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城市供水管网是城市生命线系统的基本组成部分之一,震时管道结构或供水设施往往会遭受不同程度的地震破坏,从而导致供水管网系统的功能丧失或减弱,不能满足震后应急救援服务功能。目前,汲取基于性态的抗震设计方法,实现从传统的管网单元抗震能力提升到以震后应急支撑服务功能为性态目标的转变,是避免供水管网重要用户节点震后失效,有效发挥其应急救灾保障作用并减少地震灾害损失的重要手段。 本文针对城市供水管网基于性态的抗震设计方法,主要做了以下基础研究: (1)介绍了中日美三国供水管网防灾等级划分的内容,考虑供水管网防灾保障要求进行了供水管网体系性态水平的总体破坏描述,依据服务对象及震后影响将我国供水管道划分为四类,以管道接口失效概率、管道震害率及震后供水量为衡量指标将管道性态水平划分为五级,并对不同分类供水管道在不同设防地震条件下应达到的抗震性态目标给出了建议。 (2)以单体管道为出发点,选取管道接口失效概率作为性态水平的衡量指标,对比分析了埋地管道的地震反应分析方法共同变位法和反应位移法的基本原理,以反应位移法计算的管道接口变形为基础构建了管道可靠度极限功能函数。采用基于蒙特卡洛法的拉丁超立方抽样法进行管道可靠度的计算,对管道可靠度影响因素地震动加速度、特征周期、剪切波速、管道直径和壁厚进行了敏感性分析,为供水管网抗震性态设计提供了基础。 (3)采用基于管道可靠度的管道接口失效概率指标计算方法,选取国内常用的铸铁管、钢筋混凝土管和PE管计算得到不同性态水平节点处管道接口失效概率的调整因子值,以提高一个性态水平为原则得到了管道的重要性因子,为供水管网抗震性态设计提供了参考值。 (4)以不同分类供水管道的重要性因子为基础进行供水管网系统的水力性能分析,得到不同份分类管网在地震作用下的水压变化、节点满足率和供水系统满足率,初步探讨了供水管网抗震性态设计的思路和实现步骤。