管的抗地震性能

1、塑料管的抗地震性能第26卷第1期2009年2月特種結(jié)構(gòu)V01.26No.1Feb.2009塑料管的抗地震性能張玉川(北京塑料工業(yè)協(xié)會(huì)looooo)(BeijingPlasticsIndustryAssociation,100000)摘要中國是一個(gè)地震多發(fā)的國家,必須十分重視管道系統(tǒng)的抗震性能.通過國際上多次大地震的考驗(yàn),聚乙烯管道系統(tǒng)具有非常優(yōu)異的抗地震性能.因?yàn)榫垡蚁┕艿篮苋犴g,能夠在土地移動(dòng)下不易破壞,還因?yàn)榫垡蚁┕艿朗呛附拥倪B續(xù)管道.因此,本文對其抗地震性能的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié)和分析,以資借鑒.關(guān)鍵詞抗地震性能聚乙烯(PE)管道抗沖改性聚氯乙烯(PVC.M)管道ABSCI:Chinais

2、口countrytherehappenearthquakes.Weattachimportancetothepeormanceofpipesystemsduringearthquakes.Accordingtotheresultofsurveyspassingthroughgreatearthquakesovertheworld,polyethylenepipesystemspe(formedverywellbechuseofitshighductility.abilitytoresistbreakagefromground,nD一mentandits”welded”continuousjoi

3、n.Sotherelativecorttentsaboutitsearthquakeresistanceweresummarizedandanalyzedinthepaper,thismightbereferencedengineer.KEYWORD$:PeormanceduringearthquakePolyethylene(船)pipesystemsModifiedpolr(vinylchloride)(PVC-M)pipessystems2008年汶川大地震震驚全國.這次損失嚴(yán)重的大地震,再次提醒我們要注意到中國是一個(gè)地震多發(fā)的國家,必須十分重視預(yù)防地震的問題.1必須重視塑料管抗地震性能

4、的研究在現(xiàn)代社會(huì)中各種管網(wǎng)(供水,排水,燃?xì)?熱力等)已經(jīng)是”生命線工程”.世界各國地震的教訓(xùn)表明,管網(wǎng)在地震中的破壞不僅會(huì)斷絕維持災(zāi)區(qū)生活的必要供應(yīng),而且可能造成嚴(yán)重的次生災(zāi)害.例如燃?xì)夤艿赖男孤┤菀滓l(fā)火災(zāi),而在沒有撲救用水的情況下蔓延的火災(zāi)可能造成可怕的后果.又如排水管道的破壞可能造成環(huán)境的污染,交通的堵塞等.世界各國近年來都很重視管網(wǎng)的抗地震性能問題,大量開展相關(guān)的試驗(yàn)研究,并制訂相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn).我國的國家標(biāo)準(zhǔn)GB522322003“室外給水排水和燃?xì)鉄崃こ炭拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范”中就根據(jù)”中華人民共和國防震減災(zāi)法”對于管網(wǎng)的抗震設(shè)防制訂了明確的規(guī)定(強(qiáng)制規(guī)范).近年來塑料管道系統(tǒng)已經(jīng)在

5、全國普遍應(yīng)用,并且應(yīng)用的比例越來越大.塑料管的抗地震性能問題必然引起各方面重視.汶川大地震后,面對釃瞰琢攜.12(109全國十分關(guān)注的”抗震設(shè)防”,我國塑料管業(yè)應(yīng)該積極認(rèn)真地開展塑料管抗地震性能的試驗(yàn)研究,主動(dòng)負(fù)責(zé)地介紹和提供抗地震性能優(yōu)越的塑料管道系統(tǒng).按照國家標(biāo)準(zhǔn),抗震設(shè)防烈度6度以上地區(qū)就必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì).這里列出我國抗震設(shè)防烈度6度以上的部分城市名稱,可以幫助大家了解我國需要抗地震性能管材的管道市場有多么巨大:抗震設(shè)防烈度9度:西昌,臺中;抗震設(shè)防烈度8度:北京,唐山,太原,包頭,?？?昆明,拉薩,西安,蘭州,西寧,銀川,烏魯木齊,臺北;抗震設(shè)防烈度7度:天津,上海,石家莊,張家口,大

