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月特种结构V01.26No.1Feb.2009塑料管的抗地震性能张玉川(北京塑料工业协会looooo)(BeijingPlasticsIndustryAssociation,100000)摘要中国是一个地震多发的国家,必须十分重视管道系统的抗震性能.通过国际上多次大地震的考验,聚乙烯管道系统具有非常优异的抗地震性能.因为聚乙烯管道很柔韧,能够在土地移动下不易破坏,还因为聚乙烯管道是焊接的连续管道.因此,本文对其抗地震性能的相关内容进行了总结和分析,以资借鉴.关键词抗地震性能聚乙烯(PE)管道抗冲改性聚氯乙烯(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年汶川大地震震惊全国.这次损失严重的大地震,再次提醒我们要注意到中国是一个地震多发的国家,必须十分重视预防地震的问题.1必须重视塑料管抗地震性能

4、的研究在现代社会中各种管网(供水,排水,燃气,热力等)已经是”生命线工程”.世界各国地震的教训表明,管网在地震中的破坏不仅会断绝维持灾区生活的必要供应,而且可能造成严重的次生灾害.例如燃气管道的泄漏容易引发火灾,而在没有扑救用水的情况下蔓延的火灾可能造成可怕的后果.又如排水管道的破坏可能造成环境的污染,交通的堵塞等.世界各国近年来都很重视管网的抗地震性能问题,大量开展相关的试验研究,并制订相应的技术规范和标准.我国的国家标准GB522322003“室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范”中就根据”中华人民共和国防震减灾法”对于管网的抗震设防制订了明确的规定(强制规范).近年来塑料管道系统已经在

5、全国普遍应用,并且应用的比例越来越大.塑料管的抗地震性能问题必然引起各方面重视.汶川大地震后,面对酾瞰琢携.12(109全国十分关注的”抗震设防”,我国塑料管业应该积极认真地开展塑料管抗地震性能的试验研究,主动负责地介绍和提供抗地震性能优越的塑料管道系统.按照国家标准,抗震设防烈度6度以上地区就必须进行抗震设计.这里列出我国抗震设防烈度6度以上的部分城市名称,可以帮助大家了解我国需要抗地震性能管材的管道市场有多么巨大:抗震设防烈度9度:西昌,台中;抗震设防烈度8度:北京,唐山,太原,包头,海口,昆明,拉萨,西安,兰州,西宁,银川,乌鲁木齐,台北;抗震设防烈度7度:天津,上海,石家庄,张家口,大

6、同,沈阳,大连,长春,南京,合肥,厦门,福州,烟台,郑州,洛阳,广州,深圳,海口,成都,香港,澳门;抗震设防烈度6度:重庆,哈尔滨,苏州,杭州,宁波,温州,南昌,济南,武汉,长沙,南宁,桂林,贵阳.可见我国绝大部分的大城市都处在地震的威胁下,且很需要建设抗地震性能优良的管道系统.遗憾的是,我国塑料管业内对于塑料管的抗地震性能问题过去是重视不够的.常常听到有些一q一特种结构2009年第1期塑料管业的人在埋怨用户保守,却很少见到开展这方面的调查研究,并拿出令人信服的统计资料和试验结果来证实塑料管的抗地震性能.在贯彻科学发展观和重视工程责任制的新时期,我国塑料管业要想进一步推广和发展就必须补上这一步

7、.我们应该向13本学习,日本在大阪一神户大地震后积极开展管道抗地震性能研究,例如:针对传统硬聚氯乙烯PVC.U管道系统抗地震性能较差的问题,开发了高抗冲击聚氯乙烯管道系统(如日本积水化学的AGR管道系统;我国台湾南亚塑胶工业有限公司也有耐冲击PVC管);又如:在近年日本的管道展览会上可以看到多种防地震破坏的管道柔性连接产品(日本Kanex的新型MRP管就有一种容许连接处错位移动的柔性连接).2大地震验证了塑料管的抗地震性能令人鼓舞的是,通过多次大地震的考验,国际上已经公认聚乙烯管道系统具有非常优异的抗地震性能.以下简要介绍国外几次大地震中各种管道系统的抗损情况.2.11995年日本阪神大地震阪

