火电厂主厂房框排架结构多维地震反应分析与性能设计方法研究

发布时间：2018-04-24 23:32

本文选题：不规则结构 + 火电厂框排架结构　；参考：《西安建筑科技大学》2013年博士论文

【摘要】：由于结构功能的需要和人们对于美感要求的日益增加，不规则结构在实际工程设计与应用中难以避免。理论研究与震害经验表明，建筑物的不规则会导致抗震性能的降低，有时甚至会发生超出预期的震害。结构的平扭耦联现象与薄弱层的存在是不规则结构的主要体现形式。目前，对于不规则结构的地震反应规律研究开展十分广泛并取得了一些有价值的成果，但是针对某些具有特殊功能与重要影响的建筑结构有待更深一步研究。火力发电在我国目前的电力能源结构组成中占有重要地位，，并且在未来一段时期内仍将占有相当大的比例。火电厂主厂房是电力生命线工程的基础支撑结构，为满足生产工艺的要求，常常采用多层框架与单层排架相连而成的框排架结构体系。由于设备种类繁多、运行参数复杂，结构整体布置不规则，质量和刚度在空间分布不均匀，空间整体抗震性能较差。要使地震作用下电力设施能够安全运行，保证电力正常供应，就必须保证承载着火力发电核心设备的主厂房框排架结构具有良好的抗震性能和可靠的结构安全性。本文以不规则结构的研究为基础，重点对火力发电厂主厂房框排架该类不规则结构进行系统的分析与研究。研究成果为火电厂主厂房结构抗震提供了基础研究数据，同时可以用于指导工程设计，对于减轻电力设施的震害影响具有重要意义。主要研究工作及获取的成果包括以下几个方面的内容：（1）在理解现行抗震设计思路及抗扭设计思想的基础上，对引起结构扭转反应的内外因素进行探讨。深入分析偶然扭转产生的原因，给出了偶然偏心距的取值依据和指导性取值方案。总结各国对于不规则结构的判断标准，对比研究了国内外抗扭计算分析方法与构造措施的优缺点。最后建立不规则结构有限元分析模型对扭转分析中主要涉及到的影响参数进行分析，指出各参数对于结构扭转分析的作用与影响规律。（2）针对火电厂主厂房框排架结构空间不规则的特点及设计与工程应用中存在的问题，利用有限元程序建立三维空间分析模型探讨整体结构的受力性能。进行了不同结构形式的框排架主厂房动力特性对比分析，从振型间的平扭耦联作用程度与平扭周期比来总体把握结构的扭转性能。以提出的SRC框架-RC少墙型框排架主厂房为研究对象，首先进行了弹性扭转反应规律及影响因素研究，考察了单、双向地震和多维地震作用下结构的受力、变形特征，给出了扭转对于结构在空间不同位置上的放大效应影响系数并计算结构平面和竖向不规则指标；其次研究了强震作用下结构进入弹塑性阶段的扭转地震反应规律，对不同强度地震作用下结构的塑性损伤发展及破坏过程进行了分析；最后给出了针对框排架结构的概念设计原则及抗扭控制措施。研究成果对掌握火电厂主厂房框排架结构在多维地震作用下的地震反应规律及扭转性能提供了基础依据。（3）以SRC框架-RC少墙型框排架主厂房为研究对象，选取具有代表性的三榀子结构进行缩尺比为1/7的模型拟动力试验研究，分析了结构的损伤破坏过程，刚度退化规律和变形能力，滞回性能和耗能能力等内容。进行了基于损伤性能的异型节点试验研究，揭示了损伤对异型节点抗震性能（强度、刚度、滞回耗能能力等）的影响，分析了异型节点的受力机理并给出了建议承载力计算公式。在整体结构与构件试验和损伤分析的基础上，结合试验破坏过程及现象建立能够全面反映此类结构损伤特征的损伤模型，利用累积损伤数据计算结构不同状态下的损伤指数。（4）对主厂房框排架结构进行静力弹塑性推覆（Pushover）分析与抗震性能评估研究。探讨了Pushover方法对于不规则结构的适用性，用于主厂房框排架结构时应考虑多维空间推覆及高阶振型的影响。对结构在不同加载模式下的能力曲线和破坏模式进行对比分析，考察了整体位移、层间位移角以及层间剪力分布与时程分析结果的差异，应用多维MPA方法考虑高阶振型的影响能有效弥补基本假设带来的误差。利用ATC40能力谱法和改进能力谱法对主厂房结构进行抗震性能评估研究，对比分析了两者在需求谱的构造与性能点的确定等方面的优缺点，给出主厂房结构抗震性能评估过程与应用建议。（5）参考国内外相关标准并结合工业主厂房结构的特点，为火电厂框排架结构划分了五个性能水准并进行量化，研究给出了不同形式主厂房结构与各个性能水准相对应的性能指标取值建议以及自主控制选择性能目标时所涉及的影响因素。对直接基于位移的抗震设计（DDBSD）方法在火电厂主厂房结构中的应用及关键问题进行研究，给出了单机容量600MW和1000MW电厂主厂房结构在不同烈度区的选型建议。结合SRC框架-RC少墙型框排架主厂房进行了不同性能目标的设计与控制，算例分析表明，DDBSD方法应用于主厂房结构可以有效控制关键楼层的性能水准，自主控制结构的整体抗震性能，具有很强的实用性。综合分析给出了火电厂主厂房结构损伤性能水准、损伤指标范围及变形参数之间的关系，为此类结构抗震性能评估和加固、修复提供参考，同时为基于损伤性能的抗震设计提供基础研究数据和内容。
[Abstract]:Due to the need of structural function and the increasing demand for aesthetic feeling , irregular structure is difficult to avoid in practical engineering design and application . The theory research and seismic damage experience show that the irregular structure of the building can lead to the decrease of seismic performance , sometimes even beyond the expected earthquake damage .

