6.5 管道穿越工程抗震设计
6.5.1 当水域大中型穿越管道位于基本地震动峰值加速度大于或等于0.10g场地,其他穿越管道位于基本地震动峰值加速度大于或等于0.20g场地时,应进行抗拉伸、抗压缩验算。
6.5.2 直埋式穿越管道应采用应变准则验算,其应变应按本规范第6.1.2条的规定进行组合。对弹性敷设管道,应计入弹性弯曲应变,并应按下式计算:
式中:εe——弹性敷设时管道的轴向应变;
r——弹性敷设的弯曲半径(m)。
6.5.3 直埋式穿越管道的容许应变值应按埋地管道选用,并应符合本规范第6.1.3条的规定。
6.5.4 洞埋式穿越中的架空或地面敷设管道应采用应力准则验算,架空时应按跨越梁式管桥进行抗震设计和校核,地面敷设时按连续支撑进行抗震设计和校核,覆土敷设时应按直埋式管道进行抗震设计和校核,穿越套管或箱涵内的管道应按地面敷设进行抗震设计和校核。
6.5.5 洞埋式穿越中的架空和地面敷设管道承受自重、输送介质重量、内压、温差及地震动作用产生的轴向应力、环向应力与剪应力,应分别进行叠加组合计算,组合应力应按下式验算:
式中:σN——组合的轴向应力(MPa);
σh——组合的环向应力(MPa);
τ——组合的剪应力(MPa);
Fa——抗震工况组合的容许应力系数,对于基本地震动引起的应力组合,Fa取0.8,对于罕遇地震动引起的应力组合,Fa取1.0;
σs——管道材料的标准屈服强度(MPa)。
6.5.6 洞埋式穿越管道产生轴向压应力时,轴向压应力应小于容许压应力,容许压应力应按下式计算:
式中:[σc]——管道在地震等组合荷载作用下的容许压应力(MPa);
Nc——管道开始失稳时的临界轴向力(MN),应按现行国家标准《输油管道工程设计规范》GB 50253的规定计算。
6.5.7 管道穿越工程结构应进行抗震设计。水域隧道,当基本地震动峰值加速度大于或等于0.10g时,管道穿越工程结构应进行地震作用计算;山岭隧道,当基本地震动峰值加速度大于或等于0.20g时,管道穿越工程结构应进行地震作用计算。
6.5.8 管道穿越工程结构的抗震结构体系应符合下列规定:
1 应有明确、可靠的地震能量耗散部位;
2 应有明确、合理的地震作用传递路线;
3 结构构件的截面刚度不应有突变而形成薄弱区域;
4 应通过合理选择截面尺寸、配置钢筋等措施,增加钢筋混凝土构件的延性,防止剪切先于弯曲破坏和钢筋锚固黏结先于构件破坏;
5 应采用有利于提高结构整体性的连接方式,构件连接应合理、可靠,应适应地震作用下结构产生的应力与变形,避免结构产生破坏或大的裂缝。
6.5.9 管道穿越工程结构地震作用计算应符合下列规定:
1 隧道、圆形竖井应计算横截面的水平地震作用,矩形竖井、管道支墩或支架应计算两个主轴水平方向上的地震作用,当地质条件沿隧道轴向变化较大、软硬不均或遇有液化地层时,还应分析地震对隧道轴向的影响,当管道穿越场地基本地震动峰值加速度大于或等于0.20g时,宜验算竖井与隧道交界处的变形;
2 地震作用可采用静力法或反应位移法计算;
3 在横向地震作用下,管道与管道支墩或支架之间可视为无滑移,在纵向地震作用下,应依据管箍张紧情况分析管道支墩或支架的地震作用,未箍紧的管道宜考虑在管道支墩或支架上纵向滑移的影响;
4 结构抗震计算软件所采用的模型和计算方法,除应满足本规范规定外,尚应对计算结果进行分析判断,并应确认其合理、有效性后用于工程设计。
6.5.10 管道穿越工程结构抗震设计应符合下列规定:
1 结构承载力抗震验算应符合下列规定:
1)结构应进行弹性抗震计算,并采取相关抗震措施;
2)地震作用重要性系数应取1.0;
3)结构水平地震作用效应和永久作用效应的基本组合,应包括各种永久效应的最不利组合并按下式计算:
式中:S——结构内力组合的设计值,包括组合的弯矩、轴向力和剪力设计值等;
γGi——第i个永久作用分项系数,应取1.2,当永久作用效应对构件承载能力有利时,不应大于1.0;
SGik——第i个永久作用代表值的效应;
γEh——水平地震作用分项系数,应取1.3;
SEhk——水平地震作用标准值的效应。
4)结构抗震验算应满足下式:
式中:R——结构承载力设计值;
γRE——承载力抗震调整系数,应按表6.5.10采用。
表6.5.10 承载力抗震调整系数
2 需要维持检修通道功能的顶管结构、盾构结构应进行抗震变位验算,其验算应按现行国家标准《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范》GB 50032的有关规定执行,接头位移量不应超过满足接缝防水材料水密性要求的允许值。
3 地基及基础的抗震验算应按现行国家标准《构筑物抗震设计规范》GB 50191的有关规定执行,坡体的稳定性应按现行国家标准《建筑边坡工程技术规范》GB 50330的规定进行验算。