分段高度对钢筋混凝土高架水箱抗震性能的影响

Bojja。Devadanam¹， M K MV Ratnam²和u RangaRaju博士^3.

P.G.学生，土木工程系，d.n.r.工程技术学院，比玛瓦拉姆，a.p.，印度
印度比玛瓦拉姆a.p. d.n.r.工程技术学院土木工程系助理教授
印度比玛瓦拉姆a.p. d.n.r.工程技术学院土木工程系教授

摘要

地震是主要的自然灾害之一，有可能通过对基础设施和生命线设施造成干扰而使人类生活瘫痪。在许多城市，水箱被认为是重要服务的一部分。在强烈地震期间，它们的安全性和功能性是至关重要的，因为它们有助于满足基本需求，如饮用水，在火灾事故时灭火等。因此，即使最终发生地震，这些结构也不应该倒塌。通过这一概念实现的目标是:根据IS CODE研究高架水箱的抗震设计:1893和IITK-GSDMA指南，采用SAP2000对高架水箱进行有限元建模和抗震分析，研究了各种参数(即地震烈度、土壤条件等)对高架水箱抗震性能的影响，采用SAP2000进行非线性静力分析，研究了分段高度对高架水箱基础剪切和延性特性的影响。

关键字

抗震设计，SAP2000，延性，IITK-GSDMA，有限元建模。

介绍

为了避免地震对水箱的影响。因此，鉴于这一需要，研究活动主要集中在了解地面和架空水箱的地震行为。自过去十年以来，人们观察到高架水箱的支撑结构在强震后遭受破坏，导致某些高架水箱倒塌——bhuj和Lattur震后研究。此外，可以观察到框架分期钢筋混凝土高架水箱比竖井分期钢筋混凝土高架水箱表现出更好的抗震性能。这可以归因于框架分段的地震能量吸收能力。因此，本研究主要集中在了解框架式分期高架水箱的抗震性能和性能特征。此外，与其他形状的储罐相比，圆形储罐具有最小的表面积。因此，圆形水箱所需的材料比其他形状的水箱所需的材料要少。因此，本研究采用了圆形水箱。

文献调查

1.研究了2001年1月26日不丹7.7级地震中高架水箱的抗震性能。研究了许多在布吉地震中倒塌的高架水箱，并了解了其倒塌的原因。

2.选择一个水箱问题，采用有限元方法对高架水箱进行建模，支撑系统中的柱和梁被建模为框架单元。对空水、满水、半满水等不同工况进行了研究，计算了不同时段的模态参与质量比。研究了地基剪力、倾覆力矩、顶板位移、晃动位移。

3.解释了框架分段式高架水箱，由细长分段顶部的巨大水团组成，这是地震期间水箱失效的最关键考虑因素。在地震作用下发生破坏的水箱中，多为轴支式水箱，在地震带应尽量避免使用。同时还指出，对于较高的地震带，一般框架分期是不够的，需要有支撑的特殊分期。

4.在Bhuj地区的水箱中观察到不同的失效模式，并确定了其原因。观察到的不同类型的破坏是梁的剪切破坏模式，梁的弯曲剪切破坏，柱的轴向破坏，连接中的裂缝和扭转破坏。

失败的调查

梁的剪切破坏模式

梁端剪力较大，塑性节点出现45度角剪切裂缝。1960年南美洲智利8.5级地震中观测到这种类型的破坏，用于空中水库。

梁的弯剪破坏

在弯剪裂缝梁中，这种类型的破坏发生在中间截面梁中，破坏向梁中心逐渐增加。如图3.2所示

柱轴向破坏

另一种类型的竖向裂缝破坏是由于柱压对其的作用。2001年印度Bhuj地震(里氏7.7级)就是这种类型的一个例子，地震发生在古吉拉特邦Anjar附近的一个20立方米的高架水箱上。观察到柱子上有很深的裂缝。裂缝沿柱的纵向加筋方向发生。此外，在与集装箱架系统连接的柱上出现了垂直裂缝，降低了柱的性能。它在高架坦克中受苦;然而，它并没有倒塌，轴向破坏模型如图3.2所示

