熊仲明，韋 俊,，龔宇森，于皓皓

（1. 西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院,西安 710055; 2. 蘇州科技學(xué)院機(jī)電工程系 215009,蘇州；3. 上海聯(lián)創(chuàng)建筑設(shè)計(jì)有限公司鄭州分公司,鄭州 450007）

地裂縫作為一種地質(zhì)災(zāi)害在我國(guó)許多地區(qū)相繼被發(fā)現(xiàn)，其中以陜西、河北、山西、江蘇、山東、安徽、河南七省的地裂縫災(zāi)害現(xiàn)象最為嚴(yán)重[1]．在二十世紀(jì)七、八十年代，學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為地裂縫活動(dòng)主要受構(gòu)造作用控制,因此避讓措施作為一種強(qiáng)制性的規(guī)定寫入了規(guī)范，并且一直沿用至今．隨著近二十年來學(xué)術(shù)界通過對(duì)地裂縫的深入研究，已經(jīng)逐漸形成了共識(shí):構(gòu)造活動(dòng)是地裂縫產(chǎn)生的內(nèi)因，它決定了地裂縫在地表的分布特征，而過量抽取深層承壓水是導(dǎo)致地裂縫活動(dòng)劇烈的直接原因．

在地裂縫環(huán)境下的高烈度地區(qū)，按各地規(guī)定或規(guī)程所要求的最小避讓距離避開地裂縫建設(shè)無疑是可行的．但隨著城市的發(fā)展，城市可利用的空間不斷縮減，實(shí)行避讓原則勢(shì)必將浪費(fèi)城市有限的土地資源，使城市的規(guī)劃和建設(shè)受到很大限制．因此，研究在活動(dòng)性較弱且趨于穩(wěn)定的地裂縫(裂縫寬度0.1～5mm,垂直活動(dòng)速率≤5 mm/a)上建設(shè)一般性建(構(gòu))筑物對(duì)城市用地規(guī)劃具有重要的意義．

目前，對(duì)于地裂縫的活動(dòng)特征及擴(kuò)展機(jī)理的研究[3]已很成熟，但對(duì)地震作用下跨越地裂縫建筑物破壞機(jī)理的研究涉及較少，且已有研究中施加的均為一維一致激勵(lì)地震作用，而多維多點(diǎn)地震作用對(duì)建筑物上部結(jié)構(gòu)的研究還未見資料．

西安位于新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)劇烈的汾-渭盆地地裂帶，歷史上曾有許多破壞性大地震發(fā)生于此，目前仍有一定的地震活動(dòng)．該地區(qū)的地裂縫活動(dòng)規(guī)模之大和危害之重，在國(guó)內(nèi)外實(shí)屬罕見．聞名古跡西安大雁塔向西北傾斜1 m多[4]就是由于地裂縫活動(dòng)造成的．對(duì)此，本文以西安地區(qū)某高校的跨越活動(dòng)性較弱且趨于穩(wěn)定的地裂縫的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，采用SAP2000有限元分析軟件，對(duì)未采取防治措施和設(shè)置沉降縫的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)進(jìn)行地裂縫環(huán)境下的多維多點(diǎn)罕遇地震作用和多維一致激勵(lì)罕遇地震作用的非線性時(shí)程分析，并對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比研究，為深入研究地裂縫和地震共同作用對(duì)建筑物上部結(jié)構(gòu)的損傷破壞機(jī)理和跨越地裂縫建筑物的防治措施提供有價(jià)值的參考．

1 西安地裂縫的基本特征

目前，在西安市內(nèi)發(fā)現(xiàn)的地裂縫主要有14條，分布面積達(dá)到150 km2，這些地裂縫具有三維空間運(yùn)動(dòng)特征，即南傾南降的垂直沉降、水平引張、水平扭動(dòng)．其中以垂直位移量最大，三者比值大致為1:0.31:0.03．

