底部加厚混凝土澆筑墻體的抗震性能分析

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在地震來臨時(shí)，大部分混凝土澆筑墻體的抗震性能較弱，而底部加厚混凝土澆筑墻體是通過加厚底部的方式，保證混凝土澆筑墻體的地基穩(wěn)定性。在我國(guó)，針對(duì)底部加厚混凝土澆筑墻體的抗震性能的研究起步較晚，未形成系統(tǒng)性的底部加厚混凝土澆筑墻體抗震性能分析方法。其中，薛建陽(yáng)等[1]對(duì)某底部加厚混凝土澆筑墻體抗震性能做出了評(píng)估，其研究結(jié)果表明底部加厚混凝土澆筑墻體的抗震慣性力是抗震性能的核心影響因素，針對(duì)此方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是提高底部加厚混凝土澆筑墻體抗震性能的關(guān)鍵之處。在國(guó)外，針對(duì)底部加厚混凝土澆筑墻體抗震性能的分析起步較早，1991年ATC-33首次將基于性能的抗震設(shè)計(jì)概念應(yīng)用于底部加厚混凝土澆筑墻體加固項(xiàng)目中，此后，美國(guó)ATC-40采用SAP2000有限元分析軟件分析底部加厚混凝土澆筑墻體的抗震性能，在ATC-33的基礎(chǔ)上提高了地基穩(wěn)定性。文章以此為研究背景，通過底部加厚混凝土澆筑墻體的抗震性能分析，致力于為提高底部加厚混凝土澆筑墻體的抗震性能做出貢獻(xiàn)。

1 底部加厚混凝土澆筑墻體的抗震性能分析方法

文章主要通過三個(gè)方面分析底部加厚混凝土澆筑墻體的抗震性能。首先，需要制定混凝土澆筑墻體抗震性能水平量化標(biāo)準(zhǔn)；其次，計(jì)算混凝土澆筑墻體抗震慣性力；最后，判斷混凝土澆筑墻體水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值，以此作為底部加厚混凝土澆筑墻體的抗震性能分析結(jié)果。

1.1 制定混凝土澆筑墻體抗震性能水平量化標(biāo)準(zhǔn)

考慮到地震的發(fā)生往往伴隨著很多的不確定因素，因此無(wú)法采用一個(gè)具體的指標(biāo)分析底部加厚混凝土澆筑墻體的抗震性能[2]。以往資料顯示，影響底部加厚混凝土澆筑墻體抗震性能的指標(biāo)參數(shù)主要包括底部加厚混凝土澆筑墻體的結(jié)構(gòu)類型及彈性變形、彈塑性變形、層間位移角等。文章根據(jù)美國(guó)SEAOC Vision 2000給出的抗震性能水平量化標(biāo)準(zhǔn)，制定混凝土澆筑墻體抗震性能水平量化標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)SEAOC Vision 2000的抗震性能水平量化標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 SEAOC Vision2000抗震性能水平量化標(biāo)準(zhǔn)

以表1中的美國(guó)SEAOC Vision2000的抗震性能水平量化標(biāo)準(zhǔn)作為底部加厚混凝土澆筑墻體的抗震性能分析基礎(chǔ)，進(jìn)行計(jì)算混凝土澆筑墻體抗震慣性力的研究。

1.2 計(jì)算混凝土澆筑墻體抗震慣性力

抗震慣性力作為底部加厚混凝土澆筑墻體抗震性能的核心參數(shù)，能夠精準(zhǔn)表現(xiàn)出混凝土澆筑墻體的抗震性能[3]。文章采用靜力法，分析在地震作用下產(chǎn)生在底部加厚混凝土澆筑墻體運(yùn)動(dòng)加速度的慣性力，設(shè)混凝土澆筑墻體抗震慣性力為F，可得公式（1）：

式中：α為地震動(dòng)水平最大加速度；G為底部加厚混凝土澆筑墻體的總重量；g為底部加厚混凝土澆筑墻體的運(yùn)動(dòng)加速度；K為地震等級(jí)系數(shù)。通過公式（1），得出混凝土澆筑墻體抗震慣性力，以此為分析標(biāo)準(zhǔn)，判斷底部加厚混凝土澆筑墻體的抗震性能水平。

1.3 建立底部加厚混凝土澆筑墻體抗震性能分析矩陣

文章基于IDA方法增量動(dòng)力分析混凝土澆筑墻體抗震慣性力，建立底部加厚混凝土澆筑墻體抗震性能分析矩陣。建立底部加厚混凝土澆筑墻體抗震性能分析矩陣的具體流程如下：首先，選取能夠代表底部加厚混凝土澆筑墻體所處場(chǎng)地地震危險(xiǎn)性水平的一系列地震記錄；其次，對(duì)底部加厚混凝土澆筑墻體所處場(chǎng)地地震危險(xiǎn)性水平的一系列地震記錄，運(yùn)用IDA方法中的結(jié)構(gòu)分析模型，分析其彈性時(shí)程。運(yùn)用IDA方法中的結(jié)構(gòu)分析模型分析其彈性時(shí)程可用方程式進(jìn)行表達(dá)，設(shè)底部加厚混凝土澆筑墻體抗震性能彈性時(shí)程分析結(jié)果為D，可得公式（2）：

式中：α為地震動(dòng)作下的強(qiáng)度水平；I為底部加厚混凝土澆筑墻體的抗震性隨地面運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度增大的變化；M為底部加厚混凝土澆筑墻體抗震性能峰值反映的變化；β為地震易損性。

