汶川地震实测波作用下高耸进水塔结构损伤开裂分析_张亚敬
汶川砌体结构震害
一、底层框架砌体结构底层框架砌体结构(简称底框结构)可以满足底层设置车库、开设商店等，上层作住宅的要求，建筑性价比高。
经济欠发达地区的住宅和临街建筑普遍采用这种结构。
底框结构上部纵横向墙体多而底层抗侧移刚度小，容易形成“底柔上刚、头重脚轻”的结构体系。
底框结构由于底层侧向变形较大，当底层框架的变形超过混凝土构件的极限变形能力时，框架就会发生倒塌，从而引起建筑物整体坍塌。
因此，对其进行抗震性能分析和抗震概念设计尤为重要。
【15】1.震害特征及原因1)倒塌A.底部框架薄弱层的倒塌产生原因底层框架砖房，上面几层纵横墙间距较密，各层的侧移刚度很大；房屋底层承重框架比较空旷，侧移刚度比上层小得多，房屋刚度沿高度方向突变，形成上刚下柔结构。
在地震作用下，这类结构柔性底层屈服后将产生很大塑性变形，发生“变形集中”现象，而其他各层侧移相对较小。
在地震反复作用下，底层框架会产生较大的塑性积累变形，而一般的钢筋混凝土柱难以达到适应这一变形的延性要求，因而将引起底层严重破坏B.抗震墙的破坏引起的倒塌砌体抗震墙刚度退化带来的地震剪力重分配，使框架承担的地震剪力加大，底部框架依靠柱承担水平地震作用，底层框架柱先于梁进入塑性阶段。
框架柱的破坏发生在柱上、下两端，特别是柱顶如图5所示。
在弯矩、剪力、轴力的复合作用下，柱顶和柱底出现水平裂缝、交叉斜裂缝，严重者会发生混疑土局部压溃，箍筋拉断或崩开，纵筋压屈外鼓呈灯笼状如图6所示。
角柱处于双向偏压状态，受结构整体扭转影响大，受力状态复杂，而受周边横梁的约束相对较弱，因此其震害重于边柱和内柱。
C.结构设置不当引起的倒塌这次地震发现，很多临街建筑底层采用的不是全框架房屋，而是局部框架房屋，或者前半部分为底层局部框架承重，后半部分和两侧山墙为砖墙承重，城市临街建筑大多为“一托四”、“一托五”，村镇临街建筑大多为为“一托二”、“一托三”。
由于结构布置混乱，框架与砖混结构抗侧刚度不一致，尤其前半部分为底层局部框架的房屋，前后抗侧刚度极其不均匀，这类房屋破坏较严重。
框架建筑砌体结构震害调查及原因浅析——以汶川震后漩口中学为例
2.2 框架结构约束下的砌体结构 源自 型交叉裂缝破坏这种破坏主要表现为肚墙出现 X 形贯穿性通透斜裂缝、砌 体结构外表装饰层大量脱落墙体裸露。X 型裂缝出现在整片 墙体，一般大面积出现，主要集中出现在门窗洞口和山墙以及 内部隔墙等位置，如图 2 所示。由于框架结构的受力特性，X 型裂缝一般对于房屋结构的稳定性影响不大，但在一定程度 上砌体结构的稳定性会有所破坏并且会影响室内外美观。
Doors & Windows
建筑工程
框架建筑砌体结构震害调查及原因浅析
——以汶川震后漩口中学为例
张 敏 杨闳镳 熊正兴
六盘水师范学院
摘 要：漩口中学位于汶川地震中极震区映秀镇，系 2008 年地震遗址。本文主要对该校的框架建筑中的砌体结构震害展开 调查，粗略分析了砌体结构的倒塌形式，给出了影响框架建筑砌体结构倒塌形式的原因, 总结出框架建筑砌体结构在震中破坏的 几种表现形式。
2 漩口中学各种框架结构约束下的砌体结构破坏 形式及原因浅析 2.1 水平裂缝
框架结构中的填充墙水平裂缝较为常见，这种裂缝主要 产生于填充墙上下部位或者门窗过梁上下。如图 1 所示。一 般施工过程中，门窗洞口过梁与砌体结构之间主要采用水泥 砂浆作为灰缝连接，水泥砂浆的保水性较差，砌块的吸水性较 强，因此，砌筑时如果养护不到位，水泥砂浆往往得不到充分 的水化，最终导致砌体结构的抗剪强度降低，在地震力的水平 往复作用下，未经充分水化的水泥砂浆黏结力往往起不到很
（1）“下重上轻”,该校所属框架结构底层填充墙震害明显 比其他楼层严重,填充墙上斜裂缝、水平竖向裂缝和与框架梁 柱搭接处的无序裂缝同时出现；二层以上填充墙震害逐渐减 轻，顶层除女儿墙外裂缝最轻。
（2）端墙、窗间墙、无拉结半墙及门窗洞口边角部位的震 害相比而言更为严重，窗间墙的震害裂缝的宽度明显增大，是 一般墙体震害裂缝宽度的 2~3 倍。端墙及半墙因为无拉结措 施破坏严重，有部分坍塌。门窗洞口四角部位斜裂缝明显，裂 缝宽度呈斜向上 45 度方向由大减小。
基于汶川地震强余震观测的框架填充墙结构地震反应分析的开题报告
基于汶川地震强余震观测的框架填充墙结构地震反应分析的开题报告一、研究背景地震是地球表面上的一种自然灾害，对于建筑结构的稳定性和安全性产生了严重的影响。
其中，地震中的强余震是造成建筑结构损坏和倒塌的主要原因之一，因此对于建筑结构的地震反应分析具有重要意义。
本研究将基于汶川地震中的强余震观测数据，针对框架填充墙结构进行地震反应分析研究，旨在探究该结构在不同地震条件下的稳定性和安全性，并为相关工程实践提供参考。
二、研究目的和意义通过本研究，可以从理论和实践两个方面进行探讨，具体目的和意义如下：1. 理论上，本研究将探究框架填充墙结构在不同地震条件下的地震反应特性，为该结构的设计和改进提供理论基础。
2. 实践上，本研究将对工程实践具有较大的指导意义，特别是对于类似地震灾害频繁发生的地区，可以为工程结构的安全设计提供参考依据，减少灾害损失。
三、研究内容和方法1. 研究内容本研究将基于汶川地震中的强余震观测数据，从以下三个方面对框架填充墙结构进行地震反应分析：（1）结构动力分析：采用非线性时程分析方法，结合建筑结构的实际情况，分析框架填充墙结构在多次地震作用下的位移响应、应力分布、塑性变形等属性。
（2）结构强度评估：根据结构受力状态下的特点，对框架填充墙结构的强度进行分析，并评价其抗震性能。
（3）结构安全分析：根据分析结果，对框架填充墙结构的安全性进行评价，并提出相应安全措施。
2. 研究方法（1）强余震数据处理：通过对汶川地震强余震观测数据的整理和分析，获取相关参数，为后续地震反应分析提供数据支撑。
（2）结构模型建立：根据框架填充墙结构实际情况，建立相应的有限元仿真模型。
（3）模型验算：通过计算机仿真模型的验算，得到结构在地震作用下的应力、变形等数值结果。
（4）结果分析：对仿真结果进行分析和对比，并提出相应建议和措施。
四、研究进展与计划目前，本研究已经完成了对汶川地震强余震数据的整理和分析，正在进行框架填充墙结构模型的建立和计算机仿真。
损伤水工结构在余震作用下的安全度研究
余震作用下受损水工建筑物的安全性研究一、预期目标针对汶川地震一次主震、多次余震的特点，研究在主震作用下已损伤结构在多次余震作用下的安全度。
研究了地震和内部缺陷同时作用下受损结构和基础系统的失效演化过程，揭示损伤结构与地基系统的破坏机理和剩余安全度。
为震后加固修复和水工建筑物抗震设计规范的修订提供依据。
二、研究内容1、混凝土和岩土材料的机械破坏特征混凝土和岩土材料的静态和动态特性及其受加载速率的影响，宏观损伤演化本构模型和屈服准则，损伤度对材料宏观力学性能的影响机制。
2、多余震作用下受损结构和基础系统的震害分析与损伤研究汶川地震区水工建筑物震害调查、实测资料的统计和反演分析；利用汶川地震实际地震波，采用现代数值模拟方法，结合室内试验，再现了完整结构在主震作用下和受损结构在余震作用下的变形和破坏过程，研究损伤对水工结构与地基系统工作性态、抗力（承载能力）和安全度的影响；3、受损水工建筑物的损伤准则和安全评价方法损伤结构剩余安全度的科学定义和物理指标，水工建筑物损伤分布规律与剩余安全度的关系。
地震作用下受损水工建筑物的破坏模式、分阶段破坏的特征、系统破坏程度的分级和相应的破坏判据；受损水工建筑物安全评估理论与方法、安全评价指标和控制标准，提高震安全度的对策和措施。
三、研究思路对经历汶川地震的水工建筑物进行了详细的震害调查，建立不同烈度区、不同建筑物的数据库，包含地震动监测数据、结构的震损情况等。