已有的研究表明：由于西安地裂縫的三維位移活動(dòng)特征，導(dǎo)致建筑物的破壞非常嚴(yán)重．此外，由于黃土濕陷產(chǎn)生的附加不均勻沉降也會(huì)加劇地裂縫上部建筑物的破壞程度[5]．

自上世紀(jì)中后期開始西安地區(qū)由于過量開采地下承壓水,導(dǎo)致地裂縫活動(dòng)加劇,城市道路和建筑物破壞嚴(yán)重，并且總體上呈現(xiàn)東強(qiáng)西弱、南強(qiáng)北弱的特點(diǎn)[6]．隨著限制開采地下承壓水政策的實(shí)施，西安地裂縫災(zāi)害已經(jīng)得到了明顯的減輕．

2 工況模擬與分析

2.1 工程概況

本文以實(shí)際工程西安建筑科技大學(xué)西大門為例，采用SAP2000有限元軟件對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性時(shí)程分析．該建筑物采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，安全等級(jí)為二級(jí)，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)地震分組為一組．建筑高度為12.75 m，立面由4個(gè)門洞組成，長(zhǎng)度為50.73 m，寬度為6.4m．地裂縫f6從該結(jié)構(gòu)北側(cè)②～③軸之間穿過，在西側(cè)距離③軸3.91 m，東側(cè)距離③軸3.51 m，結(jié)構(gòu)平面布置圖見圖1所示．

圖1 結(jié)構(gòu)平面布置圖Fig.1 Planargraph of structure

2.2 SAP2000有限元模型建立

在SAP2000有限元模型中，結(jié)構(gòu)有限元模型中的樓板選用殼單元里的薄殼單元，框架梁選用線單元，剪力墻和連梁的塑性行為通過分層殼單元來模擬，框架梁的塑性行為通過塑性鉸來模擬．為保證足夠的計(jì)算精度和模型分析的收斂速度，分層殼單元均選用3×3網(wǎng)格進(jìn)行剖分，框架梁選用最大長(zhǎng)度為1 m的單元進(jìn)行剖分．剪力墻和連梁均采用C30混凝土和HRB335級(jí)鋼筋，混凝土的本構(gòu)模型選為Mander模型，對(duì)應(yīng)的極限壓應(yīng)力為14.3 MPa，極限拉應(yīng)力為2.35 MPa；鋼筋的本構(gòu)模型選為Park模型，對(duì)應(yīng)的屈服應(yīng)力為300 MPa，極限應(yīng)力為413 MPa．

2.2.1 地震波選取

地震波選取要滿足地震動(dòng)三要素的要求，即頻譜特性、有效峰值和持續(xù)時(shí)間要符合規(guī)定，即輸入的地震加速度時(shí)程曲線．經(jīng)過分析本文非線性時(shí)程工況選取 El Centro波和天津波兩種地震波進(jìn)行分析．為滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中地震波有效持續(xù)時(shí)間一般為結(jié)構(gòu)基本自振周期的5～10倍，且地震波加速度峰值需包含在地震波持續(xù)作用時(shí)間內(nèi)，分別截取原El Centro波的0.5～12.5 s段和原天津波的5～17 s段，地震波持時(shí)均為12 s．南北向的地震波施加在結(jié)構(gòu)短軸方向，東西向的地震波施加在結(jié)構(gòu)長(zhǎng)軸方向，豎向地震波施加在結(jié)構(gòu)豎直方向．表1是調(diào)整后的El Centro波和天津波的加速度峰值出現(xiàn)時(shí)間．

