理论和工程随机地震动物理模型,提出了随机地震动激励下PCCP结构的抗震可靠性分析方法。对比分析了有无柔性减隔震层PCCP结构的随机地震动力反应和抗震可靠性。结果表明:随着地震动激励的增大,PCCP结构地震反应的变异程度相应增大,地震动的随机性不容忽视;结构的抗震可靠性随着失效阈值的减小而降低;柔性减隔震层可显著提高结构的抗震可靠性。
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