重点介绍了受损混凝土和岩土材料的室内动力特性试验，得出各应力水平下的内部损伤分布规律，以及相应的损伤本构关系。
通过对损伤缺陷的量化模拟，研究损伤和缺陷对结构工作行为的影响、抗力（承载能力）和安全度的影响，通过振动台模型试验和三维非线性有限元动力时程法，并结合实测资料，研究损伤水工建筑物在余震作用下的变形和破坏过程，分阶段的破坏特征。
确定系统破坏程度的分级、相应的破坏判据和安全度。
综合研究成果，提出了修复和加固震害水工建筑物、提高安全性的对策和建议。
汶川地震中框架结构震害情况调查及分析
汶川地震中框架结构震害情况调查及分析耿栋合肥工业大学土木与水利工程学院，研2012级15班，2012110857摘要：本文结合5.12汶川大地震，介绍了钢筋混凝土框架结构在地震中的震害情况，从房屋整体垮塌、房屋整体严重歪斜、房屋部分楼层垮塌、房屋部分集中垮塌四个方面介绍了框架结构整体震害现象, 从框架柱、梁、填充墙等破坏介绍了框架结构构件震害现象。
并从结构平立面布置、结构体系和结构构件等方面初步分析了钢筋混土框架结构破坏的主要原因。
最后对如何加强框架结构的抗震构造措施提出了建议。
关键词：汶川地震；钢筋混凝土框架结构；震害情况；震害分析；抗震措施1.框架结构震害情况调查四川地震区中的多层和高层房屋建筑大多数采用钢筋混凝土结构，框架结构应用居多。
震害表明，多层和高层钢筋混凝土房屋具有足够的强度，良好的延性和较强的整体性，经过合理的抗震设计，采用此类结构是可以保证安全的。
此次调查的德阳、绵竹、什邡、都江堰等重灾区的框架结构和框架－剪力墙结构的主体结构震害较轻，未见主体结构整体坍塌。
但填充墙体和围护结构的震害比较严重。
特别是框架结构，填充墙体开裂严重。
通过增设构造梁、柱，加强维护墙体与主体结构的连接，可以有效减轻非结构构件的震害。
钢筋混凝土框架结构具有较好的抗震性能，在地震时遭受到的破坏比砌体结构的震害轻得多。
但如果设计不当、缺乏合理有效的抗震措施或施工质量不良，多层和高层钢筋混凝土框架结构建筑也会产生一定程度的震害，部分结构构件会发生严重的破坏。
其主要表现在以下几个方面。
1.1框架结构整体破坏1.1.1 房屋整体垮塌型填充墙普遍倒塌，房屋的柱子几乎全部折断或压断，因柱子破坏导致房屋整体倾倒，楼屋盖叠落在一起，房屋全都一塌到底，整栋房屋彻底倒塌。
下图所示为位于断层附近的北川县城曲山镇某钢筋混凝土框架结构的破坏形态就属于这种类型。
框架结构的柱子几乎全部折断，房屋整体失稳，几乎完全倒平。
1.1.2 房屋整体严重歪斜型填充墙普遍损毁，房屋部分底层或下层数层失稳倒塌，柱子毁坏，而顶层或上层严重破坏，顶层或上部楼层框架落下并有局部倒塌，呈整体倾斜状态。
汶川地震近断层地震动作用下结构地震响应特征分析
汶川地震近断层地震动作用下结构地震响应特征分析陈波;谢俊举;温增平【摘要】This paper focuses on studying the effects of near-fault ground velocity pulses on building structures. Inter-story drift distributions of structures subjected to velocity pulse-type records and non-pulse-type records were investigated to reveal the effects of near-fault strong motions on building structures with different natural vibration periods. Two groups of typical velocity pulse records and non-pulse records were selected from Wenchuan MS8. 0 earthquake, and a wavelet method of time domain synthesizing was used to modify the selected records, matching the target spectra from determined seismic intensity. The modified ground motions were used as the basic strong motion data for seismic response analysis. Finite models of 3, 11 and 20-story RC frame structures were established, and inter-story drift distributions of these three buildings subjected to typical velocity pulse-type records and non-pulse-type records were investigated. The study reveals that the inter-story drift distributions are quite different when the structures are subjected to pulse-type records and non-pulse-type records for the 3, 11 and 20-story RC frame structures, and are correlated with the natural vibration properties of building structures. In terms of low-rise buildings, inter-story drifts are larger for non-pulse-type records than those for pulse-type records. The influences of high modes on inter-story drifts become much more obvious with the increase of story number. The median value and dispersion of inter-storydrifts are much larger when subjected to pulse-type records compared with non-pulse-type records for high-rise buildings. Pulse-type records tend to induce higher modes response, resulting in large inter-story drifts for high-rise buildings. Non-pulse-type records have relatively large effects on inter-story drifts primarily in the fundamental mode for low-rise buildings. It can be concluded that the effects of near-fault velocity pulses should be taken into consideration when assessing seismic damage potential for near-fault building structures.