Thermal power generation plays an important role in the composition of power energy structure in China , and will still occupy a considerable proportion in the future period . The main power house of thermal power plant is the basic support structure of electric lifeline engineering .

Based on the research of irregular structure , this paper focuses on the systematic analysis and research of the irregular structure of main power house frame of thermal power plant . The research results provide basic research data for earthquake resistance of main power house of thermal power plant , and can be used to guide the engineering design .

( 1 ) On the basis of understanding the existing seismic design concept and the anti - torsion design idea , the internal and external factors that cause structural torsional response are discussed . Based on the deep analysis of the causes of random torsion , the advantages and disadvantages of the analysis methods and structural measures are given . Finally , an irregular structure finite element analysis model is established to analyze the influence parameters which are mainly involved in the torsion analysis , and the effect and influence law of each parameter on the structural torsion analysis are pointed out .

( 2 ) According to the characteristics of the irregular structure and the problems existing in the design and engineering application of the frame structure of the main power house of the thermal power plant , the dynamic characteristics of the whole structure are discussed by using the finite element program to establish the three - dimensional space analysis model .
Secondly , the torsional seismic response law of the structure entering the elastic - plastic stage under the action of strong earthquakes is studied , and the plastic damage development and damage process of structures under different intensity earthquakes are analyzed .
Finally , the concept design principle and the anti - torsion control measures for frame - framed bent - frame structure are given . The research results provide the basis for grasping the seismic response law and torsional performance of the frame structure of main power plant frame in multi - dimensional earthquake .

( 3 ) Taking SRC frame - RC small - wall frame as the research object , selecting a representative three sub - structures to carry out a model pseudo - dynamic test study of the scale ratio of 1 / 7 , and analyzing the influence of the damage damage process , the stiffness degradation law , the deformation ability , the hysteretic performance and the energy consumption ability of the special - shaped node .

( 4 ) The analysis and seismic performance evaluation of the frame structure of the main power house are studied . The applicability of the pushover method to irregular structure is discussed . The influence of the multi - dimensional space pushing and the high - order modes is considered when the structure is used in the frame structure of the main power house .

( 5 ) Based on the characteristics of domestic and foreign related standards and combined with the characteristics of industrial main power house structure , five performance standards are divided into five performance standards for the frame structure of thermal power plant .

【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU352.11

【参考文献】