表1 地震波加速度峰值出現(xiàn)時(shí)間Tab.1 Occurrence time of accelerationpeak

2.2.2 地裂縫作用模擬

該實(shí)際工程位于Ⅲ級(jí)地裂區(qū)，地裂縫活動(dòng)較弱(垂直沉降量小于5 mm/a)，水平張拉量約是沉降量1/3，扭轉(zhuǎn)量則小一個(gè)數(shù)量級(jí)，可以忽略掉扭轉(zhuǎn)量對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，只考慮垂直沉降量和水平張拉量．由文獻(xiàn)[7]可知該結(jié)構(gòu)所處地區(qū)的黃土濕陷等級(jí)為Ⅰ級(jí)(輕微)，可以不考慮黃土濕陷對(duì)結(jié)構(gòu)的影響．因該工程所在的場(chǎng)地未對(duì)地裂縫活動(dòng)量做長(zhǎng)期觀測(cè)，所以對(duì)該工程場(chǎng)地通過的地裂縫f6上盤沉降量的數(shù)值近似采用地裂縫f6上已有的距離該工程建設(shè)時(shí)間最近和空間距離最近的觀測(cè)值，該觀測(cè)值是西安地鐵2號(hào)線穿越地裂縫f6的活動(dòng)速率值[8]，其垂直活動(dòng)量為3.1 mm．所以，近似取該場(chǎng)地的地裂縫的垂直沉降量為3.1 mm/a，水平張拉量為1 mm/a．本文考慮 10年的地裂縫作用，即垂直差異沉降量和水平張拉量分別為31 mm和10 mm．

地裂縫活動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響在 SAP2000中的模擬方法：對(duì)結(jié)構(gòu)有限元模型中位于地裂縫南側(cè)的所有支座施加31 mm的初始豎向位移和10 mm的X方向水平張拉位移，同時(shí)對(duì)地裂縫北側(cè)的所有支座施加10 mm的X方向水平張拉位移，并將初始位移作為恒荷載來考慮．

2.2.3 多維一致激勵(lì)罕遇地震作用模擬

對(duì)結(jié)構(gòu)所有支座施加三向(兩個(gè)水平方向和一個(gè)豎直方向)加速度時(shí)程地震波．其中，結(jié)構(gòu)短軸方向(Y方向)施加的地震波加速度峰值調(diào)整到建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中時(shí)程分析所用加速度最大值 400 cm/s2，結(jié)構(gòu)長(zhǎng)軸方向和豎直方向施加的地震波加速度峰值按1:0.85:0.65的比例分別調(diào)整到340 cm/s2和260 cm/s2．

2.2.4 多維多點(diǎn)罕遇地震作用模擬

由于該工程所在的場(chǎng)地規(guī)模一般，屬于較均勻的場(chǎng)地類型，相干效應(yīng)和局部場(chǎng)地效應(yīng)對(duì)跨越地裂縫結(jié)構(gòu)的影響不大，地裂縫主要影響的是地裂縫兩側(cè)輸入地震波激勵(lì)的初始時(shí)刻、強(qiáng)度不同．因此，本文只考慮行波效應(yīng)對(duì)跨越地裂縫結(jié)構(gòu)的影響，忽略相干效應(yīng)和局部場(chǎng)地效應(yīng)的影響．地震視波速分別取適合三類場(chǎng)地的50，100，200 m/s．

多維多點(diǎn)地震作用在SAP2000中的模擬方法：對(duì)地裂縫兩側(cè)的結(jié)構(gòu)支座施加三個(gè)平動(dòng)方向的位移時(shí)程地震波，位移時(shí)程波由峰值調(diào)整為抗規(guī)中時(shí)程分析所用的最大值 400 cm/s2后的加速度時(shí)程波經(jīng)過濾波和基線校正處理后得到．

2.2.5 非線性時(shí)程工況分類

表2是實(shí)際跨越地裂縫結(jié)構(gòu)的各非線性時(shí)程工況．其中，工況1至工況8對(duì)應(yīng)的是未采取防治措施的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)，工況9至工況16對(duì)應(yīng)的是設(shè)置沉降縫的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)．所有非線性時(shí)程工況的初始工況均為 10年地裂縫作用的靜力非線性工況，以此來考慮地裂縫和地震共同作用對(duì)跨越地裂縫結(jié)構(gòu)的影響．

表2 跨越地裂縫結(jié)構(gòu)的非線性時(shí)程工況Tab.2 Across ground fissure structure under nonlinear time-history analysis