8、神大地震(TheGreatHanshin.AwajiEarth.quake)发生在1995年1月17日,震级7.2级,震中在大阪湾中Awaji岛下14km处.地震造成巨大的破坏,死亡约6,300人,受伤约43,000人,损坏的房屋数约440,000间.这是一起强烈的地震,造成了广泛的破坏.根据日本供水协会(JapanWaterWorkAssocia.tion)1996年2月报告:”在阪神大地震中供水管道的破坏及其评估”(DamagetoWaterWorkPipesdur-ingTheGreatHanshin.AwajiEarthquakeandtheirEvalation)【,在3个受灾城市(

9、神户,西宫,Ashiya)中各种供水管道的破坏率见表1.表1阪神地震中供水管破坏率管道种类1球墨铸铁管1铸铁管1PVC管l钢管A/C管1PE管破坏率0.488l1.508l1.430l0.437l1,782f0.1300根据日本资源和能源办公室,燃气抗地震委员会协会(ResourcesandEnergyOffice,GasEarth-quakeCountermeasuresCommittee)1996年报告:”燃气抗地震研究组报告”(GasEarthquakeCountermea.suresStudyGroupReport),燃气输配管道的破坏率见表2.表2燃气输配管破坏率管道种类钢管球墨铸铁

10、管PE管总长度(km)21,33812,204l,458破坏数量25,8216300破坏率(处/km)1.2100.052O.Ooo基于阪神大地震供水调查委员会的调查报告,日本公共福利部决定在”阪神大地震后供水重建的基本方针”中决定转向采用聚乙烯管道(日本在1995年以前供水管网主要采用球墨铸铁和PVC管,很少采用PE管道).2.21994年美国洛杉矶大地震洛杉矶大地震(NorthridgeEarthquake)发生在1994年1月17日,震级6.8级.洛杉矶大地震后AWWA(AmericanWaterWorksAssociation美国供水协会)和ASCE(AmericanSocietyof

11、CivilEngineers美国土木工程师协会)都进行了管道破坏情况的调查并发表报告l1j.报告的结论都肯定聚乙烯管的抗地震性能优越.AWWA的报告1指出:几乎在所有的情况下,连续的弧焊钢管道或聚乙烯管道有足够的柔韧性来适应地震波传播中土地的应变而不发生损坏.ASCE报告的结论是:材料的韧性越高,破坏率越低,在各种连接的类型中,熔接的PE管的受损可能性是最低的.根据美国公共事业工程师联合会的关于洛杉矶大地震的报告¨,南加利福尼亚燃气公司(SouthemCaliforniaGasCompany)有84,000英里燃气输配管道(受灾地区41%是PE管).在地震中输配管道发生704处泄漏,

12、大部分泄漏发生在较老旧的钢管,PE管较少受到地震的破坏,结论是:PE管是可用的最好材料之一,因为它高度的柔韧,能够忍受土地移动造成的变形.2.3旧金山大地震旧金山大地震(LomaPrietaEarthquake)发生在表3旧金山大地震中燃气管1984年10月17的破坏率管道种类钢管铸铁管PE管总长度(英里)22,4287839,436破坏数量56229破坏率(处/英里:O.249%2.81%0.O95%日,震级是7.1级,震中在旧金山南约60英里.根据美国燃气协E吼srRUcI班N0.l2009No.1张玉川:塑料管的抗地震性能表4燃气入户管道的破坏率管道种类钢管铜管PE管数量l,439,92

