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进行海底管道的抗震设计意义重大。因为无专业的海底管道抗震设计规范,目前依照陆地管道规范进行海管抗震校核时多次出现应力计算值过大、管道结构尺寸对地震应力值影响甚微等问题,这些现象对抗震结构设计带来很大困惑。本论文在详细分析现用设计方法的基础上,结合海底管道的实际铺设环境,进行了理论分析和实例计算,得到如下结论: 基于约束管道土壤在弹性变形条件下的现用海底管道抗震设计方法不能满足工程实际,无法解决海底管道的设计问题,通过理论分析和工程实例,指出了其局限性,并提出了修正办法。 通过理论分析给出了地震条件下管土之间约束状态的判断准则,该准则下的工程实例计算发现,在海底埋设环境下,约束管道的土壤进入了塑性滑移状态,超出了现用规范将管土之间假设为弹性约束状态的使用范围。所以,在地震条件下,海底管道的地震应力计算必须依据本文提出的准则首先判断土壤和管道之间的约束是否在弹性范围内,超出弹性范围就必须按土壤进入塑性滑移状态进行极限地震应力分析。 基于塑性滑移理论的极限地震应力计算法充分反映了地震过程中管土之间的相互作用和约束关系,通过理论分析和实例计算,揭示了管道几何参数、埋设条件和土壤特性等环境因素对管道地震响应的影响规律,为工程设计方案修改、旧管道地震风险评估、剩余寿命预测提供了科学依据和有效的计算手段。 通过参数分析发现,管道壁厚对极限地震应力值的影响明显强于管道外径的影响,在一定埋设深度范围内,埋设深度越大,管道的极限地震应力越大。所以,增大管道壁厚和降低埋设深度是提高海底管道抗震能力的有效途径,这和长期积累的工程经验是一致的。 给出了四种极限地震应力法:单位长度摩擦力法、修正法、抗剪强度法和加权平均法,修正法考虑了埋设土壤塌落拱的影响,计算结果较小,但对于海底土壤,塌落拱系数需要工程数据的进一步校正;抗剪强度法是以土的实际抗剪强度作为计算单位长度极限约束力的根据;单位长度摩擦力法既反映了海底管道地震条件下的极限应力状况,又因没有考虑塌落拱的影响,保证了安全,推荐使用;加权平均法为工程人员在考虑不同的安全裕度时提供了一种选择。抗剪强度法的土壤剪切强度一般在管道路由勘察时给出,实际的工程可操作性强,保证了工程计算的准确性,而且可以保证海底管道抗震的安全性等方面要求,推荐使用。