2.3 不同工況作用下的分析對(duì)比

2.3.1 不同工況下的框架梁塑性鉸分析

圖2是未采取防治措施的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)的塑性鉸分布示意圖．通過對(duì)設(shè)置沉降縫的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)分析對(duì)比可知：(1) 未采取防治措施的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)在多維多點(diǎn)罕遇地震下的危險(xiǎn)部位集中在地裂縫處的框架梁和地裂縫上盤二層外側(cè)的少數(shù)框架梁，在多維一致激勵(lì)罕遇地震下的危險(xiǎn)部位僅集中在地裂縫處的頂層和二層框架梁．設(shè)置沉降縫的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)在多維多點(diǎn)罕遇地震下的危險(xiǎn)部位只存在于地裂縫上盤二層外側(cè)的少數(shù)框架梁．(2) 未采取防治措施和設(shè)置沉降縫的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)在50 m/s、100 m/s和200 m/s三種視波速的多維多點(diǎn)罕遇地震下出現(xiàn)的各種顏色塑性鉸數(shù)量明顯多于多維一致激勵(lì)罕遇地震下出現(xiàn)的相應(yīng)顏色塑性鉸數(shù)量，這表明多維多點(diǎn)地震對(duì)跨越地裂縫結(jié)構(gòu)的不利影響更嚴(yán)重．(3) 未采取防治措施和設(shè)置沉降縫的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)在50 m/s、100 m/s和200 m/s三種視波速的多維多點(diǎn)地震下出現(xiàn)的各種顏色塑性鉸數(shù)量均呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，這表明低視波速的多維多點(diǎn)地震對(duì)跨越地裂縫結(jié)構(gòu)更為不利．(4) 計(jì)算結(jié)果表明，天津波作用產(chǎn)生的各種顏色塑性鉸數(shù)量多于 El Centro波作用產(chǎn)生的相應(yīng)顏色塑性鉸數(shù)量，尤其是在50 m/s低視波速的多維多點(diǎn)罕遇地震下最為明顯，其原因主要是天津波的頻譜峰值對(duì)應(yīng)的頻率和跨越地裂縫結(jié)構(gòu)的基本自振頻率很接近．但隨著地震視波速的提高，這種現(xiàn)象逐漸變得不明顯．(5) 計(jì)算結(jié)果表明，設(shè)置沉降縫的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)在多維多點(diǎn)罕遇地震和多維一致激勵(lì)罕遇地震下產(chǎn)生的各種顏色塑性鉸數(shù)量均明顯少于前者．這表明設(shè)置沉降縫可以明顯減輕跨越地裂縫結(jié)構(gòu)在多維多點(diǎn)地震和多維一致激勵(lì)地震下的內(nèi)力．

圖2 未采取防治措施的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)的塑性鉸分布示意圖Fig.2 The distribution of plastic-hinge without prevention measure