6、同,沈陽,大連,長春,南京,合肥,廈門,福州,煙臺,鄭州,洛陽,廣州,深圳,?？?成都,香港,澳門;抗震設(shè)防烈度6度:重慶,哈爾濱,蘇州,杭州,寧波,溫州,南昌,濟(jì)南,武漢,長沙,南寧,桂林,貴陽.可見我國絕大部分的大城市都處在地震的威脅下,且很需要建設(shè)抗地震性能優(yōu)良的管道系統(tǒng).遺憾的是,我國塑料管業(yè)內(nèi)對于塑料管的抗地震性能問題過去是重視不夠的.常常聽到有些一q一特種結(jié)構(gòu)2009年第1期塑料管業(yè)的人在埋怨用戶保守,卻很少見到開展這方面的調(diào)查研究,并拿出令人信服的統(tǒng)計(jì)資料和試驗(yàn)結(jié)果來證實(shí)塑料管的抗地震性能.在貫徹科學(xué)發(fā)展觀和重視工程責(zé)任制的新時(shí)期,我國塑料管業(yè)要想進(jìn)一步推廣和發(fā)展就必須補(bǔ)上這一步

7、.我們應(yīng)該向13本學(xué)習(xí),日本在大阪一神戶大地震后積極開展管道抗地震性能研究,例如:針對傳統(tǒng)硬聚氯乙烯PVC.U管道系統(tǒng)抗地震性能較差的問題,開發(fā)了高抗沖擊聚氯乙烯管道系統(tǒng)(如日本積水化學(xué)的AGR管道系統(tǒng);我國臺灣南亞塑膠工業(yè)有限公司也有耐沖擊PVC管);又如:在近年日本的管道展覽會(huì)上可以看到多種防地震破壞的管道柔性連接產(chǎn)品(日本Kanex的新型MRP管就有一種容許連接處錯(cuò)位移動(dòng)的柔性連接).2大地震驗(yàn)證了塑料管的抗地震性能令人鼓舞的是,通過多次大地震的考驗(yàn),國際上已經(jīng)公認(rèn)聚乙烯管道系統(tǒng)具有非常優(yōu)異的抗地震性能.以下簡要介紹國外幾次大地震中各種管道系統(tǒng)的抗損情況.2.11995年日本阪神大地震阪

8、神大地震(TheGreatHanshin.AwajiEarth.quake)發(fā)生在1995年1月17日,震級7.2級,震中在大阪灣中Awaji島下14km處.地震造成巨大的破壞,死亡約6,300人,受傷約43,000人,損壞的房屋數(shù)約440,000間.這是一起強(qiáng)烈的地震,造成了廣泛的破壞.根據(jù)日本供水協(xié)會(huì)(JapanWaterWorkAssocia.tion)1996年2月報(bào)告:”在阪神大地震中供水管道的破壞及其評估”(DamagetoWaterWorkPipesdur-ingTheGreatHanshin.AwajiEarthquakeandtheirEvalation)【,在3個(gè)受災(zāi)城市(

9、神戶,西宮,Ashiya)中各種供水管道的破壞率見表1.表1阪神地震中供水管破壞率管道種類1球墨鑄鐵管1鑄鐵管1PVC管l鋼管A/C管1PE管破壞率0.488l1.508l1.430l0.437l1,782f0.1300根據(jù)日本資源和能源辦公室,燃?xì)饪沟卣鹞瘑T會(huì)協(xié)會(huì)(ResourcesandEnergyOffice,GasEarth-quakeCountermeasuresCommittee)1996年報(bào)告:”燃?xì)饪沟卣鹧芯拷M報(bào)告”(GasEarthquakeCountermea.suresStudyGroupReport),燃?xì)廨斉涔艿赖钠茐穆室姳?.表2燃?xì)廨斉涔芷茐穆使艿婪N類鋼管球墨鑄鐵

10、管PE管總長度(km)21,33812,204l,458破壞數(shù)量25,8216300破壞率(處/km)1.2100.052O.Ooo基于阪神大地震供水調(diào)查委員會(huì)的調(diào)查報(bào)告,日本公共福利部決定在”阪神大地震后供水重建的基本方針”中決定轉(zhuǎn)向采用聚乙烯管道(日本在1995年以前供水管網(wǎng)主要采用球墨鑄鐵和PVC管,很少采用PE管道).2.21994年美國洛杉磯大地震洛杉磯大地震(NorthridgeEarthquake)發(fā)生在1994年1月17日,震級6.8級.洛杉磯大地震后AWWA(AmericanWaterWorksAssociation美國供水協(xié)會(huì))和ASCE(AmericanSocietyof