%研究了具有不同自振特性的建筑结构在近断层速度脉冲型及非速度脉冲型地震动作用下的结构层间变形分布,揭示了近断层速度脉冲对工程结构地震响应的特殊影响.从汶川M8.0地震近断层强震记录中选取两组典型速度脉冲型记录和非脉冲型记录,根据确定的目标地震动强度水平,利用时域叠加小波函数法对选择的强震记录进行调整,使之与目标地震动水平对应的加速度反应谱保持一致,以此作为结构地震反应分析的地震动输入.选取具有不同自振特征的3层、11层和20层典型钢筋混凝土框架结构,建立有限元分析模型,分别计算在速度脉冲型与非速度脉冲型记录作用下这些结构层间变形分布.研究表明,速度脉冲型记录与非速度脉冲型记录作用下结构层间变形有明显差异,且与结构自振特征有关.就低层结构的层间变形而言,非速度脉冲型记录的影响较速度脉冲型记录的影响大.随着结构自振周期的增加,高阶振型的影响更加明显.与非速度脉冲型记录相比,速度脉冲型记录的结构层间位移反应中值及离散程度较大.速度脉冲型记录更容易激发高层结构的高阶振型,产生较大的层间位移反应.非速度脉冲型记录对中低层结构层间变形影响较大.因此,在开展近断层结构地震影响评价时,应考虑近断层速度脉冲的影响.【期刊名称】《地震学报》【年(卷),期】2013(035)002【总页数】12页(P250-261)【关键词】速度脉冲;近断层;框架结构;层间变形【作者】陈波;谢俊举;温增平【作者单位】中国北京100081 中国地震局地球物理研究所;中国北京100081 中国地震局地球物理研究所;中国北京100081 中国地震局地球物理研究所【正文语种】中文【中图分类】P315.9引言近断层速度脉冲型强震记录的特征及其破坏作用引起了工程地震学和地震工程学界的关注.速度脉冲记录对结构有特殊的破坏作用.Bertero等（1978）在研究1971年San Fernando强震记录时首次发现了幅值大、周期长的速度脉冲型近断层强震记录及其破坏作用.此后发生的一些大地震，如1979年Imperila Valley地震、1992年Landers地震、1994年Northridge地震、1995年日本Kobe地震等，都观测到了这种近断层速度脉冲型记录.已有的研究表明，有些结构大的结构层间位移常与这种长周期速度脉冲型记录密切相关，可能是由幅值大、周期长的速度脉冲型记录造成的（Iwan，Chen，1994；Somerville，1995；Iwan，1997；Malhotra，1999；MacRac et al，2000）.此外，这种速度脉冲型记录的形成与断层破裂的方向性效应和断层逆冲运动所造成的永久位移密切相关（Somerville et al，1997；Huang et al，2000；Chen et al，2001；李爽，谢礼立，2006；杨迪雄等，2009；杨迪雄，赵岩，2010）.中国数字强震动观测台网在2008年汶川MS8.0地震时获取到了大量的近场强震加速度记录（Li et al，2008，2010；于海英等，2008），发现有些近断层强震记录具有明显的速度脉冲型特征（Wen et al，2010；Lu et al，2010；谢俊举等，2011），为开展近断层速度脉冲型记录的工程特性研究提供了宝贵的资料.本文从汶川地震近断层强震记录中选取了速度脉冲型与非速度脉冲型两组典型地震动记录，采用时域叠加小波函数法对所选择的强震记录进行调整，使其加速度反应谱与目标地震动水平保持一致，建立不同自振特性的钢筋混凝土框架结构有限元模型，分析在不同类型强震记录作用下结构层间变形分布特征，试图揭示汶川地震近断层速度脉冲对工程结构地震响应的影响.1 脉冲记录的选取与调整为分析汶川地震近断层脉冲型地震动对工程结构的特殊破坏作用，本文从汶川地震中选取两组典型速度脉冲记录和非速度脉冲记录，对比分析这两组典型记录对结构影响的不同特点.参考Baker（2007）提出的近断层地震动脉冲的分析方法，从汶川地震获取的64组近断层记录中选取8条典型速度脉冲型加速度记录和8条非速度脉冲型加速度记录，作为地震动输入.选取的典型速度脉冲型记录和非速度脉冲型记录的主要参数如表1和表2所示.表1 选取的近断层速度脉冲型记录的主要参数Table 1 Parameters of selected near-fault pulse-type ground motions from Wenchuan earthquake记录名称台站代码脉冲周期／s 脉冲幅值／cm·s－1 E 51DYB 7.1 23.2 126.0 23.2 34.0德阳白马 N 51DYB 6.6 35.5 133.9 35.5 34.0江油台 E51JYT 15.6 35.7 501.7 35.7 23.9江油台 N 51JYT 8.4 38.2 439.3 38.2 23.9江油含增E 51JYH 15.6 34.9 498.7 34.9 13.6江油含增 N51JYH 10.2 28.7 350.1 28.7 13.6绵竹清平E 51MZQ 10.1 122.3822.8 122.3 3.2绵竹清平km德阳白马PGA／cm·s－2 PGV／cm·s－1 断层距／N 51MZQ 7.5 76.9 802.8 76.9 3.2表2 选取的近断层非速度脉冲型记录的主要参数Table 2 Parameters of selected non-pulse-type ground motions from Wenchuan earthquakeE 51LXM 320.9 21.7 56.8理县木卡 N 51LXM 276.5 17.8 56.8茂县叠溪E 51MXD 246.0 17.9 72.9茂县叠溪 N 51MXD 206.1 33.9 72.9什邡八角E 51SFB 541.9 69.3 10.4什邡八角 N 51SFB 580.3 88.8 10.4汶川卧龙E 51WCW 884.8 52.8 23.2汶川卧龙km理县木卡记录名称台站代码 PGA／cm·s－2 PGV／cm·s－1 断层距／N 51WCW 649.1 44.2 23.2 图1分别给出这两组阻尼比为5%的加速度反应谱（注：本文中加速度反应谱用“g”表示，1g＝9.8m／s2）.可以看出，速度脉冲型记录与非速度脉冲型记录的加速度反应谱值及谱形有较大的不同.如果直接以此作为结构地震反应分析的地震动输入，则很难确认引起结构地震反应差异较大的影响因素，即究竟归因于反应谱谱值或谱形，还是速度脉冲.为了能揭示速度脉冲型记录特殊的工程特性，需要对选取的两组记录进行调整，使其加速度反应谱一致或彼此接近（Alavi，Krawinkler，2004；赵凤新等，2008），以消除加速度反应谱因素的影响.同时，调整后的地震动需保持原始地震动的脉冲特征.图1 GB50011-2001设计反应谱（目标谱）和原始强震记录加速度反应谱（a）原始非速度脉冲型记录加速度反应谱；（b）原始速度脉冲型记录加速度反应谱；（c）原始记录的平均加速度反应谱Fig.1 GB50011-2001design spectrum （target spectrum）and acceleration response spectrum of original ground motions（a）Original non-pulse-type acceleration response spectrum；（b）Original pulse-type acceleration response spectrum；（c）Mean response spectrum of scaled ground motions常用的强震记录调整法有幅值缩放法和谱值匹配法（Kalkan，Luco，2011）.