2.3.2 不同工況下的分層殼混凝土的最大主壓應(yīng)力對(duì)比

表3是不同非線性時(shí)程工況下的分層殼混凝土的壓碎區(qū)域和最大主壓應(yīng)力最大值．

通過對(duì)表3的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，可以得到：(1) 未采取防治措施的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)在多維多點(diǎn)地震下的危險(xiǎn)部位主要集中在底層的剪力墻和連梁部位，尤其在50 m/s低視波速的多維多點(diǎn)罕遇地震下底層剪力墻的許多部位和多數(shù)連梁的混凝土都會(huì)壓碎破壞．設(shè)置沉降縫的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)在多維多點(diǎn)地震下的危險(xiǎn)部位主要集中在底層的一小部分剪力墻，與未采取防治措施的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)相比，混凝土壓碎面積要少很多．未采取防治措施和設(shè)置沉降縫的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)在多維一致激勵(lì)罕遇地震下，剪力墻和連梁的混凝土均不會(huì)壓碎破壞．(2) 未采取防治措施和設(shè)置沉降縫的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)在50m/s、100m/s和200m/s三種視波速的多維多點(diǎn)罕遇地震下的分層殼混凝土最大主壓應(yīng)力均明顯大于多維一致罕遇地震下的混凝土最大主壓應(yīng)力，且三種視波速的多維多點(diǎn)罕遇地震下的混凝土最大主壓應(yīng)力均超出其極限壓應(yīng)力值，這表明多維多點(diǎn)地震對(duì)未采取防治措施和設(shè)置沉降縫的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)的不利影響均明顯比多維一致激勵(lì)地震對(duì)其的不利影響要嚴(yán)重．(3) 未采取防治措施和設(shè)置沉降縫的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)在50、100和200 m/s三種視波速的多維多點(diǎn)罕遇地震下的分層殼混凝土最大主壓應(yīng)力呈逐漸減小的趨勢(shì)，這表明低視波速的多維多點(diǎn)地震對(duì)跨越地裂縫結(jié)構(gòu)更為不利．(4) 相同視波速的多維多點(diǎn)罕遇地震下，天津波對(duì)未采取防治措施和設(shè)置沉降縫的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)的不利影響比 El Centro波對(duì)其的不利影響更顯著，這是因?yàn)樘旖虿ǖ念l譜峰值對(duì)應(yīng)的頻率和跨越地裂縫結(jié)構(gòu)的基本自振頻率很接近．但隨著視波速的提高，這種現(xiàn)象逐漸變得不明顯．(5) 與未采取防治措施的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)相比，設(shè)置沉降縫的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)在多維多點(diǎn)罕遇地震和多維一致激勵(lì)罕遇地震下的混凝土壓碎面積和最大主壓應(yīng)力明顯偏?。@表明設(shè)置沉降縫可以明顯地減輕跨越地裂縫結(jié)構(gòu)在多維多點(diǎn)地震和多維一致激勵(lì)地震下的內(nèi)力．

表3 不同工況下的分層殼混凝土的最大主壓應(yīng)力Tab.3 Maximum principal stress of concrete under different cases

2.3.3 不同工況下的分層殼鋼筋Mises應(yīng)力對(duì)比

表4是不同非線性時(shí)程工況下的分層殼鋼筋的屈服區(qū)域、斷裂區(qū)域和Mises應(yīng)力最大值．

通過對(duì)表4的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，可以得到：(1) 未采取防治措施的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)在多維多點(diǎn)罕遇地震下的危險(xiǎn)部位主要集中在底層、二層剪力墻和連梁部位，尤其在50 m/s低視波速的罕遇地震下，結(jié)構(gòu)很有可能會(huì)倒塌．設(shè)置沉降縫的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)在多維多點(diǎn)罕遇地震下的危險(xiǎn)部位主要集中在底層和二層剪力墻的一小部分區(qū)域，在50 m/s低視波速的罕遇地震下，剪力墻的鋼筋屈服的面積明顯減少，也不會(huì)倒塌．而未采取防治措施和設(shè)置沉降縫的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)在多維一致激勵(lì)罕遇地震作用下，剪力墻和連梁的鋼筋均不會(huì)屈服．(2) 未采取防治措施和設(shè)置沉降縫的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)在50、100和200 m/s三種視波速的多維多點(diǎn)罕遇地震下的分層殼鋼筋Mises應(yīng)力最大值明顯大于多維一致激勵(lì)罕遇地震下的分層殼鋼筋Mises應(yīng)力最大值，且三種視波速的多維多點(diǎn)罕遇地震下的分層殼鋼筋Mises應(yīng)力最大值均超出其極限應(yīng)力，這表明多維多點(diǎn)地震對(duì)跨越地裂縫結(jié)構(gòu)的不利影響明顯比多維一致激勵(lì)地震對(duì)其的不利影響要嚴(yán)重．(3)未采取防治措施和設(shè)置沉降縫的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)在50、100和200 m/s三種視波速的多維多點(diǎn)罕遇地震下的分層殼鋼筋Mises應(yīng)力最大值呈逐漸減小的趨勢(shì)，這表明低視波速的多維多點(diǎn)地震對(duì)跨越地裂縫結(jié)構(gòu)更為不利．(4) 相同視波速的多維多點(diǎn)罕遇地震下，天津波對(duì)未采取防治措施和設(shè)置沉降縫的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)的不利影響比 El Centro波的不利影響更顯著．但隨著地震視波速的提高，這種現(xiàn)象逐漸變得不明顯．(5) 與未采取防治措施的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)相比，設(shè)置沉降縫的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)在多維多點(diǎn)罕遇地震和多維一致激勵(lì)罕遇地震下的分層殼鋼筋屈服面積和鋼筋Mises應(yīng)力最大值均明顯小于前者．這表明設(shè)置沉降縫可以明顯減輕跨越地裂縫結(jié)構(gòu)在多維多點(diǎn)地震和多維一致激勵(lì)地震下的內(nèi)力．