高架水箱分析

一般的详细说明

高架水箱的地震分析是根据IS1893-part2给出的指南进行的。鉴于IS 1893:1984的局限性，在与国际高架水箱抗震设计惯例的比较中，IITKGSDMA提出了一些附加的液体储罐抗震分析和设计指南。本研究考虑IS 1893第1部分的规定以及IITK-GSDMA指南对高架水箱进行分析。

与IS 1893:1984的规定相比，IITK-GSDMA指南中包含了以下重要的规定和变化

有限元模型

采用SAP2000软件建立了高架水箱的有限元模型。SAP2000提供了一个单一的用户界面来执行:建模、分析、设计和报告。

材料特性

水箱分析所需的混凝土等级和钢等级在本节中定义。混凝土牌号为M20，钢筋牌号为Fe415。

部分属性

框架截面和区域截面将在本节中定义，并且必须分配在4.1节中定义的材料属性。

a.框架部分。

所有框架部分，即支架，柱和楼板梁在本节中定义，分配的部分属性如表4.1所示。

荷载组合

荷载组合应根据IS 1893(第1部分):2002定义。

所选择的不同组合是

1.5(恒载+活载)

1.2(恒载+活载+地震力(EQX, EQY))

0.9恒载+ 1.5 +地震力(EQX, EQY)

1.5(恒载+地震力(EQX, EQY))

这些组合要考虑X, Y，并与X轴成45度角，以知道最关键的组合。

案例研究

输入数据

在本研究中，一个直径为5.65m、四柱分段的圆形钢筋混凝土高架水箱被视为一个数值问题，以理解在5.1节中讨论的各种参数影响下的地震行为。

下面描述了分析所需的相关属性。

圆形水箱，直径= 5.65m

水箱容量= 100m3

分级高度= 20米

对水箱的性能进行了各种参数的分析，如分期高度的变化、水箱容量的变化、地震烈度和土壤类型的变化等。对水箱的有限元模型进行了动力分析，计算了分段的刚度和质量。

分段的区域和高度

在前面的章节中，我们已经看到了水箱在不同区域和不同高度下的行为，现在分别看到了，这两个因素结合在一起。在本研究中，分段的区域和高度都是不同的，以了解水箱在不同条件下的行为。在流程图的帮助下对所研究的案例进行了解释。

Ux、Uy分别为X、Y方向的群众参与比例。

振动的模式，用定量的术语来说，就是结构的振型。从表中可以看出，Uy的前5个节点的模态质量参与之和大于90%，因此需要考虑5种节点形状。模态振型和模态参与质量比取决于结构的质量和刚度，不随地震烈度和土体类型的变化而变化，因此从这些模态振型和模态参与质量比可以更好地了解水箱在地震荷载作用下的响应。

结论及未来研究范围

根据IITK-GSDMA指南进行了高架RC圆形水箱的地震分析，并分析了水箱在各种参数下的行为，即区域因素，土壤条件，不同阶段高度。采用SAP2000软件确定了结构的模态特征(模态振型和模态参与质量比)。支撑结构(即分段结构)被发现易受地震力的影响。因此，本文试图研究分段高度的变化对高架水箱抗震性能的影响。在分析中发现了如下观察结果，如下所示。

有如下观察:

1.分段高度对基层剪切特性有影响。这些变化如图5.15所示。基础剪切增加，直到一个临界阶段高度，然后开始下降。应小心避免达到临界高度。

2.基底剪力随地震烈度因子的变化呈线性变化。

3.混凝土等级对分段刚度有影响，分段刚度影响结构的基础剪力，如图5.5所示。

4.地基剪力随土体由软到硬的变化呈线性变化，如图5.10所示。

未来研究范围

本研究主要集中于分析容量小于200m3的RC高架圆形储罐在不同阶段高度下的性能。在本次初步调查中，从5.3节可以看出，高架水箱在一定高度分期时显得脆弱。此外，针对地震资料不足的问题，进行了反应谱分析。这些结果需要用人工地震资料和实验研究对EWT的易损性评价进行量化。

参考文献

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