与幅值缩放法相比，谱值匹配法的精度更高，并在一定程度上保留原始地震动的非平稳特征.时域叠加小波函数法（Mukherjee，Gupta，2002；Suarez，Montejo，2005；Hancock et al，2006）对原始记录修改最小，保持了原始记录的自然积分关系，并且调整后基本不需重新进行基线校正（全伟，李宏男，2008），因此本文采用时域叠加小波函数法对所选定的两组强震记录进行调整.图2分别以近断层脉冲型地震动绵竹清平E和非脉冲型地震动理县木卡E为例，比较了按照目标加速度反应谱修正前后地震动的速度时程.可以看出，修正前后地震动速度时程波形相差不大，速度脉冲型加速度时程保持了原地震记录的脉冲特征.图2 采用时域叠加小波函数法修正后近断层脉冲型（a）和非脉冲型（b）地震动速度时程与原始记录的比较Fig.2 Comparison of modified near-fault pulse-type（a）and non-pulse-type（b）ground motions via adding wavelet functions with original ground motions本文以建筑抗震设计规范规定的罕遇地震下设计基本地震加速度0.30g，设计地震动分组第二组（水平地震影响系数0.90，特征周期0.40s，阻尼比5%）对应的设计反应谱作为目标谱.考虑结构可能出现高阶振型的影响以及结构进入非线性阶段后振动周期延长等，修正后的地震反应谱应在一定周期段内（0.2T1—1.5T1，本文选取T1为分析模型中20层钢筋混凝土结构的基本周期）与目标谱接近（Kalkan，Kunnath，2006；American Society of Civil Engineers，2006）.采用时域叠加小波函数法对原始脉冲与非脉冲两组记录进行修正，得到的每组地震动的加速度反应谱如图3所示.从图中可以看出，调整后的地震动加速度反应谱在低周期段（0—0.4s）有一定差别，但在结构敏感周期段内（0.4—3s），调整后的地震动加速度反应谱与目标谱有很好的匹配.与幅值缩放法相比，时域叠加小波函数法对地震动的频率和幅值都根据目标谱做了相应调整，使得调整后的地震动能够在工程关注的周期段内与目标谱保持高度的一致，且基本保持原始地震记录的脉冲特征，可有利于最大程度减少加速度反应谱的不同对结构反应的影响.图3 GB50011-2001设计反应谱（目标谱）和调整后强震记录加速度反应谱（a）调整后非速度脉冲型记录加速度反应谱；（b）调整后速度脉冲型记录加速度反应谱；（c）调整后记录的平均加速度反应谱Fig.3 GB50011-2001design spectrum （target spectrum）and modified acceleration response spectrum of ground motions（a）Modified non-pulse-type ground motions；（b）Modified pulse-type ground motions；（c）Mean response spectrum of scaled ground motions2 建筑结构模型选取具有不同自振周期的典型钢筋混凝土框架结构，研究速度脉冲对建筑结构地震反应的影响特点.采用结构非线性地震反应分析程序IDARC（Reinhorn et al，2006），分别建立3层、11层和20层的典型钢筋混凝土框架结构地震反应分析模型.模型结构的载荷、平面布置和层高均参考实际办公楼的结构设计，按照国家质量监督检验检疫总局，中华人民共和国建设部（2001）《建筑结构抗震设计规范》进行抗震设计，设防烈度8度，设计基本加速度0.2g，设计地震第二组，场地类别为Ⅱ类.3层、11层和20层钢筋混凝土框架的基本周期分别为0.58，1.43和1.99s.考虑P－Δ效应，楼板平面采用刚性假定，钢筋混凝土构建的恢复力模型采用三线型骨架模型.2.1 模型一3层钢筋混凝土框架结构的立面图如图4所示.框架平面为7.2m×7.2m柱网，底层层高4m，其它层高均为3.3m，总高度为10.6m，梁尺寸统一使用250mm×500mm，柱尺寸统一使用400mm×400mm；梁柱的混凝土均采用C30，二者纵筋统一使用HRB335，箍筋统一使用HPB235；梁配筋率为1.5%，柱配筋率为2%.2.2 模型二11层钢筋混凝土框架结构的立面图如图5所示.框架底层层高4.5m，其它层高均为3.6m，总高度为40.5m，梁尺寸统一使用300mm×750mm.柱尺寸为：1—5层，边柱700mm×700mm，中柱700mm×750mm；6—8层，边柱550mm×550mm，中柱550mm×650mm；9—11层，边柱450mm×450mm，中柱450mm×550mm.梁和柱的混凝土分别采用C30和C40，二者纵筋统一使用HRB335，箍筋统一使用HPB235；梁配筋率为1.5%，柱配筋率为2%.2.3 模型三20层钢筋混凝土框架结构的立面图如图6所示.框架层高均为3.6m，总高度为72m.梁尺寸为：1—5层，边梁500mm×700mm，中梁500mm×500mm；6—10层，边梁500mm×700mm，中梁400mm×500mm；11—20层，边梁300mm×650mm，中梁300mm×450mm.柱尺寸为：1—5层，800mm×800mm；6—10层，700mm×700mm；11—20层，600mm×600mm.梁选用的混凝土为：1—5层为C35，6—15层为C30，16—20层为C25；柱的混凝土采用：1—5层为C40，6—15层为C35，16—20层为C30.梁和柱的纵筋统一使用HRB335，箍筋统一使用HPB235.梁柱配筋为梁配筋率1.5%，柱配筋率2%.3 脉冲与非脉冲对结构层间位移反应的影响以调整后的两组加速度时程作为地震动输入，利用IDARC进行结构动力反应分析.选取层间位移角作为结构反应参数，考察速度脉冲对具有不同自振周期的建筑结构地震反应影响的特点.图7，8，9分别给出了在近断层脉冲与非脉冲地震动作用下3层、11层和20层钢筋混凝土框架结构楼层最大层间位移角.可以看出，在速度脉冲型记录和非速度脉冲型记录作用下3层、11层和20层框架结构最大层间位移角的分布形式有明显不同.图7 调整后地震动作用下3层结构最大层间位移角（a）非速度脉冲型地震动；（b）速度脉冲型地震动；（c）中值比较；（d）标准差比较Fig.7 Maximum inter-story drift for a 3-story building subjected to modified ground motions（a）Non-pulse-type ground motions；（b）Pulse-type ground motions；（c）Comparison between median values；（d）Dispersion comparison of maximum inter-story drift ratio（IDR）对于3层框架（图7），最大层间位移角出现在底层，是由调整后的非脉冲型记录理县木卡E引起的，最大值为1.35%（图7a）；在速度脉冲型记录中，最大反应是由调整后的记录江油含增E引起，为1.15%（图7b）.非脉冲型记录比脉冲型记录作用下的结构最大层间位移角中值要大近8%，非速度脉冲型记录的结构最大层间位移角离散性较速度脉冲型记录的大，其最大的标准差是脉冲型记录下标准差的2.9倍.对于11层结构（图8），最大反应并没有出现在底层，而是出现在中部.非速度脉冲型组中什邡八角N引起的层间位移角最大，发生在第二层，其值为1.46%（图8a）；而对于速度脉冲型组，最大反应是由江油E引起的，其值为1.23%（图8b）.