基于ANSYS和EPANET的供水管网抗震预测模型研究

定义节点预测地震位移危险指标值和节点预测地震应力危险指标值，简称位移危险值和应力危险值。设节点用N_g表示，g=1,2,…,TN；TN为管网总节点数目。又设节点N_g的关联管段用P_gh表示，表示与节点N_g关联的第h个管段，h=1,2,…,JN_g；JN_g为N_g的节点度，即其关联管段的数目；关联管段集用S_g表示。则节点的位移危险值和应力危险值分别按式（4）、（5）计算，其中节点N_g的关联管段P_gh属于第i种管径（管材）地质论文，该节点属于第j种接头形式。

（4）

（5）

DDI_g——节点N_g处的位移危险指标值(Displacement Danger Index)，m。

SDI_g——节点N_g处的应力危险指标值(Stress Danger Index)，Pa。

利用C语言调用EPANET的toolkit，导入微观模拟实验数据和管网拓扑关系及管段、节点属性，计算管网中各节点的危险值。预测计算的流程如图11所示cssci期刊目录。

图11 各节点预测危险值计算流程图（TN为管网节点总数目）

2.5 预测结果表达

通过EPANET的图示功能可显示危险值的分布，尤其是利用其Query功能可查询高于某一危险值的节点，以显示出相应程度的危险点分布情况。如对江油市城区供水管网最终的预测结果用EPANET表达如图12所示，选取10个节点标识为地震时的危险点亦即最容易发生损坏的脆弱点。同时可将排列前10位的危险节点值用列表的方式输出如表4所示（注意其中有排序相同的节点，故总数可能超过10个，表中数值为经过处理后的相对值，从上到下危险值越来越高）。

（a）位移 （b）应力

图12 预测江油市供水管网地震危险点

而实际通过将图13和图12（a）、（b）及表4比较，综合位移和应力两种角度的预测比较结果，本研究的抗震预测模型预测地震损坏的准确率在60%~70%之间，如表4所示，该结果还是比较令人满意的。

图13 江油市实际管网地震损坏点分布

表4 江油市供水管网地震危险点分布表

位移法

应力法

Node ID

相对危险值

Node ID

相对危险值

Junc 33

44.0907

Junc 16

11.21491

Junc 2

44.0907

Junc 34

11.43426

Junc 40

44.0907

Junc 33

11.43426

Junc 34

44.0907

Junc 39

11.43426

Junc 39

44.0907

Junc 2

11.43426

Junc 15

44.0908

Junc 40

11.43426

Junc 52

44.0908

Junc 44

11.61404

Junc 9

44.3065

Junc 42

11.61404

Junc 44

44.3795

Junc 50

11.61404

Junc 42

44.3795

Junc 49

11.61404

Junc 50

44.3795

Junc 49

44.3795

Junc 1

44.4747

准确率

69.23%

准确率

60%

3 结论

本文研究的管网抗震预测模型虽然取得了一些令人满意的结果，但仍存在一些不足，主要包括以下三方面：

1）所建立的微观模拟实验的假设条件极为理想，未考虑不同管径组合后的工况和管长的影响，仅获取了相同管径管段构成的田字格微观管网的实验结果数值。

2）微观实验的数值未按照一定的规则（类似于水力学实验中的模型比尺）映射至实际管网，而直接应用与宏观管网，因此本研究无法得出假设地震的管网节点危险绝对值结果地质论文，只能得到相对值结果，因此不能判断管网中某一点是否会损坏。

3）进行宏观模型预测时仅考虑了地震波的影响，而未考虑各个点的场地土因素以及其他的场地破坏（例如砂土液化、场地不均匀沉降、滑坡等）影响，而这些因素通常也决定着管网损坏的严重程度。

虽然如2）所述，本研究的抗震预测模型不能判断管网中某一点是否会被损坏，但却可以判断该点是否更容易被损坏，所以本研究可从相对值的角度为抗震设防提供较好的参考，以便更有针对性地对管网中的地震危险点亦即抗震脆弱区进行加固或者设置柔性接头等抗震设防处理，从而提高管网抗震水平。而对于3）所述的仅考虑地震波的缺陷，由于地震波是管道损坏的主要诱因，而其他的场地破坏又难以进行量化处理，同时调查发现在地震波破坏严重的地区也更容易发生其他场地破坏，所以本研究的管网抗震预测模型方法仍然可以为抗震设计提供一定价值的参考。对于1）提出的不足，需要在进一步的研究中加以完善，以促进更好地发展管网抗震预测模型理论方法。

参考文献
[[1]]ROSSMAN L A，et al．EPANET2 Users Manual．Washington，DC：US Environmental ProtectionAgency， 2000
[[2]]王汝樑著．地下管线的震害、抗震验算、设计与措施．王珞珈，王前信，王田介纯等译．北京：地震出版社，2007
[[3]]侯忠良．地下管线抗震．北京：学术书刊出版社，1990
[[4]]赵成刚，冯启民．生命线地震工程．北京：地震出版社，1994
[[5]]李杰．生命线工程抗震：基础理论与应用．北京：科学出版社，2005
[[6]](苏)A.C. 格赫曼，(苏)X. X.扎伊涅特季诺夫著．管道的抗震设计施工与监护．刘昆，张宗理译．北京：地震出版社，1992
[[7]]谢志平，谢宇．给水工程抗震和震后给水．北京：地震出版社，1996
[[8]]GB50011-2001，建筑抗震设计规范(附条文说明含08局部修订)
[[9]]江油市城市给水管网现状图．成都市供水工程设计院，2006.10
 

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