大型火電廠鋼結(jié)構(gòu)主廠房框排架結(jié)構(gòu)抗震性能及設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、在我國,火電廠主體結(jié)構(gòu)常采用鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu),而隨著電廠單機(jī)容量的不斷增大,主廠房的高度和跨度隨之增加,具有布置靈活、自重輕、強(qiáng)度高、施工快、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)的鋼結(jié)構(gòu),成為了中國大型火電廠主廠房的主要結(jié)構(gòu)形式,尤其成為在抗震設(shè)防區(qū)建造大型火電廠的首選形式。課題組前期已經(jīng)研究了大型火電廠鋼結(jié)構(gòu)異型節(jié)點(diǎn)受力性能,為了揭示大型火電廠鋼結(jié)構(gòu)主廠房框排架結(jié)構(gòu)抗震性能,建立其相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)方法,本文進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　設(shè)計(jì)了1榀縮尺比為1

2、/10三跨五層的鋼框排架模型,通過對(duì)其進(jìn)行擬動(dòng)力試驗(yàn),研究其在預(yù)估地震作用下的加速度反應(yīng)、位移反應(yīng)、滯回特性、剛度和耗能性能。研究結(jié)果表明:鋼框排架結(jié)構(gòu)延性相對(duì)較好,具有較強(qiáng)的塑性變形能力。模型結(jié)構(gòu)在三種地震波(ElCentro波、Taft波、蘭州人工波)的多遇地震以及ElCentro波的罕遇地震作用下,層間位移角均滿足我國現(xiàn)行規(guī)范要求。鋼框排架結(jié)構(gòu)體系可滿足8度設(shè)防要求,具有良好抗震性能。在擬動(dòng)力試驗(yàn)結(jié)束后,又對(duì)該榀鋼框排架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了

3、擬靜力試驗(yàn),觀測(cè)了框排架的破壞形態(tài),得到了試件的荷載—位移滯回曲線、骨架曲線,分析了鋼框排架的破壞機(jī)制、滯回性能、延性、耗能能力、剛度退化等力學(xué)性能。結(jié)果表明:鋼框排架結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)制為先梁端后柱端出現(xiàn)塑性鉸的混合破壞機(jī)制,滯回曲線較飽滿,整體位移延性系數(shù)大于4.0,等效黏滯阻尼系數(shù)達(dá)到0.185。鋼框排架結(jié)構(gòu)體系總體上表現(xiàn)出良好的抗震能力,適合高烈度抗震設(shè)防區(qū)采用。模型結(jié)構(gòu)的層間位移角在底層和第二層較大,為薄弱層;煤斗梁地震反應(yīng)較強(qiáng),設(shè)

4、計(jì)時(shí)要特別注意。
　　采用有限元軟件Sap2000對(duì)平面鋼框排架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了時(shí)程分析,計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果符合較好。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,對(duì)鋼框排架結(jié)構(gòu)的變形性能進(jìn)行了分析,明確了大震作用下塑性鉸的出現(xiàn)次序和發(fā)展規(guī)律,研究了錯(cuò)層對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響和框架、排架之間的協(xié)同工作情況。
　　采用有限元軟件Midas/gen對(duì)鋼框排架整體廠房進(jìn)行了彈性時(shí)程分析、彈塑性時(shí)程分析、靜力彈塑性分析,研究了主廠房的變形能力、薄弱部位、受力機(jī)理及其破壞機(jī)制。

5、計(jì)算結(jié)果表明:鋼框排架延性相對(duì)較好,具有較強(qiáng)的塑性變形能力和抗震能力。主廠房橫向框排架和縱向框架—支撐結(jié)構(gòu)存在較多的薄弱部位;煤斗梁剛度超強(qiáng),要特別注意柱截面的選取,結(jié)構(gòu)計(jì)算分析應(yīng)采用考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的空間模型。
　　參考國內(nèi)外規(guī)范相關(guān)規(guī)定,將鋼框排架結(jié)構(gòu)的性能水平劃分為正常使用、基本使用、生命安全和接近倒塌四個(gè)等級(jí),并結(jié)合地震設(shè)防水準(zhǔn),給出了鋼框排架結(jié)構(gòu)的抗震性能目標(biāo)。在鋼框排架結(jié)構(gòu)抗震性能試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,提出了鋼框排架對(duì)應(yīng)四個(gè)性

6、能水平的層間位移角限值。給出了基于位移的設(shè)計(jì)方法在主廠房鋼框排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)步驟,并以一工程實(shí)例詳細(xì)說明了鋼框排架結(jié)構(gòu)基于位移的設(shè)計(jì)過程。
　　提出根據(jù)結(jié)構(gòu)損傷期望對(duì)鋼框排架結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震優(yōu)化設(shè)計(jì),并建立了鋼框排架結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型,給出了其優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟?；贏NSYS軟件的二次開發(fā)平臺(tái),采用APDL語言編制了鋼框排架結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)程序,并采取該程序?qū)σ还こ虒?shí)例進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化,驗(yàn)證了所采用的優(yōu)化思路和方法的可行性。<