在7层以下，速度脉冲型地震作用下的层间位移角中值比非速度脉冲型地震动的大，底层的层间位移反应相差最大，接近50%；在8—11层，非速度脉冲型地震动作用下的层间位移角中值大于速度脉冲型地震动的层间位移角中值，第8层相差最大，接近21%.对于结构反应的离散性，在1—6层，非速度脉冲型的要大于速度脉冲型的；在7—9层，结构反应的离散性发生转换，速度脉冲型要大于非速度脉冲型；而在10层和11层，结构反应的离散性发生转换，非速度脉冲型再次大于速度脉冲型.图8 调整后地震动作用下11层结构最大层间位移角（a）非速度脉冲型地震动；（b）速度脉冲型地震动；（c）中值比较；（d）标准差比较Fig.8 Maximum inter-story drift for an 11-story building subjected to modified ground motions（a）Non-pulse-type ground motions；（b）Pulse-type ground motions；（c）Comparison between median values；（d）Dispersion comparison对于20层结构（图9），速度脉冲型地震动作用下结构反应整体上要稍大于非脉冲型地震动.最大层间反应主要分布在中上部和中下部.其中，中上部最大层间位移角是由速度脉冲型组中绵竹清平E引起，发生在第14层，为1.18%；中下部最大层间位移角在第6层，其值为1.05%（图9b）.非速度脉冲型组中最大层间位移角是由理县木卡N引起，发生在第14层，其值为1.11%（图9a）.对于结构反应的离散性，速度脉冲型的亦要整体大于非速度脉冲型的.图9 调整后地震动作用下20层结构最大层间位移角（a）非速度脉冲型地震动；（b）速度脉冲地震动；（c）中值比较；（d）标准差比较Fig.9 Maximum inter-story drift for a 20-story building subjected to modified ground motions（a）Non-pulse-type ground motions；（b）Pulse-type ground motions；（c）Comparison between median values；（d）Dispersion comparison of IDR比较图7a，b、图8a，b和图9a，b给出的3种结构模型反应结果可以发现，无论是速度脉冲型地震动还是非脉冲型地震动，对于同一结构，最大层间位移角随楼层的分布表现出近乎一致的特征.低层结构（3层框架）呈阶梯分布，底部反应最大，顶部最小；中高层（11层框架）呈倒“D”型分布，中部反应大，两端反应稍小；而对于高层（20层框架）则呈“B”型分布，中上部和中下部反应较大，低层和顶层反应较小.分析可知，这种分布特征可能与结构在地震动作用下各阶振型的参与权重有关.对于低层结构，结构层间位移反应主要由第一振型控制；而随着层数的增大，高阶振型影响愈加明显.此外，还发现在同组记录中，往往有一至两条记录对结构的影响差别较大.例如，非脉冲组地震动理县木卡E对3层结构，什邡八角N对11层结构和脉冲组地震动江油E对11层结构的反应表现出与同组其它地震动不一样的分布特征.这可能与地震动有一定的随机性，以及调整后的反应谱在低周期段仍有差异有关.对比调整后速度脉冲型与非速度脉冲型两组地震动输入作用下3层、11层和20层框架结构各层的最大层间位移角的中值分布变化情况，二者作用下结构的反应有一定差异，且随着结构模型层数的不同，总体上表现出一定的规律.速度脉冲型与非速度脉冲型记录对低层结构的层间位移反应影响的差别较小.而随着结构层数的增高，速度脉冲型的记录对结构层间位移响应的影响由小于非速度脉冲型，逐渐发展到整体大于非速度脉冲型.速度脉冲型作用下20层框架结构的层间位移变形，要比非速度脉冲型记录作用下大，接近30%.对于结构反应的离散性，亦表现出如此规律，速度脉冲型作用下的低层结构反应的离散性比非速度脉冲型记录的小.而随着结构层数的增高，速度脉冲型作用下的结构反应的离散性逐渐增大，其中20层框架，速度脉冲型作用下的结构层间位移变形的标准差要比非速度脉冲型记录的大10%以上.即速度脉冲型相比非速度脉冲型地震动更容易激发高层结构的层间位移响应，对高层结构的作用更加明显.4 讨论与结论本文从汶川地震近断层强震记录中分别选取8条典型速度脉冲型和8条非速度脉冲型记录，作为结构反应的地震动输入.基于有限单元方法分别建立了3层、11层和20层的典型钢筋混凝土框架结构模型，研究钢筋混凝土框架在近断层速度脉冲型与非速度脉冲型作用下的结构层间位移变形特点，揭示汶川地震近断层速度脉冲对结构地震反应的影响.主要结论如下：1）在两组地震动加速度反应谱一致的前提下，与非速度脉冲记录相比，速度脉冲记录对低层结构的层间位移反应影响的差别较小.而随着结构层数的增高，速度脉冲记录对结构层间位移响应的影响逐渐明显.结构层间位移变形的离散性也表现出类似规律.非速度脉冲地震动对受第一振型控制的中低层结构层间变形影响较大；速度脉冲型记录则更容易激发高层结构的高阶振型的响应，产生较大的变形.2）与集集地震和北岭地震（赵凤新等，2008；杨迪雄等，2009）近断层速度脉冲型地震动引起高层结构较大弹塑性变形相比，汶川近断层多层和高层结构的地震反应较小.这可能与汶川地震速度脉冲型地震动长周期效应较弱（Li et al，2010；Wen et al，2010）有关.3）由于地震动的复杂性和随机性，反应谱并不能完全反映地震动的工程特性，结构的弹塑性反应会因地震动有无速度脉冲而表现不同.在结构抗震设计和评估中，特别是对于高层结构，在考虑地震动反应谱特征的同时，应充分考虑速度脉冲型地震动对结构抗震安全的影响；条件允许的情况下，应选择多个地震事件的速度脉冲记录.中国强震动观测台网为本研究提供了强震记录数据；审稿人为本文的完善提出了许多宝贵的意见.作者在此一并表示感谢.参考文献李爽，谢礼立.2006.近场脉冲型地震动对钢筋混凝土框架结构影响［J］.沈阳建筑大学学报，22（3）：406－－410.国家质量监督检验检疫总局，中华人民共和国建设部.2001.GB50011-2001建筑抗震设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社：44－－56.全伟，李宏男.2008.调整已有地震动拟和规范反应谱人造地震动方法比较［J］.防灾减灾工程学报，28（1）：91－－97.谢俊举，温增平，高孟潭，袁美巧，何少林.2011.2008年汶川地震近断层地震动的非平稳特征［J］.地球物理学报，54（3）：728－－736.杨迪雄，潘建伟，李刚.2009.近断层脉冲型地震动作用下建筑结构的层间变形分布特征和机理分析［J］.建筑结构学报，30（4）：108－－118.杨迪雄，赵岩.2010.近断层地震动破裂向前方向性与滑冲效应对隔振建筑结构抗震性能的影响［J］.地震学报，32（5）：579－－587.于海英，王栋，杨永强，卢大伟，解全才，张明宇，周宝峰，江纹乡，程翔，杨剑.2008.汶川8.0级地震强震动特征初步分析［J］.震灾防御技术，3（4）：321－－336.赵凤新，韦韬，张郁山.2008.近断层速度脉冲对钢筋混凝土框架结构地震反应的影响［J］.工程力学，25（10）：180－－187.Alavi B，Krawinkler H.2004.Behavior of moment resisting frame structures subjected to near-fault ground motions［J］.Earthq Eng Struct Dyn，33（6）：687－－706.American Society of Civil Engineers.2006.Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures.ASCE7-05［S］.Reston，Virginia，United States：American Society of Civil Engineers：175－－176.Baker J K.2007.Quantitative classification of near-fault ground motion using wavelet analysis［J］.Bull Seism Soc Amer，97（5）：1486－－1501. Bertero V V，Mahin S A，Hrrera R A.1978.Aseismic design implications of near-fault San Fernando earthquake records［J］.Earthq Eng Struc Dyn，6（1）：31－－42.Chen K C，Huang B S，Wang J H，Huang W G，Chang T M，Hwang R D，Chiu H C，Peter Tsai C C.2001.An observation of rupture pulses of the20September 1999Chi-Chi，Taiwan，earthquake from near-fieldseismograms［J］.Bull Seism Soc Amer，91（5）：1247－－1254. Hancock J，Watson-L J，Abrahamson N A，Bommer J J，Markatis A，Mccoy E，Mendis R.2006.An improved method of matching response spectra of recorded earthquake ground motion using wavelets［J］.J Earthq Eng，10（1）：67－－89.Huang B S，Chen K C，Wang J H，Huang W G，Wang J H，Chang T M，Hwang R D，Chiu H C，Peter Tsai C C.2000.Characteristics of strong ground motion across a thrust fault tip from the September 21，1999，Chi-Chi，Taiwan earthquake［J］.Geophys Res Lett，27：2729－－2732. Iwan W D，Chen X.1994.Important near-field ground motion data from the Landers earthquake［C］∥Proceedings of the 10th European Conference on Earthquake Engineering.Vienna：229－－234.Iwan W D.1997.Drift spectrum：Measure of demand for earthquake ground motions［J］.J Struct Eng，123（4）：397－－404.Kalkan E，Kunnath S K.2006.Effects of fling step and forward directivity on seismic response of buildings［J］.Earthquake Spectra，22（2）：367－－390.Kalkan E，Luco N.2011.Special issue on earthquake ground-motion selection and modification for nonlinear dynamic analysis of structures ［J］.J Struct Eng，137（3）：277，doi：10.10611（ASCE）ST.1943-541X.0000355.Li X J，Zhou Z H，Huang M，Wen R Z，Yu H Y，Lu D W，Zhou Y N，Cui J W.2008.Preliminary analysis of strongmotion recordings from the magnitude 8.0Wenchuan，China，earthquake of May 12［J］.Seism ResLett，79（6）：844－－854.Li X J，Liu L，Wang Y S，Yu T.2010.Analysis of horizontal strong-motion attenuation in the great 2008Wenchuan earthquake［J］.Bull Seism Soc Amer，100（5B）：2440－－2449.Lu M，Li X J，An X W，Zhao J X.2010.A preliminary study on the near-source strong-motion characteristics of the great 2008Wenchuan earthquake［J］.Bull Seism Soc Amer，100（5B）：2491－－2507. MacRac G A，Morrow D V，Roder C W.2000.Near-fault ground motion effects on simple structures［J］.J Struct Eng，127（9）：996－－1004. Malhotra P K.1999.Response of buildings to near field pulse-like ground motions［J］.Earthq Eng Struct Dyn，28（11）：1309－－1326. Mukherjee S，Gupta V K.2002.Wavelet-based generation of spectrum-compatible time-histories［J］.Soil Dyn Earthq Eng，22（9－－12）：799－－804.Reinhorn A M，Kunnath C K，Valles R E，Li C，Madan A.2006.IDARC2 D Version6.1：A Program for the Inelastic Damage Analysis of Buildings ［M］.Buffalo，New York：State University of New York：1－－62. Somerville P.1995.Characterization of Ground Motion at the Sites of Subjected Buildings［R］.SAC Joint Venture Rep，SAC 95-03. Somerville P G，Smith N F，Graves R W，Abrahamson NA.1997.Modification of empirical strong ground motion attenuation relations to include the amplitude and duration effects of rupture directivity［J］.Seism Res Lett，68（1）：199－－222.Suarez L E，Montejo L A.2005.Generation of artificial earthquakes via thewavelet transform［J］.Int J Solids Struct，42（5）：5905－－59l9.Wen Z P，Xie J J，Gao M T，Hu Y X，Chau K T.2010.Near-source ground motion characteristics of the MS8.0Wenchuan earthquake［J］.Bull Seism Soc Amer，100（5B）：2425－－2439.。
