Seismic Damage Prediction for Clean Water Ponds
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摘要: 对基于池壁裂缝宽度预测清水池震害程度的方法进行了深入研究，该方法与清水池快速预测方法（如经验统计回归方法）相比有较强的理论依据，但是当池壁受拉钢筋应力超过其屈服应力时，采用该方法会导致计算结果与实际裂缝宽度不符。因此，壁板裂缝宽度方法适用于评定清水池轻微破坏及以下的震害等级，当清水池壁板受拉钢筋屈服后，应采用震害经验统计回归模型对清水池震害等级进行评定。建议将上述2种预测方法相结合作为清水池震害预测的综合方法。Abstract: In this paper, we studied the seismic damage prediction method of reinforced concrete clean water ponds based on wallboard crack width. This method has a solid theoretical basis compared with the fast prediction method such as the empirical statistical regression method. However, when the tensile stress of bars on wallboard exceeded its yield stress, the crack-width in using this method to calculate was inconsistent with the actual situation. It was proposed that when the tensile stress of bars on wallboard of clean water ponds exceeded its yield stress, the statistical regression model could be used to make evaluation to the clean water ponds. We suggested that it is better to combine two methods into a comprehensive method for the prediction of the seismic damage of the clean water ponds.
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Key words:
- Seismic damage /
- Clean water pond /
- Crack width /
- Bars yielded /
- Statistical regression
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表 1 清水池基础数据
Table 1. Basic parameters of clean water pond
水池名称 池壁高度
/m池壁底厚
/cm池壁顶厚
/cm竖向配筋 砼等级 配筋类别 钢筋屈服应力fy/Mpa 结构形式 三期清水池 4.3 30.0 30.0 双Φ14@150 C25 HRB335 300 地下式 惠州7000吨清水池 4.0 25.0 25.0 双Φ16@200 C20 HRB400 360 地面式 桥东水厂二期扩建工程5000吨清水池（圆型） 4.5 30.0 30.0 Φ12@170+Φ12@140 C30 HRB400 360 地面式 一号清水池 4.2 25.0 25.0 双Φ12@250 C20 HRB335 300 地下式 注：Φ表示钢筋直径（mm）。 
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表 2 清水池地震破坏评估结果
Table 2. Assessment results of seismic damage of clean water pond
地震影响烈度 Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ 三期清水池 钢筋应力/Mpa 61.61 81.19 125.49 208.94 钢筋是否屈服 否 否 否 否 裂缝宽度/mm 0.021 0.027 0.042 0.193 震害等级判定结果 基本完好 基本完好 基本完好 基本完好 惠州7000吨清水池 钢筋应力/Mpa 120.22 140.36 209.22 310.29 钢筋是否屈服 否 否 否 否 裂缝宽度/mm 0.063 0.122 0.243 0.451 震害等级判定结果 基本完好 基本完好 基本完好 轻微破坏
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表 3 评估方法中存在的问题
Table 3. Problems of the assessment method
地震影响烈度 Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ 桥东水厂二期扩建工程5000吨清水池（圆型） 钢筋应力/Mpa 175.19 208.18 305.35 441.04 钢筋是否屈服 否 否 否 是 裂缝宽度/mm 0.095 0.150 0.314 0.542 震害等级判定结果 基本完好 基本完好 轻微破坏 裂缝宽度计算结果无效 一号清水池 钢筋应力/Mpa 134.82 168.67 248.76 396.54 钢筋是否屈服 否 否 否 是 裂缝宽度/mm 0.074 0.131 0.266 0.514 震害等级判定结果 基本完好 基本完好 轻微破坏 裂缝宽度计算结果无效
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表 4 破坏等级与震害指数对应表（高霖等，2013）
Table 4. Damage grades and corresponding seismic damage index
破坏等级 震害指数D 基本完好 D≤1.5 轻微破坏 1.5＜D≤2.5 中等破坏 2.5＜D≤3.5 严重破坏 3.5＜D≤4.5 毁坏 D＞4.5
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表 5 影响因子及其建议系数取值
Table 5. Influencing factors and the values of suggested coefficients
