地面式鋼筋混凝土水池自愈、滲漏試驗(yàn)及地震響應(yīng)分析.pdf

1、鋼筋混凝土水池在供水系統(tǒng)中承擔(dān)著凈水、儲(chǔ)水的重要功能，是典型的儲(chǔ)液結(jié)構(gòu)。裂縫的出現(xiàn)會(huì)加速鋼筋銹蝕、降低結(jié)構(gòu)耐久性，且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中裂縫寬度限值很大程度上決定了配筋量。水池在地震作用下易出現(xiàn)裂縫，裂縫可能導(dǎo)致儲(chǔ)液滲漏，造成水池服務(wù)功能下降甚至喪失，并在一定程度上影響整個(gè)系統(tǒng)的功能。震后儲(chǔ)液結(jié)構(gòu)的裂縫開(kāi)展情況及由此導(dǎo)致儲(chǔ)液滲漏程度是評(píng)判水池地震破壞等級(jí)的主要標(biāo)準(zhǔn)。目前已有研究成果表明混凝土裂縫在與水接觸條件下會(huì)發(fā)生自愈使原有裂縫寬度減小，水池由

2、于儲(chǔ)水為裂縫的自愈提供了必要條件。因此，應(yīng)考慮承載力、耐久性、服務(wù)功能、經(jīng)濟(jì)性、裂縫自愈性能及震后維修加固可行性等因素綜合確定水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和地震破壞等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)中的裂縫限值。
　　儲(chǔ)液結(jié)構(gòu)在地震作用下存在液固耦合效應(yīng)且液體會(huì)發(fā)生晃動(dòng)，儲(chǔ)液的存在改變了結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和地震響應(yīng)。水池結(jié)構(gòu)除受到結(jié)構(gòu)本身慣性力和靜水壓力外，其底部和側(cè)壁還承受液體在垂直壁面方向上產(chǎn)生的動(dòng)水壓力。水池在抗震設(shè)計(jì)中需考慮液面晃動(dòng)和動(dòng)水壓力的影響?，F(xiàn)階段，對(duì)鋼筋

3、混凝土水池裂縫自愈性能、滲漏特性及水池在地震作用下的液固耦合動(dòng)力特性和地震響應(yīng)的研究尚不完善。本文通過(guò)鋼筋混凝土水池壁板彎曲裂縫和貫通裂縫的自愈、滲漏試驗(yàn)研究混凝土裂縫的自愈性能及滲漏特性；采用大型有限元軟件ADINA進(jìn)行地面式圓形水池地震響應(yīng)分析，研究液固耦合系統(tǒng)的動(dòng)力特性、儲(chǔ)液晃動(dòng)、動(dòng)水壓力及破壞特征等。論文主要完成了如下工作：
　　1.設(shè)計(jì)并完成了鋼筋混凝土水池壁板彎曲裂縫和貫通裂縫的自愈及滲漏試驗(yàn)。進(jìn)行了材料性能試驗(yàn)；對(duì)靜

4、水環(huán)境中彎曲微裂縫、流動(dòng)水環(huán)境中貫通裂縫的自愈性能進(jìn)行了測(cè)試，給出了彎曲微裂縫在靜水環(huán)境中短期內(nèi)的自愈合寬度，證實(shí)了貫通裂縫在流動(dòng)水環(huán)境中仍會(huì)發(fā)生自愈合；在裂縫上施加實(shí)際水頭作用測(cè)試了彎曲裂縫和貫通裂縫的滲漏特性，研究了彎曲裂縫寬度、受壓區(qū)高度及作用水頭對(duì)液體滲漏的影響，分析了貫通裂縫水的滲漏率與累計(jì)時(shí)間和水頭高度之間的關(guān)系。通過(guò)試驗(yàn)得到裂縫特性與自愈及滲漏之間的關(guān)系，為水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和地震破壞等級(jí)劃分提供參考。
　　2.對(duì)地面式圓

5、形水池進(jìn)行了液固耦合動(dòng)力特性分析，液固耦合系統(tǒng)包括剛體模態(tài)、儲(chǔ)液低階晃動(dòng)模態(tài)和結(jié)構(gòu)高階振動(dòng)模態(tài)三種形式。研究了儲(chǔ)水高度、水池半徑、液體表面重力波對(duì)液固耦合系統(tǒng)動(dòng)力特性的影響。此外，對(duì)比了圓形水池儲(chǔ)液晃動(dòng)頻率的理論和有限元計(jì)算結(jié)果，驗(yàn)證了模型的可靠性。儲(chǔ)液晃動(dòng)基本周期是確定水池水平地震作用的重要參數(shù)之一，因此推導(dǎo)得到圓形水池儲(chǔ)液晃動(dòng)基本周期計(jì)算公式。
　　3.分析了單向水平地震作用下不同水池半徑、不同儲(chǔ)水高度圓形水池的液面最大晃動(dòng)波

6、高，擬合得到了圓形水池單向地震作用下液面最大晃動(dòng)波高計(jì)算公式。公式可用于儲(chǔ)液結(jié)構(gòu)地震作用下的最大晃動(dòng)波高估計(jì)和儲(chǔ)液結(jié)構(gòu)最大晃動(dòng)波高設(shè)計(jì)。結(jié)合儲(chǔ)液結(jié)構(gòu)長(zhǎng)周期抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜和阻尼比修正系數(shù)，提出了儲(chǔ)水水池液面最大晃動(dòng)波高計(jì)算方法。液面最大晃動(dòng)波高可用來(lái)計(jì)算對(duì)流壓力。
　　4.研究了單向水平地震作用下不同水池半徑、不同儲(chǔ)水高度圓形水池池壁、底板環(huán)向和徑向位置的動(dòng)水壓力數(shù)值及分布情況，并與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比；分析了地震動(dòng)峰值加速度、儲(chǔ)

7、水高度、水池半徑對(duì)動(dòng)水壓力的影響；確定了對(duì)流壓力與脈沖壓力的疊加方法；擬合得到對(duì)流壓力、脈沖壓力及動(dòng)水壓力計(jì)算公式；結(jié)合底板環(huán)向動(dòng)水壓力分布，綜合給出單向水平地震作用下圓形水池動(dòng)水壓力標(biāo)準(zhǔn)值，與較復(fù)雜的理論計(jì)算方法和僅考慮脈沖壓力的規(guī)范法相比計(jì)算更簡(jiǎn)便且與實(shí)際相符。此外，還分析了池壁在液面和底板位置處動(dòng)水壓力的時(shí)程變化。
　　5.進(jìn)行了雙向水平地震作用下圓形水池的地震響應(yīng)分析，提取了液面最大晃動(dòng)波高和動(dòng)水壓力計(jì)算結(jié)果；基于單向水平