汶川地震前的粘滑微破裂现象在周至井的反映及分析
文章编号：2095-6835（2023）14-0158-04汶川地震前的粘滑微破裂现象在周至井的反映及分析宋雨萌，舒优良，冯红武，王玥明（陕西省地震局，陕西西安710068）摘要：通过提取分析汶川地震前周至深井不同精度的观测数据，跟踪监测地震孕育及发生过程中的前兆异常信息。
深井观测作为捕捉震源区介质破裂效应的一个重要途径，能够有效排除各种地面噪声干扰，大幅提高对微破裂现象及其他微弱地球物理信息的观测精度，进而探索到更为丰富的地球内部信息。
2004年中国地震台网中心与周至地震台合作，在周至深井做水位高频采样的试验研究，将LN-3数字水位仪与采样率为50Hz 的地震数据采集器进行成功连接，自此不仅能够采集到整点值、分钟值和秒值，还能获取更高频的数据，使得地下流体观测的高频、短周期信息大量增加，从这些庞杂的观测数据中有效提取关键信息，对于探索地震的孕育、发生和发展具有重要意义。
关键词：地下流体；水位；高频采样；微破裂中图分类号：P315.72文献标志码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2023.14.048目前现有的水位观测大都是分钟值采样，对于观测地下水动态长趋势变化而言足够，但若想作为震前的地下流体微动态研究则远远不够，很多有效信息都因数据采样率过低而被丢失。
本研究通过对比分析汶川地震前的周至井分钟值水位观测数据和高频采样水位观测数据，在排除干扰成分的基础上，压制噪声、突出信号、提高信噪比，有效提取与地震孕育、发生过程相关的地球物理信息，探索地震发生前的断层粘滑和岩石微破在地下水观测中的动态反映[1]。
1对不同采样率和时段的观测数据进行频谱分析1.12008年2月分钟值数据与高频采样数据对比以2008-02-23T15：00的一个脉冲为例，在分钟值上观察到的是一个脉冲，而在高频采样的数据上却显示为一个波形，周期约6min ，出现这种差异的原因在于两者采样率的不同，如图1所示。
这是一个慢变信号，很可能是断层粘滑在水位记录上的动态表现。
近断层地震动作用下进水塔的地震反应分析
2.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,陕西 西安 710065)
摘要:为了研究近断层脉冲型地震动向前方向性效应和滑冲效应引起的速度脉冲对进水塔结构的
地震反应。在文摘中选取台湾集集地震、美国加州北岭地震两次倾滑断裂地震中含强脉冲的 30 条
原始地震波为输入波,对实际工程结构中的进水塔及启闭机室结 构 基 于 受 力 特 点 建 立 了 简 化 计 算
t
i
ons.Ne
a
r
f
au
l
t
ypu
r
o
u
n
dm
o
t
i
o
nw
i
t
ht
h
e
f
o
r
w
a
r
dd
i
r
e
c
t
i
o
n
a
l
u
l
s
e
e
f
f
e
c
th
a
s
t
h
e
r
e
a
t
e
s
t
e
f
f
e
c
t
o
n
t
h
ed
e
f
o
r
m
a
t
i
o
n
g
p
g
收稿日期:2019
10
25; 网络出版日期:2020
04
23
//kns.
/kcms
/de
/61.
速度脉冲地震动的影响,其中含向前方向性脉冲效应的近断层地 震 动 对 启 闭 机 室 加 速 度 放 大 最 为
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第29卷第9期2011年9月水 电 能 源 科 学Water Reso urces and Pow er V ol.29N o.9Sep.2011文章编号:1000-7709(2011)09-0097-04汶川地震实测波作用下高耸进水塔结构损伤开裂分析张亚敬,张燎军,陈 立(河海大学水利水电学院,江苏南京210098)摘要:以某高耸进水塔为例,采用ADI NA 结构分析软件建立了结构-水体动力耦合的三维非线性有限元模型,利用汶川地震中某坝顶处所测得的地震波进行相应的修正处理,作为模型结构的地震动输入,研究了进水塔在正常蓄水位组合地震荷载工况下的地震反应,并分析了其抗震安全性。
结果表明,高耸进水塔在实测地震波作用下局部出现损伤开裂,但整体结构仍能确保抗震安全性。
关键词:进水塔;A DIN A ;损伤开裂;实测地震波;抗震分析中图分类号:T V 698 1+3文献标志码:A收稿日期:2011-03-22,修回日期:2011-05-16作者简介:张亚敬(1982-),女,硕士研究生,研究方向为水灾害与水安全,E -mail:kreace@163.co m 通讯作者:张燎军(1962-),男,教授、博导,研究方向为水工结构工程,E -mail:ljzhang @大坝进水塔为水利枢纽中一个重要的泄水建筑物,若遭到破坏将会导致库水位上升,进而危及整个水利枢纽的安全[1]。
因此,进水塔抗震安全对整个水利枢纽安全运行有重要的意义。
进水塔在强震作用下,需考虑动水压力对结构响应的影响,且混凝土作为一种准脆性材料,还可能出现压碎、开裂等非线性行为[2],因此利用实测的强震记录对水工建筑物进行抗震安全研究十分必要。
鉴此,本文以某大坝高耸进水塔为例,考虑结构 水体动力相互作用及塔体混凝土材料在地震激励下的非线性行为,建立了三维有限元动力仿真模型,研究了正常蓄水位工况下进水塔在修正实测地震波作用下的损伤开裂情况,并评价了其抗震安全性。
1 计算理论与方法1.1 结构 水体耦合方程本文采用ADINA 软件中的势流体单元模拟水体[3],其水体 结构的流固耦合有限元方程为:000MFFU +C U U C U FC FU-(C FF +(C FF )SU+K UU K U FK FU-(K FF +(K FF )S )U =00-F U F F +(F F )S(1)式中,M FF 为流体质量矩阵;C UU 、C FU 、C UF 、C FF 分别为固体本身的、固体对流体造成的、流体对固体造成的、流体本身的阻尼矩阵;K UU 、K FU 、K UF 、K FF 分别为固体本身的、固体对流体造成的、流体对固体造成的、流体本身的刚度矩阵; U 、 分别为未知的位移矢量增量与势增量;F U 为边界所受流体压力;F F 、(F F )S 分别为流体连续性方程对应的体积分与面积分;(K FF )S 和(C FF )S 分别为流固耦合产生的刚度矩阵和阻尼矩阵。
1.2 混凝土开裂模型计算中所选取的混凝土本构模型是一种基于单轴应力应变关系推广到复杂应力状态下的非线性开裂模型,其混凝土破坏准则基于虚拟裂纹模型。
混凝土开裂模型包括复杂应力状态和循环加载条件下的应力应变关系,裂缝产生、发展、闭合和重新张开的准则和软化段曲线[4](图1、2)。
其中, t 为单轴开裂应力; tp 为断裂瞬时减低后的拉应力; e t 为单轴极限拉应变; u 为单轴极限压应力; c 为最大单轴压应力; e u 为单轴极限压应变; e c 为c 单轴应变。