11、CivilEngineers美國土木工程師協(xié)會(huì))都進(jìn)行了管道破壞情況的調(diào)查并發(fā)表報(bào)告l1j.報(bào)告的結(jié)論都肯定聚乙烯管的抗地震性能優(yōu)越.AWWA的報(bào)告1指出:幾乎在所有的情況下,連續(xù)的弧焊鋼管道或聚乙烯管道有足夠的柔韌性來適應(yīng)地震波傳播中土地的應(yīng)變而不發(fā)生損壞.ASCE報(bào)告的結(jié)論是:材料的韌性越高,破壞率越低,在各種連接的類型中,熔接的PE管的受損可能性是最低的.根據(jù)美國公共事業(yè)工程師聯(lián)合會(huì)的關(guān)于洛杉磯大地震的報(bào)告¨,南加利福尼亞燃?xì)夤?SouthemCaliforniaGasCompany)有84,000英里燃?xì)廨斉涔艿?受災(zāi)地區(qū)41%是PE管).在地震中輸配管道發(fā)生704處泄漏,

12、大部分泄漏發(fā)生在較老舊的鋼管,PE管較少受到地震的破壞,結(jié)論是:PE管是可用的最好材料之一,因?yàn)樗叨鹊娜犴g,能夠忍受土地移動(dòng)造成的變形.2.3舊金山大地震舊金山大地震(LomaPrietaEarthquake)發(fā)生在表3舊金山大地震中燃?xì)夤?984年10月17的破壞率管道種類鋼管鑄鐵管PE管總長度(英里)22,4287839,436破壞數(shù)量56229破壞率(處/英里:O.249%2.81%0.O95%日,震級是7.1級,震中在舊金山南約60英里.根據(jù)美國燃?xì)鈪f(xié)E吼srRUcI班N0.l2009No.1張玉川:塑料管的抗地震性能表4燃?xì)馊霊艄艿赖钠茐穆使艿婪N類鋼管銅管PE管數(shù)量l,439,92

13、5105,273961,107破壞數(shù)量4123170破壞比率O.029%O.o29%0.0o7%會(huì)(AmericanGasAssociation)對舊金山大地震的報(bào)告,這次地震燃?xì)廨斉涔艿赖钠茐穆室姳?,4.報(bào)告的結(jié)論是塑料(PE)管道系統(tǒng)和鋼管道系統(tǒng)表現(xiàn)良好.2.4東南亞大海嘯東南亞大海嘯(Tsunami)發(fā)生在2004年l2月26日.由印度洋海域印尼蘇門答臘島附近地震引發(fā).東南亞大海嘯后,美國ASCE派出專家組去泰國海嘯受災(zāi)區(qū)調(diào)查破壞情況,調(diào)查報(bào)告_1中有以下結(jié)論:飲水普遍采用高密度聚乙烯管道;(PE)管道表現(xiàn)很好,損壞很少;PE管道的材料是.柔韌的,可以適應(yīng)沖蝕(海嘯)后的新地勢.PE管

14、道也很輕,使修理很容易.基于這些寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),美國塑料管協(xié)會(huì)PPI在2008年5月的地下管道會(huì)議中提出了一份聚乙烯管道在地震中的表現(xiàn)的報(bào)告1.其結(jié)論是:(1)聚乙烯管道在Northridge,LomaPrieta,泰國Thailand,GreatHanshin,亞美尼亞Armenia和哥倫比亞Columbia等所有過去的地震中表現(xiàn)非常好;(2)聚乙烯管道抗地震性能最好,因?yàn)樗苋犴g,能夠忍受土壤移動(dòng)造成的變形,以及由于具有”焊接”的,連續(xù)的接頭而不是分?jǐn)嗟幕蛴驳慕宇^.我國汶川大地震的調(diào)查還在進(jìn)行中.災(zāi)區(qū)初步的反映也是肯定聚乙烯管道系統(tǒng)抗地震性能優(yōu)越.四川省城鎮(zhèn)供水排水協(xié)會(huì)在2008年6月13

