火電廠主廠房框排架結(jié)構(gòu)多維地震反應(yīng)分析與性能設(shè)計方法研究.pdf

1、由于結(jié)構(gòu)功能的需要和人們對于美感要求的日益增加,不規(guī)則結(jié)構(gòu)在實際工程設(shè)計與應(yīng)用中難以避免。理論研究與震害經(jīng)驗表明,建筑物的不規(guī)則會導(dǎo)致抗震性能的降低,有時甚至?xí)l(fā)生超出預(yù)期的震害。結(jié)構(gòu)的平扭耦聯(lián)現(xiàn)象與薄弱層的存在是不規(guī)則結(jié)構(gòu)的主要體現(xiàn)形式。目前,對于不規(guī)則結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)規(guī)律研究開展十分廣泛并取得了一些有價值的成果,但是針對某些具有特殊功能與重要影響的建筑結(jié)構(gòu)有待更深一步研究。
　　火力發(fā)電在我國目前的電力能源結(jié)構(gòu)組成中占有重要地位

2、,并且在未來一段時期內(nèi)仍將占有相當(dāng)大的比例。火電廠主廠房是電力生命線工程的基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu),為滿足生產(chǎn)工藝的要求,常常采用多層框架與單層排架相連而成的框排架結(jié)構(gòu)體系。由于設(shè)備種類繁多、運行參數(shù)復(fù)雜,結(jié)構(gòu)整體布置不規(guī)則,質(zhì)量和剛度在空間分布不均勻,空間整體抗震性能較差。要使地震作用下電力設(shè)施能夠安全運行,保證電力正常供應(yīng),就必須保證承載著火力發(fā)電核心設(shè)備的主廠房框排架結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能和可靠的結(jié)構(gòu)安全性。
　　本文以不規(guī)則結(jié)構(gòu)的研究

3、為基礎(chǔ),重點對火力發(fā)電廠主廠房框排架該類不規(guī)則結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)的分析與研究。研究成果為火電廠主廠房結(jié)構(gòu)抗震提供了基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù),同時可以用于指導(dǎo)工程設(shè)計,對于減輕電力設(shè)施的震害影響具有重要意義。主要研究工作及獲取的成果包括以下幾個方面的內(nèi)容:
　　(1)在理解現(xiàn)行抗震設(shè)計思路及抗扭設(shè)計思想的基礎(chǔ)上,對引起結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)反應(yīng)的內(nèi)外因素進行探討。深入分析偶然扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的原因,給出了偶然偏心距的取值依據(jù)和指導(dǎo)性取值方案?？偨Y(jié)各國對于不規(guī)則結(jié)構(gòu)的判斷標

4、準,對比研究了國內(nèi)外抗扭計算分析方法與構(gòu)造措施的優(yōu)缺點。最后建立不規(guī)則結(jié)構(gòu)有限元分析模型對扭轉(zhuǎn)分析中主要涉及到的影響參數(shù)進行分析,指出各參數(shù)對于結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)分析的作用與影響規(guī)律。
　　(2)針對火電廠主廠房框排架結(jié)構(gòu)空間不規(guī)則的特點及設(shè)計與工程應(yīng)用中存在的問題,利用有限元程序建立三維空間分析模型探討整體結(jié)構(gòu)的受力性能。進行了不同結(jié)構(gòu)形式的框排架主廠房動力特性對比分析,從振型間的平扭耦聯(lián)作用程度與平扭周期比來總體把握結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)性能。以提

5、出的SRC框架-RC少墻型框排架主廠房為研究對象,首先進行了彈性扭轉(zhuǎn)反應(yīng)規(guī)律及影響因素研究,考察了單、雙向地震和多維地震作用下結(jié)構(gòu)的受力、變形特征,給出了扭轉(zhuǎn)對于結(jié)構(gòu)在空間不同位置上的放大效應(yīng)影響系數(shù)并計算結(jié)構(gòu)平面和豎向不規(guī)則指標;其次研究了強震作用下結(jié)構(gòu)進入彈塑性階段的扭轉(zhuǎn)地震反應(yīng)規(guī)律,對不同強度地震作用下結(jié)構(gòu)的塑性損傷發(fā)展及破壞過程進行了分析;最后給出了針對框排架結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計原則及抗扭控制措施。研究成果對掌握火電廠主廠房框排架結(jié)構(gòu)

6、在多維地震作用下的地震反應(yīng)規(guī)律及扭轉(zhuǎn)性能提供了基礎(chǔ)依據(jù)。
　　(3)以SRC框架-RC少墻型框排架主廠房為研究對象,選取具有代表性的三榀子結(jié)構(gòu)進行縮尺比為1/7的模型擬動力試驗研究,分析了結(jié)構(gòu)的損傷破壞過程,剛度退化規(guī)律和變形能力,滯回性能和耗能能力等內(nèi)容。進行了基于損傷性能的異型節(jié)點試驗研究,揭示了損傷對異型節(jié)點抗震性能(強度、剛度、滯回耗能能力等)的影響,分析了異型節(jié)點的受力機理并給出了建議承載力計算公式。在整體結(jié)構(gòu)與構(gòu)件試驗

7、和損傷分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合試驗破壞過程及現(xiàn)象建立能夠全面反映此類結(jié)構(gòu)損傷特征的損傷模型,利用累積損傷數(shù)據(jù)計算結(jié)構(gòu)不同狀態(tài)下的損傷指數(shù)。
　　(4)對主廠房框排架結(jié)構(gòu)進行靜力彈塑性推覆(Pushover)分析與抗震性能評估研究。探討了Pushover方法對于不規(guī)則結(jié)構(gòu)的適用性,用于主廠房框排架結(jié)構(gòu)時應(yīng)考慮多維空間推覆及高階振型的影響。對結(jié)構(gòu)在不同加載模式下的能力曲線和破壞模式進行對比分析,考察了整體位移、層間位移角以及層間剪力分布與時

8、程分析結(jié)果的差異,應(yīng)用多維MPA方法考慮高階振型的影響能有效彌補基本假設(shè)帶來的誤差。利用ATC40能力譜法和改進能力譜法對主廠房結(jié)構(gòu)進行抗震性能評估研究,對比分析了兩者在需求譜的構(gòu)造與性能點的確定等方面的優(yōu)缺點,給出主廠房結(jié)構(gòu)抗震性能評估過程與應(yīng)用建議。
　　(5)參考國內(nèi)外相關(guān)標準并結(jié)合工業(yè)主廠房結(jié)構(gòu)的特點,為火電廠框排架結(jié)構(gòu)劃分了五個性能水準并進行量化,研究給出了不同形式主廠房結(jié)構(gòu)與各個性能水準相對應(yīng)的性能指標取值建議以及自主

9、控制選擇性能目標時所涉及的影響因素。對直接基于位移的抗震設(shè)計(DDBSD)方法在火電廠主廠房結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用及關(guān)鍵問題進行研究,給出了單機容量600MW和1000MW電廠主廠房結(jié)構(gòu)在不同烈度區(qū)的選型建議。結(jié)合SRC框架-RC少墻型框排架主廠房進行了不同性能目標的設(shè)計與控制,算例分析表明,DDBSD方法應(yīng)用于主廠房結(jié)構(gòu)可以有效控制關(guān)鍵樓層的性能水準,自主控制結(jié)構(gòu)的整體抗震性能,具有很強的實用性。綜合分析給出了火電廠主廠房結(jié)構(gòu)損傷性能水準、損傷