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阿坝师专钟楼的震害分析

陈志城  
【摘要】: 地震是一种危及人民生命财产安全、破坏性极大的突发性自然灾害。地震除导致房屋倒塌、人员伤亡等直接损害之外,还会引起火灾、疾病等次生灾害,造成巨大的经济损失。震害分析是认识地震的一种重要手段,同时通过震害分析,可以从震害中学习,改进结构抗震能力。本文主要基于对阿坝师专在汶川地震高烈度地震动作用的震害,通过对震害现象的观察,应用ANSYS线性动力时程分析方法及SAP2000弹塑性动力分析方法,对阿坝师专钟楼震害进行分析研究。本文的主要工作和结论如下: 1)调查汶川县城及阿坝师专钟楼的震害情况,获取阿坝师专钟楼的结构设计图纸及地质勘查报告。 2)在不考虑填充墙、塔楼及场地土的影响的情况下,利用SATWE对阿坝师专钟楼的主体结构进行中震不屈服抗震计算,通过中震不屈服设计的配筋情况可以看出主体结构大部分构件已经屈服破坏。但是震害调查发现阿坝师专钟楼的主体结构完好,所以有必要在考虑填充墙的情况下,研究塔楼对主体结构的减震作用及考虑场地土影响后削弱了上部结构的地震响应。 3)建立了合理的动力学计算模型,研究了阿坝师专钟楼的动力特性,从结构动力特性的角度分析了塔楼产生鞭梢效应的原因及塔楼对主体结构的减震效应。 4)利用ANSYS有限元软件对阿坝师专钟楼的单塔楼、主体结构、整体结构进行线性动力时程分析及比较,得出了以下结论:(1)在汶川地震波作用下,塔楼鞭梢效应明显,鞭梢效应加大了塔楼的地震响应。(2)塔楼对主体结构起到了减震作用,最大的减震效应达到了13.3%,由于塔楼的强烈地震响应一定程度上耗散了输入给主体结构的地震能量,使得主体结构的地震响应有所减小,屋顶塔楼的作用可以看做TMD减震系统。(3)考虑场地土对结构的影响,通过对比得出:考虑地基土影响后,削弱了主体结构的地震响应,楼层最大的减震效率达到了40.5%。 5)利用SAP2000有限元分析软件对整体结构下的塔楼进行非线性分析,分析了二层塔楼垮塌的过程,得出了二层塔楼垮塌的原因:(1)鞭梢效应加大了塔楼的地震响应;(2)刚度突变使得二层成为薄弱层,地震中二层首先垮塌;(3)塑性铰集中在塔楼柱的柱端,不满足“强柱弱梁”原则。结构的屈服机制为局部机制(L机制),塑性受到集中,耗能少,易倒塌。


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