15、日發(fā)出文件(Jrl水協(xié)20o823號):四川省城鎮(zhèn)供水排水協(xié)會(huì)關(guān)于加強(qiáng)災(zāi)后城市供排水工程重建工作注意事項(xiàng)的緊急通知,通知規(guī)定:重建和新建供排水設(shè)施必須按照防震設(shè)計(jì)要求執(zhí)行;城區(qū)埋地供(輸)水管道應(yīng)該采用球墨鑄鐵管和PE管.2.5聚乙烯管抗地震性能優(yōu)異的原因1.聚乙烯管材非常柔韌,而且延伸性很好.按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T136632000,聚乙烯管材的斷裂伸長率I>350.所以,在地震中即使由于周圍土地開裂隆起,斷層位移,聚乙烯管材被拉伸也不會(huì)破壞.日本大阪燃?xì)夤就ㄟ^試驗(yàn)證明,即使用糯嘲置麟l095m/s的高速度拉伸一段24cm的聚乙烯管材,其斷裂伸長大約在9cm,完全可以滿足日本燃

16、氣管的抗地震規(guī)范l3l3.2.聚乙烯是通過對接熔焊或電熔管件連接成連續(xù)管道的,在地震引起變位時(shí)接頭處不會(huì)破壞(不同于承插連接的接頭可能被拔脫).3.連續(xù)的聚乙烯管材,外表面非常光滑,在地震中容易和周圍土壤發(fā)生滑移,從而減少受到的作用力.4.聚乙烯管道系統(tǒng)重量輕,容易鋪設(shè)(較小直徑的可以盤卷的長連續(xù)管供應(yīng),可以采用多種非開挖鋪設(shè),容易在水下鋪設(shè)等),所以既適用于災(zāi)區(qū)臨時(shí)的應(yīng)急管道,也適合用于長遠(yuǎn)的管網(wǎng)重建.3開展塑料管抗地震性能的研究各地大地震證明了聚乙烯壓力管道系統(tǒng)優(yōu)異的抗地震性能,但也顯示出還有不少需要研究和解決的問題.首先,過去大量應(yīng)用的硬聚氯乙烯管道系統(tǒng)在地震中破壞率比較高.原因是傳統(tǒng)的

17、硬聚氯乙烯管道韌性不足(尤其是我國由于多方面的原因,過去生產(chǎn)硬聚氯乙烯PVCU壓力管道偏重強(qiáng)度忽略韌度,抗沖擊差的問題更突出).顯然在地震風(fēng)險(xiǎn)高的地區(qū),即在抗震設(shè)計(jì)防烈度要求高的地區(qū),大量采用傳統(tǒng)的硬聚氯乙烯管道是必然令人擔(dān)心的.我國水工業(yè)協(xié)會(huì)的一些專家早已經(jīng)提出這個(gè)問題.前面已經(jīng)提到日本和臺灣提出的解決方案是開發(fā)高抗沖擊的改性硬聚氯乙烯管道系統(tǒng).可喜的是,我國一批領(lǐng)先企業(yè)近年也已經(jīng)成功開發(fā)和大量生產(chǎn)抗沖改性聚氯乙烯(PVCM)管道系統(tǒng),并發(fā)布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T272.2008.其抗沖擊性能已經(jīng)接近聚乙烯管道,和傳統(tǒng)硬聚氯乙烯管比較,其抗沖擊性大約高5倍.雖然目前還沒有PVC.M管道系統(tǒng)在大地

18、震中抗損情況的資料,在抗震設(shè)計(jì)防烈度要求高的地區(qū)采用抗沖改性聚氯乙烯(PVCM)管道系統(tǒng)替代傳統(tǒng)硬聚氯乙烯(PVCU)管道系統(tǒng)顯然是更合理的.另外一個(gè)問題是,對于塑料埋地排水管的抗地震性能缺乏調(diào)查和研究.(下轉(zhuǎn)第56頁)一11特種結(jié)構(gòu)2009年第1期2006,32(2):2527l4JJoaquinMarin.DesignAidsforL-shapedReinforcedConcreteColumns.ACIJournal,Nov.19795LNRammamurthyandTAHafeezKhan.L-hapedColmnnDesignForBiaxialEccentricity.Joumal

19、ofStructuralEngineering.109(8),19836Cheng-TzuThomasHsu.T-ShapedReinforecedConcreteMemberstinderBiaxiaiBendingandAxialCompression.ACIStructuralJournal,86(4),19897曹萬林.異型柱框架結(jié)構(gòu)及構(gòu)件抗震性能和設(shè)計(jì)方法的研究.河北工業(yè)大學(xué),19968馮建平,陳謙等.L形和T形截面柱正截面承載力的研究.華南理工大學(xué)學(xué)報(bào),23(1),19959馮建平,陳謙等.混凝土L形截面柱抗剪承載力的試驗(yàn)研究.華南理工大學(xué)學(xué)報(bào),23(1),19951O陳謙,馮建平

