大型换流站阀厅结构基底隔震设计及全寿命经济性分析

发布时间：2018-06-01 21:29

本文选题：阀厅结构 + 基底隔震　；参考：《广州大学》2017年硕士论文

【摘要】：大型换流站阀厅结构是生命线工程的关键建筑,相关研究表明阀厅结构在罕遇地震作用下发生不可避免的破坏,不能保证结构震后的基本运行,震害导致的功能中断将造成重大的经济损失和社会影响。以规范要求的“小震不坏,中震可修,大震不倒”为设防水准进行抗震设计虽可以保证强震下的生命安全,但不能满足现代社会对生命工程震后功能可持续的性能要求。因此,有必要采取适当措施提高阀厅结构的性能水准,保证阀厅结构震后功能的正常运行,减少由于功能中断而造成的巨大经济损失。隔震技术能降低地震能量输入的同时控制上部结构的损伤,在提高结构性能水平方面已有成功的实例,但在换流站阀厅结构中的应用尚未出现,其对换流站阀厅结构抗震性能的影响尚不明确。同时,基底隔震技术往往会提高结构的初期造价,通过增加结构初期投入来提高结构的抗震可靠性,在全寿命期内是否符合经济性要求还有待研究。因此,本文以某带悬挂电气设备的大型换流站阀厅结构为研究对象,对阀厅结构进行基于性能的基底隔震设计,采用ETABS、Perform-3D非线性分析软件,对隔震前后阀厅结构进行模态分析、弹塑性时程分析,从结构动力特性、结构响应、结构耗能、构件损伤及结构易损性等方面对比研究地震作用下原阀厅结构和隔震阀厅结构的抗震性能,并在大量弹塑性时程分析的基础上,对阀厅结构进行了考虑地震损失的全寿命期经济性分析。本文的研究内容和主要结论如下:(1)本文以某大型换流站阀厅结构为研究对象,对其进行了基底隔震设计,并对抗震体系和隔震体系阀厅结构进行抗震性能对比研究。对阀厅结构进行了基底隔震设计,并根据相关规范要求定义了阀厅结构作为生命线工程的性能目标。在验证了建模方法正确的基础上,建立了隔震前后阀厅结构整体模型,进行了模态分析和弹塑性时程分析,从结构动力特性、结构响应、结构耗能以及构件损伤等方面对比研究地震作用下原阀厅结构和隔震阀厅结构的抗震性能。分析结果表明,隔震后结构基本周期从0.954s延长至1.956s,第二阶振型由扭转振型转变为平动振型。7度(0.15g)罕遇地震作用下基底剪力最大减小79%,悬挂阀摆动加速度最大减小78%,阀体对屋架的地震作用最大减小44%,上部结构顶点位移角最大减小78%,隔震支座耗散50%以上地震能量,剪力墙混凝土压应变最大值下降55%,钢筋应变下降58%,89%的剪力墙从中度损伤转变为轻微损伤阶段。基底隔震有效地控制了结构的损伤,使上部结构基本保持弹性状态,显著提升结构抗震性能水平。基于课题组已提出的抗震体系阀厅结构悬吊设备地震作用简化计算方法,通过调整系数拟合了隔震体系阀厅结构悬吊设备地震作用简化计算公式。根据该方法,可以由隔震阀厅结构的抗震设防等级、场地土类别和设计地震分组得出隔震阀厅结构悬吊设备的地震作用。(2)针对阀厅结构设计中悬吊设备地震作用取值方法的不足,本文提出隔震体系阀厅结构悬吊设备地震作用简化计算方法。基于课题组已提出的抗震体系阀厅结构悬吊设备地震作用简化计算方法,通过调整系数拟合了隔震体系阀厅结构悬吊设备地震作用简化计算公式。根据该方法,可以由隔震阀厅结构的抗震设防等级、场地土类别和设计地震分组得出隔震阀厅结构悬吊设备的地震作用。(3)地震易损性是评估阀厅结构抗震性能的有效方法,本文选取适当的地震动强度参数,对抗震体系和隔震体系阀厅结构进行了抗震易损性对比分析。本文从PEER地震波库选取100条天然地震动,对隔震前后阀厅结构进行大量弹塑性时程分析。基于大量时程分析的结果,拟合了结构地震需求参数与地震动参数之间的关系。采用相关性、有效性、实用性和效益性指标选取了SA1、PGV、PGA、M和R作为易损性分析的地震动强度参数,对隔震前后阀厅结构进行了地震易损性分析。分析表明,在7度(0.15g)罕遇地震作用下,以SA1-M、PGV-M、PGA-M、SA1-R、PGV-R以及PGA-R为地震动强度参数时,抗震体系阀厅结构严重破坏的超越概率分别为58%、22.9%、33.66%、28.36%、25.8%及16.25%,隔震后阀厅结构严重破坏的超越概率分别下降至0.15%、0.06%、16%、0.07%、0.35%及1.8%。隔震改造显著地降低了阀厅结构各等级损伤的超越概率。(4)阀厅结构全寿命经济性分析能从全寿命角度研究基底隔震对阀厅结构全寿命总费用的影响。本文计算了阀厅结构初期造价、检查维护费用及地震损失费用,对比研究了隔震前后阀厅结构全寿命期总费用。基于隔震前后阀厅结构大量非线性时程分析结果,采用FEMA-P58方法计算出阀厅结构各易损构件关于顶点位移角的易损性曲线,并对比研究了隔震前后阀厅结构在地震作用下构件易损性;采用FEMA-P58的地震损失预测方法得出隔震前后阀厅结构地震损失预测结果,结合隔震前后阀厅结构初期造价及寿命期内检查维护费用,得出隔震前后阀厅结构全寿命期费用评估结果。构件易损性分析结果表明,在相同地震强度作用下,由于基底隔震能把结构变形响应集中在隔震层,上部结构顶点位移角明显减小,隔震后阀厅结构各易损构件发生各级损伤的超越概率显著降低,7度(0.15g)大震作用下,剪力墙严重损伤的超越概率从43%降低至1.7%。全寿命期费用评估结果表明,抗震体系阀厅结构全寿命期总费用为1530.3万元,隔震体系阀厅结构全寿命期总费用为1063.3万元,隔震体系阀厅结构全寿命费用比抗震体系阀厅结构减少了467万元。分析结果从全寿命角度说明隔震后阀厅结构具有较好的经济性。
[Abstract]:The main conclusions are as follows : ( 1 ) In order to improve the seismic reliability of the valve hall structure , the structure of the valve hall can be improved by increasing the initial investment of the structure . In this paper , the simplified calculation method of earthquake action of the structure suspension equipment of seismic isolation system is presented . The seismic action of the suspension equipment of the valve hall structure of the seismic isolation system is simplified by adjusting the coefficient . ( 3 ) The seismic vulnerability is an effective method for evaluating the seismic behavior of the valve hall structure . In this paper , the seismic vulnerability analysis is carried out for the structure of the valve hall before and after the shock isolation . Based on the results of a lot of time history analysis , the seismic vulnerability analysis is carried out on the structure of the valve hall before and after the shock isolation . The results show that the above probability of severe damage to the valve hall structure before and after the shock isolation is reduced to 0.15 % , 0.06 % , 16 % , 0.07 % , 0.35 % and 1.8 % respectively . ( 4 ) The whole life - span cost of the valve hall structure is studied by using FEMA - P58 method . The results show that the total cost of the valve hall structure under earthquake action is reduced from 43 % to 1.7 % .
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU352.12

【参考文献】