13、5105,273961,107破坏数量4123170破坏比率O.029%O.o29%0.0o7%会(AmericanGasAssociation)对旧金山大地震的报告,这次地震燃气输配管道的破坏率见表3,4.报告的结论是塑料(PE)管道系统和钢管道系统表现良好.2.4东南亚大海啸东南亚大海啸(Tsunami)发生在2004年l2月26日.由印度洋海域印尼苏门答腊岛附近地震引发.东南亚大海啸后,美国ASCE派出专家组去泰国海啸受灾区调查破坏情况,调查报告_1中有以下结论:饮水普遍采用高密度聚乙烯管道;(PE)管道表现很好,损坏很少;PE管道的材料是.柔韧的,可以适应冲蚀(海啸)后的新地势.PE管

14、道也很轻,使修理很容易.基于这些宝贵的实践经验,美国塑料管协会PPI在2008年5月的地下管道会议中提出了一份聚乙烯管道在地震中的表现的报告1.其结论是:(1)聚乙烯管道在Northridge,LomaPrieta,泰国Thailand,GreatHanshin,亚美尼亚Armenia和哥伦比亚Columbia等所有过去的地震中表现非常好;(2)聚乙烯管道抗地震性能最好,因为它很柔韧,能够忍受土壤移动造成的变形,以及由于具有”焊接”的,连续的接头而不是分断的或硬的接头.我国汶川大地震的调查还在进行中.灾区初步的反映也是肯定聚乙烯管道系统抗地震性能优越.四川省城镇供水排水协会在2008年6月13

15、日发出文件(Jrl水协20o823号):四川省城镇供水排水协会关于加强灾后城市供排水工程重建工作注意事项的紧急通知,通知规定:重建和新建供排水设施必须按照防震设计要求执行;城区埋地供(输)水管道应该采用球墨铸铁管和PE管.2.5聚乙烯管抗地震性能优异的原因1.聚乙烯管材非常柔韧,而且延伸性很好.按照国家标准GB/T136632000,聚乙烯管材的断裂伸长率I>350.所以,在地震中即使由于周围土地开裂隆起,断层位移,聚乙烯管材被拉伸也不会破坏.日本大阪燃气公司通过试验证明,即使用糯嘲置麟l095m/s的高速度拉伸一段24cm的聚乙烯管材,其断裂伸长大约在9cm,完全可以满足日本燃

16、气管的抗地震规范l3l3.2.聚乙烯是通过对接熔焊或电熔管件连接成连续管道的,在地震引起变位时接头处不会破坏(不同于承插连接的接头可能被拔脱).3.连续的聚乙烯管材,外表面非常光滑,在地震中容易和周围土壤发生滑移,从而减少受到的作用力.4.聚乙烯管道系统重量轻,容易铺设(较小直径的可以盘卷的长连续管供应,可以采用多种非开挖铺设,容易在水下铺设等),所以既适用于灾区临时的应急管道,也适合用于长远的管网重建.3开展塑料管抗地震性能的研究各地大地震证明了聚乙烯压力管道系统优异的抗地震性能,但也显示出还有不少需要研究和解决的问题.首先,过去大量应用的硬聚氯乙烯管道系统在地震中破坏率比较高.原因是传统的

17、硬聚氯乙烯管道韧性不足(尤其是我国由于多方面的原因,过去生产硬聚氯乙烯PVCU压力管道偏重强度忽略韧度,抗冲击差的问题更突出).显然在地震风险高的地区,即在抗震设计防烈度要求高的地区,大量采用传统的硬聚氯乙烯管道是必然令人担心的.我国水工业协会的一些专家早已经提出这个问题.前面已经提到日本和台湾提出的解决方案是开发高抗冲击的改性硬聚氯乙烯管道系统.可喜的是,我国一批领先企业近年也已经成功开发和大量生产抗冲改性聚氯乙烯(PVCM)管道系统,并发布了行业标准CJ/T272.2008.其抗冲击性能已经接近聚乙烯管道,和传统硬聚氯乙烯管比较,其抗冲击性大约高5倍.虽然目前还没有PVC.M管道系统在大地