通過公式（2）得出底部加厚混凝土澆筑墻體抗震性能彈性時(shí)程分析結(jié)果后，運(yùn)用IDA方法中的地震易損性評(píng)估信息峰值，修正底部加厚混凝土澆筑墻體的抗震性能分析過程中存在的誤差，利用修正系數(shù)使底部加厚混凝土澆筑墻體抗震性能分析的權(quán)重比例總是向著峰值訓(xùn)練誤差減小的方向修改。與傳統(tǒng)分析方法相比，通過計(jì)算分析峰值修正系數(shù)，進(jìn)而建立底部加厚混凝土澆筑墻體抗震性能分析矩陣，迭代求解。設(shè)底部加厚混凝土澆筑墻體抗震性能分析矩陣表達(dá)式為s，可得公式（3）：

式中：P為底部加厚混凝土澆筑墻體抗震性能分析指標(biāo)特征歸一化賦值；x為底部加厚混凝土澆筑墻體抗震性能分析指標(biāo)集合；V為底部加厚混凝土澆筑墻體抗震性能指標(biāo)權(quán)重分配向量；I為底部加厚混凝土澆筑墻體抗震性能判斷指令；R為底部加厚混凝土澆筑墻體抗震性能各指標(biāo)之間的重要度；T為底部加厚混凝土澆筑墻體抗震性能分析指標(biāo)賦值指令。

在得出底部加厚混凝土澆筑墻體抗震性能分析矩陣的基礎(chǔ)上，在二維坐標(biāo)系中標(biāo)出相應(yīng)的數(shù)值點(diǎn)。其中，以X軸作為底部加厚混凝土澆筑墻體結(jié)構(gòu)損傷指標(biāo)；以Y軸作為地震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)，為判斷混凝土澆筑墻體水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值提供點(diǎn)位支持。

1.4 判斷混凝土澆筑墻體水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值

在建立底部加厚混凝土澆筑墻體抗震性能分析矩陣的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步提高底部加厚混凝土澆筑墻體的抗震性能分析精度，文章在墻體的抗震性能分析中設(shè)置質(zhì)點(diǎn)，根據(jù)振型正交原理疊加自由體的運(yùn)動(dòng)地震效應(yīng)，判斷混凝土澆筑墻體水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值。設(shè)此過程可通過計(jì)算的方式加以表達(dá)，設(shè)目標(biāo)函數(shù)為λ，可得公式（4）：

式中：n為底部加厚混凝土澆筑墻體振型參與系數(shù)；i為質(zhì)點(diǎn)個(gè)數(shù)，為實(shí)數(shù)；X為底部加厚混凝土澆筑墻體振型相對(duì)位移。

通過公式（4），判斷混凝土澆筑墻體水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值，根據(jù)SEAOC Vision 2000抗震性能水平量化標(biāo)準(zhǔn)，以0.50為水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)λ大于0.50時(shí)，表明底部加厚混凝土澆筑墻體抗震性能良好；當(dāng)λ小于0.50時(shí)，表明底部加厚混凝土澆筑墻體抗震性能差。以此完成底部加厚混凝土澆筑墻體的抗震性能分析。

2 實(shí)例分析

2.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

通過構(gòu)建實(shí)例分析，采用底部加厚混凝土澆筑墻體，高度為1.5m、寬度為1.15m。首先使用文章方法分析底部加厚混凝土澆筑墻體的抗震性能，通過Weapectl 1.2.1軟件測(cè)試底部加厚混凝土澆筑墻體抗震分析標(biāo)準(zhǔn)值，記為試驗(yàn)組；然后使用傳統(tǒng)方法分析底部加厚混凝土澆筑墻體的抗震性能，通過Weapectl 1.2.1軟件測(cè)試底部加厚混凝土澆筑墻體抗震分析標(biāo)準(zhǔn)值，記為對(duì)照組。此次測(cè)試指標(biāo)為抗震分析標(biāo)準(zhǔn)值，抗震分析標(biāo)準(zhǔn)值與實(shí)際抗震分析標(biāo)準(zhǔn)值越接近，證明分析精度越高。為保證Weapectl 1.2.1軟件的測(cè)試精度，分別進(jìn)行6次測(cè)試，記錄試驗(yàn)結(jié)果。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析與結(jié)論

整理試驗(yàn)結(jié)果，如表2所示。

表2 底部加厚混凝土澆筑墻體抗震分析標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比

由表2可得出如下結(jié)論：文章設(shè)計(jì)的分析方法抗震分析標(biāo)準(zhǔn)值與實(shí)際抗震分析標(biāo)準(zhǔn)值更接近，分析精度更高，具有現(xiàn)實(shí)的推廣價(jià)值。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過底部加厚混凝土澆筑墻體的抗震性能分析，能夠取得一定的研究成果，解決傳統(tǒng)底部加厚混凝土澆筑墻體抗震性能分析中存在的問題。由此可見，文章設(shè)計(jì)的方法具有現(xiàn)實(shí)意義，能夠指導(dǎo)底部加厚混凝土澆筑墻體優(yōu)化。在后期的發(fā)展中，應(yīng)加大文章設(shè)計(jì)方法在底部加厚混凝土澆筑墻體設(shè)計(jì)中的應(yīng)用力度。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)底部加厚混凝土澆筑墻體的抗震性能研究仍存在一些問題，在日后的研究中還需要進(jìn)一步對(duì)底部加厚混凝土澆筑墻體的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行深入研究，為提高底部加厚混凝土澆筑墻體的綜合性能提供參考。