考虑土-结构相互作用的输电塔地震易损性分析

摘要

为了评估地震作用下输电塔各损伤状态的发生概率，降低输电线路因地震造成的损失，同时考虑到土-结构相互作用（soil-structure interaction, SSI）对输电塔地震响应的不利影响，考虑SSI的输电塔地震易损性分析是有必要的。以实际工程为背景，在SAP2000中分别建立了考虑SSI和不考虑SSI的输电线路单塔有限元模型，通过在桩节点上设置的多段弹性单点连接单元来模拟SSI,并将输电线路的质量和荷载简化到挂点位置以考虑其对单塔模型动力分析的影响，同时还考虑了连接部件质量的影响。在此基础上，采用增量动力分析法（incremental dynamic analysis, IDA）开展地震作用下输电塔的时程分析，得到输电塔在不同峰值加速度（peak ground acceleration, PGA）下的最大塔顶位移(U_max)和最大段间位移比(ISDR_max),并通过非线性静力推覆分析法（pushover分析）划分输电塔各损伤状态，基于上述研究对考虑SSI和不考虑SSI这两种情况下的输电塔地震易损性进行了分析，得到以PGA为地震动强度指标，U_max和ISDR_max为结构损伤指标的输电塔多损伤状态下的地震易损性曲线，并对分析结果进行了对比。研究结果表明：SSI会导致输电塔的地震响应增加，其中，U_max和ISDR_max的最大增幅分别达到了63.33%、184.92%。同时SSI也会导致输电塔结构损伤概率的增加，其中，以ISDR_max指标下DS₃状态的易损性增幅最为显著，其3.0 g下的超越概率从24.17%升至74.61%。因此，在进行输电塔的抗震分析时，忽略SSI可能会导致对输电塔结构抗震能力的高估，在相关分析中宜考虑SSI。

关键词

输电塔 / 土-结构相互作用 / 地震易损性 / 增量动力分析 / 地震响应 / 有限元模拟