表4 不同工況下的分層殼鋼筋的Mises應(yīng)力Tab.4 Mises stress of rebar under different cases

圖3 不同非線性時(shí)程工況下的結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移角Fig.3 Elastoplastic interlayer displacement angle under different nonlinear time-history analysis

2.3.4 不同工況下的彈塑性層間位移角曲線比較

圖3是跨越地裂縫結(jié)構(gòu)在El Centro波和天津波的不同非線性時(shí)程工況下的彈塑性層間位移角包絡(luò)曲線．通過對(duì)圖3(a)和圖3(b)進(jìn)行對(duì)比分析，可以得到：

(1) 未采取防治措施和設(shè)置沉降縫的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)在多維多點(diǎn)地震作用和多維一致激勵(lì)地震作用下的最大彈塑性層間位移角均在底層位置，這說明結(jié)構(gòu)的薄弱位置在底層．

(2) 未采取防治措施和設(shè)置沉降縫的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)在50、100和200 m/s三種視波速的多維多點(diǎn)罕遇地震下的最大彈塑性層間位移角均明顯大于多維一致激勵(lì)罕遇地震下的最大彈塑性層間位移角，這表明多維多點(diǎn)地震對(duì)跨越地裂縫結(jié)構(gòu)的不利影響明顯比多維一致激勵(lì)地震的不利影響要嚴(yán)重．

(3) 未采取防治措施和設(shè)置沉降縫的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)在50、100和200 m/s三種視波速的多維多點(diǎn)罕遇地震下的最大彈塑性層間位移角呈逐漸減小的趨勢(shì)，這表明低視波速的多維多點(diǎn)地震對(duì)跨越地裂縫結(jié)構(gòu)更為不利．

(4) 相同視波速的多維多點(diǎn)罕遇地震下，天津波作用的最大彈塑性層間位移角比 El Centro波作用的最大彈塑性層間位移角要大，這表明天津波對(duì)跨越地裂縫結(jié)構(gòu)的不利影響比 El Centro波的不利影響更顯著．但隨著地震視波速的提高，這種現(xiàn)象逐漸變得不明顯．

(5) 與未采取防治措施的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)相比，設(shè)置沉降縫的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)在多維多點(diǎn)罕遇地震和多維一致激勵(lì)罕遇地震下的最大彈塑性層間位移角均明顯偏?。@表明設(shè)置沉降縫可以明顯減輕跨越地裂縫結(jié)構(gòu)在多維多點(diǎn)地震和多維一致激勵(lì)地震對(duì)結(jié)構(gòu)的影響．

(6) 相同視波速的El Centro波和天津波的多維多點(diǎn)地震作用對(duì)跨越地裂縫結(jié)構(gòu)的層間位移影響相比，天津波的影響更加嚴(yán)重，這是因?yàn)樘旖虿ǖ念l譜峰值對(duì)應(yīng)的頻率和跨越地裂縫結(jié)構(gòu)的基本自振頻率很接近．

