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地震对水塔结构的影响

杆塔结构是输电、通讯、铁路、市政等基础设施中一类重要的特种支撑结构物,其结构性能直接影响其安全性、经济性和可靠性。国内外使用较为广泛的杆塔主要有木质杆、混凝土或预应力混凝土杆、钢管混凝土杆、钢管杆和铁塔(钢管或型钢组成)等几类。铁塔是世界各国超高压输电线路中常用的杆塔型式而水塔结构在各国都有广泛应用。现在杆塔类结构在电视塔,输电高塔,通讯塔,钢桅杆,石油化工塔,大气监测塔,水塔和矿井架等构筑物都有广泛的应用,针对水塔和部分输电塔这一类高柔构筑物,它们的主要荷载集中于上部的水柜(箱)和重力三角塔上,好像一个倒摆,可以简化成一个带质体的悬臂梁,进行了动力分析。
水塔结构主要由水柜、支撑结构及基础三部分组成,其震害主要发生在支撑上,很少有水柜和基础发生破坏的震害实例,水塔作为一种高柔的构筑物,其荷载沿高度分布不均匀而是绝大多数荷载集中于水塔顶部。
根据水塔结构受力特点和高耸结构的震害分析可知,影响水塔结构震害的主要有:
(1)地震烈度的影响。水塔结构的震害随着地震烈度的增加而明显加重。
(2)场地的影响。位于软土地基的水塔结构震害较重。这主要是因为软土地基的卓越周期较长,与水塔结构的自振周期接近,容易引起共振效应,而且软土地基对地震效应有明显的放大作用。
(3)竖向地震作用的影响。
(4)结构材料的影响。应尽量采用延性好钢结构的和较好的钢筋混凝土结构。
(5)构造形式及腐蚀破坏程度的影响。
水塔结构属于高而细的柔性结构,经常会受到动力荷载作用,如地震荷载、风、雨荷载和爆炸冲击荷载,特殊的雪荷载也属于动荷载。在地震作用下尤其容易引起破环,对这类结构进行地震作用下的动力分析十分必要。文中简要分析了水塔结构在地震作用下的响应(位移和内力)。动力荷载作用下结构的响应计算一般都和结构本身的固有的自振特性密切相关。确定水塔结构在动力荷载作用下的响应可以为结构设计提供参考,保证结构的安全。
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