项目 类别 建议系数 项目 类别 建议系数 地震烈度 Ⅶ 0.75 容量 小于2000t 1 Ⅷ 1.5 大于等于2000t 2.02 Ⅸ 1.59 抗震设防 Ⅵ或无设防 1 Ⅹ 1.98 Ⅶ 0.9 场地条件 Ⅰ、Ⅱ类 1 Ⅷ 0.8 Ⅲ、Ⅳ类或液化可能性大 1.32 Ⅸ 0.6 材料 钢筋混凝土 1 建造年代 1970—1983 1 砖石砌体 1.13 1984—2001 0.95 形式 地下、半地下式 1 2002—2012 0.9 地上式 1.4 施工质量 很差 1.4 形状 圆形 1 一般 1.2 矩形 1.19 较好 1
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表 6 清水池震害预测结果
Table 6. Predicted results of seismic damage for clean water pond
地震烈度 Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ 桥东水厂二期扩建工程5000吨清水池（圆型） 震害指数 1.93 3.87 4.10 5.1 震害等级 轻微破坏 严重破坏 严重破坏 毁坏 一号清水池 震害指数 0.77 1.54 1.63 2.03 震害等级 基本完好 基本完好 轻微破坏 轻微破坏
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表 7 清水池结构基础数据及实际地震中的震害等级
Table 7. Basic structural parameters and earthquake damage degree of clean water pond
水池名称 地震烈度 震害等级 池壁高度
/m池壁厚度
/cm竖向配筋 砼等级 配筋类别 钢筋屈服应力fy/Mpa 结构形式 场地类别 设防烈度 盘山自来水公司（1400吨，圆形，直径15米） Ⅶ 无震害 8.5 25 双Φ16@200 C25 HRB335 300 半地下式 Ⅲ Ⅶ 营口市老边中板厂（1000吨，圆形，直径26米） Ⅷ 基本完好 2.5 25 双Φ14@250 C20 HRB335 300 半地下式 Ⅱ Ⅶ 青山怀矿水池（400吨，圆形，直径10米） Ⅸ 基本完好 5.1 25 双Φ14@250 C25 HRB335 300 半地下式 Ⅰ Ⅶ 唐山市北郊水厂水池（4000吨，圆形，直径18米） Ⅹ 严重破坏 4.3 25 双Φ12@170 C20 HRB335 300 半地下式 Ⅱ Ⅶ
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表 8 壁板裂缝宽度方法预测结果
Table 8. Predicted results from wall crack width method
地震烈度 Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ 水池序号 1 2 3 4 钢筋应力/Mpa 158.94 47.41 111.48 327.63 钢筋是否屈服 否 否 否 是 裂缝宽度/mm 0.145 0.019 0.040 震害等级判定结果 基本完好 基本完好 基本完好 是否与实际震害等级相符 是 是 是
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表 9 经验统计回归方法预测结果
Table 9. Predicted results from statistical regression method
地震烈度 Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ 水池序号 1 2 3 4 震害指数D 0.81 1.62 1.72 4.32 震害等级判定结果 基本完好 轻微破坏 轻微破坏 严重破坏 是否与实际震害等级相符 是 否，相差1级 否，相差1级 是
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表 10 清水池综合预测方法预测结果
Table 10. Predicted results from combined method
地震烈度 Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ 水池序号 1 2 3 4 钢筋应力/Mpa 158.94 47.41 111.48 327.63 钢筋是否屈服 否 否 否 是 裂缝宽度/mm 0.145 0.019 0.040 震害指数D 4.32 震害等级判定结果 基本完好 基本完好 基本完好 严重破坏 是否与实际震害等级相符 是 是 是 是
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东南大学, 同济大学, 天津大学, 2008.混凝土结构设计原理.北京:中国建筑工业出版社. 高霖, 郭恩栋, 刘智等, 2013.清水池震害评估模型研究.广西大学学报:自然科学版, 38(1):48-54. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=gxdxxb201301008 郭恩栋, 冯启民, 高惠瑛等, 1998.矩形钢筋混凝土水处理池震害预测方法及抗震对策.地震工程与工程震动, 18(2):33-37. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DGGC802.004.htm 金伟良, 陆春华, 王海龙等, 2011.500级高强钢筋混凝土梁裂缝宽度试验及计算方法探讨.土木工程学报, 44(3):16-23. http://www.cqvip.com/QK/90342X/201103/36878816.html 王逢朝, 李振宝, 吕晓等, 2010.钢筋屈服后混凝土梁的裂缝宽度与变形关系研究.四川建筑科学研究, 36(2):76-80. http://jz.docin.com/p-1433711187.html 张飘, 2010.给水排水工程结构.北京, 机械工业出版社. 中国地震局工程力学研究所, 2009. 汶川地震工程震害科学考察总结报告. 哈尔滨: 中国地震局工程力学研究所. 中国科学院工程力学研究所, 1979.海城地震震害.北京:地震出版社. 中华人民共和国建设部, 2002.GB 50069-2002给水排水工程构筑物结构设计规范.北京:中国建筑工业出版社. 中华人民共和国建设部, 2003.GB 50032-2003室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范.北京:中国标准出版社. 中华人民共和国住房和城乡建设部, 2010.GB 50010-2010混凝土结构设计规范(2015年版).北京:中国建筑工业出版社. -
