钢筋混凝土水塔的抗震性能分析-结构工程专业论文.docxVIP

目 录 1 绪 论 1 1.1 研究背景 1 1.2 国内外研究现状 3 1.3 本文的研究工作 4 2 水塔的结构震害及抗震理论简介 5 2.1 水塔结构及其震害概述 5 2.1.1 水塔结构概述 5 2.1.2 水塔震害概述 6 2.2 地震反应分析基本理论 7 2.2.1 静力分析 8 2.2.2 反应谱理论 8 2.2.3 动态时程分析理论 9  HYPERLINK \l _TOC_250001 3 RC 水塔结构在水平地震作用下的动力性能分析 16  HYPERLINK \l _TOC_250000 3.1 基于 ANSYS 软件平台的水塔结构有限元数值分析模型 16 3.2 水塔结构的模态分析 18 3.2.1 模态分析基本理论 18 3.2.2 ANSYS 模态提取方法 18 3.2.3 水塔结构模态分析 20 3.3 水塔结构的地震反应分析 25 3.3.1 水塔结构在水平地震作用下的地震反应谱分析 25 3.3.2 水塔结构在水平地震作用下的动态时程分析 26 3.3.3 水塔结构的地震反应谱分析与时程分析结果的比较 37 3.4 水塔结构的抗震构造措施 38 3.5 本章小结 40 4 RC 水塔结构在水平与竖向地震作用下的动力非线性分析 41 4.1 考虑 P-Δ 效应的 RC 水塔结构非线性动力反应分析 42 4.2 考虑几何非线性的 RC 水塔结构地震动态反应分析 42 4.3 本章小结 46 I 西安建筑科技大学硕士学位论文 西安建筑科技大学硕士学位论文 5 结论和展望 47 5.1 结 论 47 5.2 展 望 48 参考文献 51 致 谢 53 附 录 54 II  PAGE 9  PAGE 8 1 绪 论 1.1 研究背景 水塔是二十世纪六十年代以来我国大量兴建的一种构筑物，它主要起到调节 和稳定水压，储存和配给用水的作用。至今，仍有一些居民区和工业区采用这种 供水系统。 近年来，在我国的一些大地震中，大部分水塔出现了不同程度的破坏，这严 重影响到人们的日常生活用水。1975 年的海城地震中，营口地区某一容量为 600t 的砖支筒水塔，高 24m，地震时水箱内无水，震后在联系梁端处断裂；在这次地 震中，位于 8 度区的另一砖支架水塔，支架顶端出现水平裂缝，水箱环梁端部出 现竖向裂缝，且柱端和梁端均已周围裂通，抗震工作者对此次水塔震害进行了统 计，具体归纳如下表。 表 1.1 海城地震水塔震害统计表（%） 烈度毁坏严重破坏中等破坏轻微破坏基本完好调查个数Ⅸ 0.0 57.1 28.6 14.3 0.0 7Ⅷ 33.3 16.7 0.0 33.3 16.7 6Ⅶ 0.0 0.0 18.8 6.3 75.0 161976 年唐山地震时，位于 8 度区的天津工程机械厂 200t 砖支筒水塔，筒壁 出现 5 条竖向裂缝，下部裂缝达 50mm，向上延伸最长大 11m[1]，如图 1.1 所示； 位于 11 度区唐山火车站的 300t 钢筋混凝土筒壁式水塔，高 36.7m，在离地 1.7m 的筒壁上出现裂缝，在门顶至第一层窗之间有 4 条水平裂缝，在第一层窗与第二 层窗之间有 3 条较大竖向裂缝和 9 条较小裂缝；位于汉沽旭日化工厂的 26m 高水 塔，底部为砖结构，水箱为钢筋混凝土结构，在地震中完全倒塌，如图 1.2 所示。 2008 年汶川地震时，位于都江堰市某厂的 200t 水塔，其下部为钢筋混凝土 结构，中部和上部为砖砌体，在钢筋混凝土和砖砌体接触面处出现水平贯通裂缝 和斜裂缝，还有一钢筋混凝土水塔筒壁下部出现严重的竖向裂缝[2]，如图 1.3 所 示；受汶川地震的影响，位于陕西汉中的某一砖支筒水塔，筒壁局部被压酥，砖 石脱落，严重的大片塌落形成空洞，已经丧失了储水配水的功能，临近倒塌，如 图 1.4 所示。  图 1.1 天津机械厂水塔震害图 图 1.2 汉沽旭日化工厂水塔震害图 图 1.3 都江堰市某水塔震害图 图 1.4 陕西汉中某水塔震害图 综上所述，在历次地震中，砖支承水塔抗震性能最差，倒塌较多，容易危及 到人民生命安全，必要时应爆破拆除处理。对于钢筋混凝土水塔，其抗震性能较 好，但其薄弱处也会发生破坏。多数都是在门窗洞口处以及梁柱节点处出现斜裂 缝，筒壁中上部出现错位，中下部出现水平裂缝、斜裂缝等，最严重的是整体结 构发生塌落。从历次震害调查情况来看，水箱无论是承受静水压力还是动水压力， 震后均未发现其自身的破坏事例，由此，我们可以推定在地震中水塔结构的薄弱 环节是支筒或支架，一旦支承部分发生破坏，整个水塔基本上就丧失功能甚至坍 塌。