18、震中抗损情况的资料,在抗震设计防烈度要求高的地区采用抗冲改性聚氯乙烯(PVCM)管道系统替代传统硬聚氯乙烯(PVCU)管道系统显然是更合理的.另外一个问题是,对于塑料埋地排水管的抗地震性能缺乏调查和研究.(下转第56页)一11特种结构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曹万林.异型柱框架结构及构件抗震性能和设计方法的研究.河北工业大学,19968冯建平,陈谦等.L形和T形截面柱正截面承载力的研究.华南理工大学学报,23(1),19959冯建平,陈谦等.混凝土L形截面柱抗剪承载力的试验研究.华南理工大学学报,23(1),19951O陈谦,冯建平

20、.双向偏心受压L形截面柱的计算.华南理工大学学报,23(1),199511冯建平,吴修文.T形截面柱框架边结点的抗展性能.华南理工大学学报,23(3),1995121卫园,冯建平.周期反复荷载作用FL形截面柱的试验研究.华南理工大学学报,23(3),199513周成.钢筋混凝土z形截面双向偏心受压构件正截面承载力的试验研究,东南大学硕士学位论文,200114周建中,陆春阳,苏益声,赵鸿铁.不等肢L形截面双向偏心受压柱.西安建筑科济大学学报(自然科学版),2001(7)15李杰,吴建营,周德源,聂礼鹏.L形和z形宽肢异形柱低周反复荷载试验研究.建筑结构学报,23(1),200216肖建庄,黄钰,

21、张建荣,李杰.高性能混凝土异形柱边框架抗震性能试验研究J.建筑结构学报,23(6),200217李杰,肖建庄,陈建兵,韩丽婷.钢筋混凝土异形柱结构振动台试验研究J.土木工程学报,36(3),200218吴建营,李杰.混凝土异形柱的抗剪全过程分析J.结构工程师,2002(2)19肖建庄,葛亚杰,黄钰,李杰.异形柱结构内力分析研究J.结构工程师,2002(3)2(】陈宗平.桁架式钢骨的混凝土异形柱一不对称T形截面正截面承载力研究D.南宁:广西大学,200421陈宗平,张喜德,苏益声,赵鸿铁.桁架式型钢混凝士异形柱正截面承载力的试验研究.西安建筑科技大学学报,38(1),20o622宋怀金.桁架式钢

22、骨混凝不等肢I形截面异形柱正截面承载力研究D.南宁:广西大学,200523阙良刚.钢骨异形柱的试验研究D.西安:西安理工大学,2OO524秦岭.钢骨混凝土异形柱一不对称十字形截面正截面承载力试验研究D.南宁:广西大学,200525陈宗平,张喜德,苏益声,赵鸿铁.型钢混凝土异形柱正截面承载力的理论研究J.西安建筑科技大学学报(自然科学版),37(3),200526许安邦,陈宗平,苏益声等.几种不同混凝土异形柱正截面极限承载力的比较.广西大学学报,3l(2),200627赵丽平.关于钢骨混凝土异形柱若干问题的研究D.南宁:广西大学,200528曹万林,樊太,张维斌等.异形截面钢骨混凝土柱抗震性能试

23、验研究.世界地震工程,20(2),2OO429樊太,曹万林,张维斌.钢骨混凝土异形柱正截面承载力急延性计算分析J.世界地震工程,20(1),2OO430李哲,张小锋,张建山等.钢骨混凝土L形截面短柱承受水平低周荷载的试验研究.工业建筑,36(增刊),200631陈宗平,薛建阳,赵鸿铁等.型钢混凝土异形柱抗震性能试验研究J.建筑结构学报,28(3),200732尚平.钢骨混凝土异形柱钢筋混凝土梁节点双向低周反复荷载试验研究D.南宁:广西大学,2006(上接第11页)塑料埋地排水管已经在我国广泛应用,而且有多种不同的结构品种(不同的连接方法).这些塑料埋地排水管在地震下的抗损情况和塑料压力管是不会相同的,因此应该开展试验研究,从而为抗震设防烈度要求高的地区提供合适的产品和合理的设计.如何测试和评价塑料管