壓力管道遭受地震破壞可以追溯到1906年的美國舊金山大地震，而管道的抗震設(shè)計(jì)得到真正的重視是在20世紀(jì)70年代。1971年圣費(fèi)爾南多地震給圣安德烈斯斷層附近的埋地輸氣管道造成了破壞，管網(wǎng)毀壞嚴(yán)重。在這次地震之后世界各國開始出臺(tái)管道的抗震規(guī)范。管道的抗震設(shè)計(jì)已從過去的彈性設(shè)計(jì)向塑性設(shè)計(jì)發(fā)展，從原來的應(yīng)力設(shè)計(jì)向應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)發(fā)展。地震對(duì)管道產(chǎn)生破壞可分為：強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)；地面的永久變形，如由斷層運(yùn)動(dòng)、砂土液化、滑坡等引起的破壞。

1. 中國管道抗震設(shè)計(jì)的比較

 ①. GB／T 20801《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道》規(guī)定，同時(shí)滿足以下條件時(shí)，應(yīng)考慮地震荷載：

  a. GC1級(jí)管道以及介質(zhì)為有毒或可燃的GC2類管道；

  b. 地震設(shè)防烈度大于或等于6度，且設(shè)計(jì)基本地震加速度大于或等于0.1

 ②. GB 50160《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，為了防止儲(chǔ)罐與管道之間產(chǎn)生的不均勻沉降引起破壞，儲(chǔ)罐的進(jìn)出口管道應(yīng)采用柔性連接。

 ③. SH／T 3007《石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，儲(chǔ)罐的主要進(jìn)出口管道，應(yīng)采用柔性連接方式，并應(yīng)滿足地基沉降和抗震要求

  管道與儲(chǔ)罐等設(shè)備的連接采用柔性連接，對(duì)預(yù)防地震作用和不均勻沉降等所帶來的不安全影響有好處。對(duì)于儲(chǔ)罐來說，在地震作用下，罐壁發(fā)生翹高、傾斜、基礎(chǔ)不均勻沉降，使儲(chǔ)罐和配管連接處遭到破壞是常見的震害之一。此外，由于罐基礎(chǔ)處理不當(dāng)，有一些儲(chǔ)罐在投入使用后其基礎(chǔ)仍會(huì)發(fā)生較大幅度的沉降，致使管道和罐壁遭到破壞。為防止上述破壞情況的發(fā)生，采取增加儲(chǔ)罐配管的柔性（如設(shè)金屬軟管、彈簧支吊架、自然彎曲補(bǔ)償?shù)龋﹣硐鄬?duì)位移的影響是必要的，而且也有利于罐前閥門的安裝與拆卸和消除局部管道的熱應(yīng)力。

  ④. GB50074《石油庫設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，與儲(chǔ)罐等設(shè)備連接的管道，應(yīng)使其管系具有足夠的柔性，并應(yīng)滿足設(shè)備管口的允許受力要求。

 ⑤. GB／T 50470《油氣輸送管道線路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》用于陸上新建、擴(kuò)建和改建鋼質(zhì)油氣輸送管道線路工程的抗震勘察、設(shè)計(jì)、施工及交工。對(duì)埋地管道抗震設(shè)計(jì)、通過活動(dòng)斷層的埋地管道、液化區(qū)埋地管道、震陷區(qū)埋地管道、管道穿越工程、管道跨越工程的抗震設(shè)計(jì)提出了要求。

 ⑥. SH／T 3039《石油化工非埋地管道抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定了石油化工非埋地管道的地震作用、抗震驗(yàn)算和抗震措施的基本要求。適用于設(shè)計(jì)基本地震加速度不大于0.40g，或抗震設(shè)防烈度9度及以下的地區(qū)、公稱壓力不大于42MPa的石油化工非埋地金屬管道的抗震設(shè)計(jì)。不適用于長輸管道的抗震設(shè)計(jì)。

  ⑦. 我國壓力管道其他抗震設(shè)計(jì)規(guī)范還有《室外給水排水和燃?xì)鉄崃こ炭拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50032等。

2. 日本管道抗震設(shè)計(jì)的比較

  日本是一個(gè)地震多發(fā)國家，管道系統(tǒng)的抗震研究也開展得較早。1974年3月，日本制定了《輸油管道技術(shù)基準(zhǔn)》，隨后日本各管道協(xié)會(huì)推出了相應(yīng)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范：《管道設(shè)施的耐震工法指南》《天然氣管道抗震設(shè)計(jì)指南》［該規(guī)范包括高壓天然氣管道、一般壓力（中、低壓）天然氣管道兩個(gè)部分］；《地下管路設(shè)備的抗震設(shè)計(jì)指南》。在這些規(guī)范中，管道抗震設(shè)計(jì)主要采用的是變形反應(yīng)方法。

3. 美國管道抗震設(shè)計(jì)的比較

  1971年 San Fernando 地震之后，管道的抗震問題得到重視，相應(yīng)的學(xué)術(shù)組織也開始成立。1974年美國土木工程學(xué)會(huì)（American Society of Civil Engineers，ASCE）成立了生命線地震工程委員會(huì)（Technical Council on Lifeline Earthquake Engineering， TCLEE）， 1975年美國機(jī)械工程學(xué)會(huì)（American Society of Mechanical Engineers，ASME）也成立了類似的生命線學(xué)科組。各種管道有關(guān)的抗震規(guī)范也都相繼出版，例如ASME B31E《地上管道系統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)和改造用標(biāo)準(zhǔn)》、ASME B 31.1、ASME B 31.3、ASME B 31.4、ASME B31.8等規(guī)范，均提出了地震工況管道的設(shè)計(jì)要求。

4. 英國、挪威管道抗震設(shè)計(jì)的比較

  英國規(guī)范BS 8010《管道的實(shí)用規(guī)程》，要求管道的應(yīng)變小于0.1％、管徑和管壁的比例/t<6060，但是該規(guī)范不適用于高溫高壓管道等需要進(jìn)行應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)的情況。

  海底管道設(shè)計(jì)采用的規(guī)范是挪威的《Det NorskeVeritas(DNV)Pipeline CoCodes》。該規(guī)范給出了跨海管道的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，考慮管道所有可能的失效模式，基于各種工況實(shí)驗(yàn)

  得到的數(shù)據(jù)和大量有限元模擬的結(jié)果，判明管道各種失效模式發(fā)生的概率，計(jì)算管道相應(yīng)此種失效模式的安全系數(shù)，以達(dá)到管道工程在整個(gè)壽命期內(nèi)的投資最優(yōu)化設(shè)計(jì)。

  典型極限狀態(tài)包括：

   ①. 管道的極限壓力；

   ②. 組合外部荷載和管內(nèi)流體沖擊荷載等引起的管道局部屈曲；

   ③. 管道在被擠壓時(shí)發(fā)生豎向抬升形成的梁式屈曲和海底管道常見的側(cè)向蛇形屈曲；

   ④. 管道截面的橢圓化變形；

   ⑤. 在壓力和溫度以及海流作用下的管材疲勞失效；

   ⑥. 在循環(huán)加溫的情況下，沿著管道存在溫度差，導(dǎo)致管道各點(diǎn)的應(yīng)變不同，有可能出現(xiàn)管道發(fā)生移動(dòng)的現(xiàn)象。極限狀態(tài)設(shè)計(jì)是在大量的研究和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上才能夠進(jìn)行的。

7. 計(jì)算機(jī)輔助應(yīng)力分析工作程序