3 結(jié)構(gòu)跨越地裂縫的對(duì)策建議

為減輕地裂縫活動(dòng)對(duì)實(shí)際工程結(jié)構(gòu)的影響，該工程采取的措施是在結(jié)構(gòu)地裂縫處設(shè)置寬度為100 mm的沉降縫(與有限元模型中設(shè)置沉降縫的工況對(duì)應(yīng))，使結(jié)構(gòu)在地裂縫兩側(cè)成為完全獨(dú)立的兩部分．地裂縫只會(huì)使兩側(cè)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)，并不影響地裂縫兩側(cè)的結(jié)構(gòu)，通過干掛石材的裝飾處理可以消除錯(cuò)臺(tái)對(duì)建筑外觀的影響．該結(jié)構(gòu)自2006年9月投入使用以來，地裂縫兩側(cè)沉降差在四川汶川、雅安地震和青海玉樹三次地震后的實(shí)測(cè)值只有約8 mm，震后該實(shí)際結(jié)構(gòu)并沒有任何損壞跡象．結(jié)合本文對(duì)該跨越地裂縫結(jié)構(gòu)的有限元分析，可以認(rèn)為：對(duì)跨越活動(dòng)性較弱或趨于穩(wěn)定的地裂縫的結(jié)構(gòu)，通過設(shè)置沉降縫的措施可以明顯地減輕多維多點(diǎn)地震作用對(duì)結(jié)構(gòu)造成的破壞．

表5是該實(shí)際結(jié)構(gòu)完工后的所在場(chǎng)地的地裂縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)差異沉降量實(shí)測(cè)值．將2000—2005年該處場(chǎng)地的地裂縫活動(dòng)速率3.1 mm/a和表7中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，可以發(fā)現(xiàn)該場(chǎng)地處的地裂縫活動(dòng)量自 2000年后基本呈現(xiàn)逐年減緩并趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)．因此，有限元模型中施加的地裂縫活動(dòng)速率是偏保守的．

表5 地裂縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)差異沉降量實(shí)測(cè)值/mmTab.5 The measured relative settlement of both sides of structures with ground fissure

4 結(jié)論

本文以全國(guó)地裂縫災(zāi)害最為嚴(yán)重的西安地區(qū)某跨越活動(dòng)性較弱的地裂縫的框架剪力墻結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，應(yīng)用SAP2000有限元軟件，并結(jié)合實(shí)際跨越地裂縫結(jié)構(gòu)在震后的沉降觀測(cè)值，得到以下結(jié)論：

(1) 由于在地震作用下，地裂縫兩側(cè)輸入地震波激勵(lì)的初始時(shí)刻和強(qiáng)度不同，導(dǎo)致多維多點(diǎn)地震明顯比多維一致激勵(lì)地震的不利影響嚴(yán)重．因此對(duì)跨越地裂縫建筑物進(jìn)行地震響應(yīng)分析時(shí)，應(yīng)該考慮地震波的多維多點(diǎn)效應(yīng)．

(2) 與未采取防治措施的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)相比，設(shè)置沉降縫的跨越地裂縫結(jié)構(gòu)在多維多點(diǎn)地震下的危險(xiǎn)部位的數(shù)量和面積明顯減少．剪力墻的混凝土壓碎面積和鋼筋屈服區(qū)域面積也明顯減少，結(jié)構(gòu)的正常使用會(huì)受到一定影響，但不會(huì)倒塌．這表明設(shè)置沉降縫可以明顯地降低地裂縫和地震共同作用對(duì)該類跨越地裂縫結(jié)構(gòu)(垂直沉降量小于 5 mm/a)的不利影響．

(3) 在f6地裂縫趨于低速率(0.6 mm/a)的穩(wěn)定活動(dòng)狀態(tài)下，設(shè)置沉降縫的實(shí)際跨越地裂縫結(jié)構(gòu)在 50年設(shè)計(jì)使用年限的地裂縫累計(jì)作用下，當(dāng)遭受相當(dāng)于8度罕遇多維多點(diǎn)地震作用力時(shí)，位于地裂縫上盤的許多框架梁和底層剪力墻會(huì)進(jìn)入塑性工作狀態(tài)，結(jié)構(gòu)的正常使用會(huì)受到很大影響，但是不會(huì)倒塌．

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