20、.雙向偏心受壓L形截面柱的計(jì)算.華南理工大學(xué)學(xué)報(bào),23(1),199511馮建平,吳修文.T形截面柱框架邊結(jié)點(diǎn)的抗展性能.華南理工大學(xué)學(xué)報(bào),23(3),1995121衛(wèi)園,馮建平.周期反復(fù)荷載作用FL形截面柱的試驗(yàn)研究.華南理工大學(xué)學(xué)報(bào),23(3),199513周成.鋼筋混凝土z形截面雙向偏心受壓構(gòu)件正截面承載力的試驗(yàn)研究,東南大學(xué)碩士學(xué)位論文,200114周建中,陸春陽,蘇益聲,趙鴻鐵.不等肢L形截面雙向偏心受壓柱.西安建筑科濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2001(7)15李杰,吳建營,周德源,聶禮鵬.L形和z形寬肢異形柱低周反復(fù)荷載試驗(yàn)研究.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),23(1),200216肖建莊,黃鈺,

21、張建榮,李杰.高性能混凝土異形柱邊框架抗震性能試驗(yàn)研究J.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),23(6),200217李杰,肖建莊,陳建兵,韓麗婷.鋼筋混凝土異形柱結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺試驗(yàn)研究J.土木工程學(xué)報(bào),36(3),200218吳建營,李杰.混凝土異形柱的抗剪全過程分析J.結(jié)構(gòu)工程師,2002(2)19肖建莊,葛亞杰,黃鈺,李杰.異形柱結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析研究J.結(jié)構(gòu)工程師,2002(3)2(】陳宗平.桁架式鋼骨的混凝土異形柱一不對稱T形截面正截面承載力研究D.南寧:廣西大學(xué),200421陳宗平,張喜德,蘇益聲,趙鴻鐵.桁架式型鋼混凝士異形柱正截面承載力的試驗(yàn)研究.西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào),38(1),20o622宋懷金.桁架式鋼

22、骨混凝不等肢I(xiàn)形截面異形柱正截面承載力研究D.南寧:廣西大學(xué),200523闕良剛.鋼骨異形柱的試驗(yàn)研究D.西安:西安理工大學(xué),2OO524秦嶺.鋼骨混凝土異形柱一不對稱十字形截面正截面承載力試驗(yàn)研究D.南寧:廣西大學(xué),200525陳宗平,張喜德,蘇益聲,趙鴻鐵.型鋼混凝土異形柱正截面承載力的理論研究J.西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),37(3),200526許安邦,陳宗平,蘇益聲等.幾種不同混凝土異形柱正截面極限承載力的比較.廣西大學(xué)學(xué)報(bào),3l(2),200627趙麗平.關(guān)于鋼骨混凝土異形柱若干問題的研究D.南寧:廣西大學(xué),200528曹萬林,樊太,張維斌等.異形截面鋼骨混凝土柱抗震性能試

23、驗(yàn)研究.世界地震工程,20(2),2OO429樊太,曹萬林,張維斌.鋼骨混凝土異形柱正截面承載力急延性計(jì)算分析J.世界地震工程,20(1),2OO430李哲,張小鋒,張建山等.鋼骨混凝土L形截面短柱承受水平低周荷載的試驗(yàn)研究.工業(yè)建筑,36(增刊),200631陳宗平,薛建陽,趙鴻鐵等.型鋼混凝土異形柱抗震性能試驗(yàn)研究J.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),28(3),200732尚平.鋼骨混凝土異形柱鋼筋混凝土梁節(jié)點(diǎn)雙向低周反復(fù)荷載試驗(yàn)研究D.南寧:廣西大學(xué),2006(上接第11頁)塑料埋地排水管已經(jīng)在我國廣泛應(yīng)用,而且有多種不同的結(jié)構(gòu)品種(不同的連接方法).這些塑料埋地排水管在地震下的抗損情況和塑料壓力管是不會(huì)相同的,因此應(yīng)該開展試驗(yàn)研究,從而為抗震設(shè)防烈度要求高的地區(qū)提供合適的產(chǎn)品和合理的設(shè)計(jì).如何測試和評價(jià)塑料管