6.2　通过活动断层的埋地管道抗震设计

6.2.1　通过活动断层的埋地管道应采用应变设计方法进行抗拉伸和抗压缩验算。

6.2.2　管道抗震验算应获得下列资料：

1　管道轴向力学性能参数，包括应力-应变曲线，可根据本规范附录C的规定确定；

2　本规范第4.2.2条和第5.1.7条规定的断层、场地等参数；

3　防腐涂层的类型；

4　管道焊接接头参数。

6.2.3　通过活动断层的管道抗震计算应符合下列规定：

1　对通过活动断层的管道，当符合下列情况时应采用有限元方法进行抗震计算：

1）位于设计地震动峰值加速度大于或等于0.30g地区的管道；

2）通过重要区段的管道；

3）在断层错动作用下管道受压缩的情况，包括管道通过逆冲断层和管道与断层交角大于90°两种情况。

2　对不符合本条第1款规定的情况，可按本规范第6.2.5条对通过活动断层的管道进行抗震计算。

6.2.4　管道通过活动断层的容许应变应符合下列规定：

1　管道轴向容许拉伸应变应按下式计算：

式中：[εt]F——埋地管道抗断的轴向容许拉伸应变；

[φεt]——拉伸应变承载系数，当环向应力小于或等于标准屈服强度的40%时，取0.9，当环向应力大于标准屈服强度的40%时，取0.7；

——管段的极限拉伸应变，应根据断裂力学分析和物理试验确定，并应分析裂纹、缺欠、焊缝和热影响区性能，以及温度、应变速率、初始应变、应变时效等因素的影响。当资料缺乏时，可按本规范附录D的公式估算。

2　管道轴向容许压缩应变应按下式计算：

式中：[εc]F——埋地管道抗断的轴向容许压缩应变；

[φεc]——压缩应变承载系数，取0.6；

——管段的极限压缩应变，应根据有效的分析方法或物理测试确定，或二者同时采用，当资料缺乏时，可按本规范附录D的公式估算。

6.2.5　满足本规范第6.2.3条第2款条件的管道抗震计算宜按下列步骤进行分析。

1　沿管轴方向土壤与管道外表面之间单位长度上的摩擦力可按下列公式计算：

式中：fs——沿管轴方向土壤与管道外表面之间单位长度上的摩擦力（N/m）；

μ——土壤与管道外表面之间的摩擦系数，应按实测值或经验确定；

W——管顶至管沟上表面之间的土壤单位长度上的重力（N/m）；

Wp——管道和内部介质的自重（N/m）；

ρm——管道材料的密度（kg/m3）；

ρ——输送介质的密度（kg/m3）。

2　由断层错动引起的管道几何伸长ΔL1应按下列公式计算：

1）当εnew≤ε1时，

2）当εnew>ε1时，

式中：εnew——管道内的拉伸应变；

ε1——管道应力-应变简化折线中弹塑性变形起点处的应变，按本规范附录C选取；

ΔL1——断层位错引起的管道几何伸长（m）；

ΔX——平行于管道轴线方向的断层位移（m）；

ΔY——管道法线方向的断层位移（m）；

ΔZ——垂直方向的断层位移（m），应由地震地质工程勘察确定；

E1——管道应力-应变简化折线中弹性区的材料模量（Pa），按本规范附录C选取；

E2——管道应力-应变简化折线中弹塑性区的材料模量（Pa），按本规范附录C选取；

ΔH——水平方向的断层位移（m），应由地震地质工程勘察确定；

β——管道与断层交角（°），应由地震地质工程勘察确定。

3　管道轴向应变引起的物理伸长ΔL2可按下列公式计算：

1）当εnew≤ε1时，

2）当εnew>ε1时，

式中：ΔL2——管道轴向应变引起的物理伸长（m）。

4　管道拉伸应变可采用迭代法按下式计算：

5　由断层位错引起的管道最大拉伸应变应按下式计算：

式中：——断层位错引起的管道最大拉伸应变。

6　计算的管道最大拉伸应变应小于或等于容许拉伸应变[εt ]F，且应明确相应的抗震措施。

6.2.6　当采用有限元方法进行通过活动断层的管道抗震计算时，应符合下列规定：

1　应反映几何大变形和材料非线性。

2　可采用梁单元、管单元、弯管单元或者壳单元建立有限元模型，可能发生大变形的管道部分，管道单元的长度不应大于管道的直径。

3　有限元模型分析管道的长度应满足下列要求：

1）当采用固定边界时，分析管道的长度应满足管道在两个固定端的应变接近于0；

2）当采用等效边界时，应对在断层附近发生大变形、长度不小于60倍管径的管段进行有限元分析，可按本规范附录E中的公式建立等效非线性弹簧替代离断层较远的管道变形反应。

4　管土之间的相互作用宜采用管轴方向土弹簧、水平横向土弹簧和垂直方向土弹簧进行模拟。土弹簧的参数宜根据土的力学特性通过现场试验或采用计算方法确定，初步计算时可采用本规范附录E中的公式。当采用其他管土作用模型时，应经过相应的验证。

5　抗震计算应包括无内压和有内压（设计压力）两种工况。

6　有限元分析得到的管道轴向最大拉伸应变和最大压缩应变应分别小于或等于管道容许拉伸应变[εt ]F和容许压缩应变[εc ]F，且应明确相应的抗震措施。