图1 混凝土单轴应力应变曲线Fig.1 S ing le a x le s t re e -st ra in c urv e of c onc re t e图2 循环加载条件下混凝土单轴应力应变曲线Fig.2 S ing le a x le s t re e -st ra in c urv e of c onc re t eunde r c y c lic lo ading描述混凝土裂纹扩展包括抗拉强度 t 、断裂能G f 、单元特征长度h c 三个参数,当拉应力达到抗拉强度 t 时即开始裂纹扩展,则极限拉应变 e m 为:e m = e t(2)其中 e t =2G f /(h c t ); =2G f E 0/(h c 2t )式中, E 0为初始弹性模量。
1.3 实测地震加速度的修正图3为进水塔附近大坝坝顶的实测地震波。
由图可看出,实测地震加速度峰值达2g ,可能原因在于坝顶的栏杆和落石跌落到设置于坝坡上的强震仪附近,导致局部的高频冲击[5]。
因此,需修正原地震加速度时程,并将其转化为进水塔结构塔底基岩处的地震加速度时程。
图3 实测地震加速度时程(未修正)Fig.3 M o nit o re d e art hquake ac c ele ra t ion -t ime hist o r ie s(non -mo dif ie d)通过对实测的坝顶三向地震波进行基线校正及滤波处理,得到顺河向、横河向及竖向的加速度峰值分别为0.788g 、1.115g 、1.455g 。
由于整个地震时程较长,全部选取将消耗大量的计算资源,本文选取包含绝大部分强震作用的地震持时段15~45s 。
修正后三个方向地震加速度时程曲线见图4。
图4 修正后进水塔地震加速度时程Fig.4 Ear t hqua ke a cc e ler at io n -t imehist o rie s o f int a ke t ow e r2 塔体结构损伤开裂分析2.1 计算模型考虑结构 地基 水体的联合作用,建立三维整体非线性分析模型。
计算时地基范围取为:进水塔上、下游面均向上、下游取50m,进水塔左右侧各取20m,底板向下取50m 深。
考虑到计算机容量及计算时间限制,地基及回填混凝土采用弹性材料,塔体和水体采用混凝土本构模型。
进口底高程为800m,正常蓄水位877m 。
进水塔 地基 水体与进水塔 回填混凝土三维有限元网格见图5。
抗拉抗压强度材料力学参数为:进水塔混凝土C30和C25的弹性模量分别为3.0 104、2.8 104M Pa,回填混凝土C15弹性模量为2.2 104M Pa,地基弹性模量为1.0 104MPa;混凝土密度为2400kg/m 3,泊松比为0 167;地基密度为2786kg/m 3,泊松比为0.200。
图5 进水塔 地基 水体与进水塔 回填混凝土三维有限元网格Fig.5 3D f init e e leme nt mes h of int ake t o w e r -fo unda t ion a nd int ake t o w er -ba ckf ille d co nc re t e进行结构自振特性和地震反应分析时,结构阻尼比取0.05,混凝土的动态强度和动态弹性模量根据 水工建筑物抗震设计规范 [6]取静态标准值的1.3倍。
计算进水塔自振特性时,将上部启闭机房及吊车等荷载等效为集中质量施加于塔顶上。
2.2 塔体结构在实测地震作用下的损伤开裂静力计算结果表明,进水塔未出现拉裂或压碎破坏,结构处于弹性状态。
在地震动时程分析中,进水塔结构地震动输入2.10s(图4中17.10s)时,塔体表面出现了细微拉裂纹区域,出现于塔体与回填混凝土的交界处,塔体一侧出现的损伤裂缝见图6。
图7为10.00s(图4中20.00s)时塔体的损伤开裂情况。
当计算地震动输入14s (图4中29.00s)到达峰值时,塔体背部与回填混凝土的交界部分均有损伤裂缝出现。
图8为地震98 水 电 能 源 科 学 2011年第29卷第9期张亚敬等:汶川地震实测波作用下高耸进水塔结构损伤开裂分析图6 2.10s 塔体损伤区分布Fig.6 Dis t ribut io n of t o w er bo dy damag ez one in 2.10s ec onds图7 10.00s 塔体损伤区分布Fig.7 Dis t ribut io n of t o w er bo dy damag ezo ne in 10.00s e conds图8 30.00s 塔体损伤区分布Fig.8 Dis t ribut io n of t o w er bo dy damag ezo ne in 30.00se co nds动结束时塔体的损伤开裂情况。
整个塔体基本上仅在回填混凝土与塔体的交接部位出现损伤裂缝,而这些部位亦是有限元计算中产生应力集中的区域。
图9为30.00s 塔体沿回填混凝土顶z 向剖面图。
由图可看出,塔体表面虽有部分区域表面裂缝细纹较多,但这些细纹均分布于塔体与回填混凝土交界面处,未向塔体内延伸,进水塔在地震动作用中仅在不同材料的交界面处产生裂缝损伤,交接处是塔体抗震薄弱的区域,塔体结构能确保其自身整体结构的安全。
图9 30.00s 塔体沿回填混凝土顶z 向剖面图Fig.9 z dire c t ion pro file s o f ba ckf ille d c o ncr et e a longt he t o p o f t ow e r bo dy in 30.00s ec o nds3 结语a.假定塔体为非线性混凝土材料,由于计算机容量和时间关系,塔后回填混凝土和地基均采用弹性材料,实际上地基岩石材料中存在节理裂隙,回填混凝土材料标号较塔体低,更易发生破坏,从而消耗了部分地震能量,降低了塔体的实际损伤开裂。
b.进水塔主要损伤裂缝区出现于塔体背部及两侧塔体与回填混凝土两种材料的交接处,均为抗震薄弱部位。
但整个塔体结构并未形成较大的损伤开裂区域,不会影响整体结构安全。
c.强震后应仔细检查高耸进水塔塔体与回填混凝土交界面有无真正出现裂缝,以便及时修补,确保结构的整体性和安全性。
参考文献:[1] 赵晓红,张燎军,龚存燕.紫坪铺水电站#2泄洪排砂进水塔震后抗震复核分析[J].水电能源科学,2010,28(8):91-93.[2] Jeeho Lee,Gregory L Fenves.A Plastic -damage ConcreteModal for Earthquake A nalysis o f Dams[J].Ear th -quake Eng ineering &St ruct ur al Dynamics,1998,27(9):937-956.[3] A DIN A R&D,I nc..A DIN A T heo ry and M o delingGuide Vo lume I:A DIN A Solid &Structures [Z].U SA,Water tow n:A DIN A R &D,Inc.,2005.[4] 江见鲸,陆新征,叶列平.混凝土结构有限元分析[M ].北京:清华大学出版社,2005.[5] 陈厚群,徐泽平,李敏.汶川大地震和大坝抗震安全[J].水利学报,2008,39(10):1158-1167.[6] 中国水利水电科学研究院.水工建筑物抗震设计规范(DL5073-2000)[S].北京:中国电力出版社,2001.(下转第114页)99图13 百年一遇洪水各断面冲淤对比Fig.13 Co mpa riso n of e ro sio n and de po sit ion o f ea chc ro ss -se c t ion w it h hundr ed -ye ar flo od控制泄量工况,峡谷段的C2断面平均淤积高度为2.698m,较空库迎洪工况高0.766m ,在W3~W5断面之间淤积较不控制泄量有部分壅高,其值在0.234~0.837m 之间。