大型火電廠鋼結構主廠房框排架結構抗震性能及設計方法研究.pdf

1、在我國,火電廠主體結構常采用鋼筋混凝土框排架結構,而隨著電廠單機容量的不斷增大,主廠房的高度和跨度隨之增加,具有布置靈活、自重輕、強度高、施工快、抗震性能好等優(yōu)點的鋼結構,成為了中國大型火電廠主廠房的主要結構形式,尤其成為在抗震設防區(qū)建造大型火電廠的首選形式。課題組前期已經研究了大型火電廠鋼結構異型節(jié)點受力性能,為了揭示大型火電廠鋼結構主廠房框排架結構抗震性能,建立其相對應的設計方法,本文進行了系統(tǒng)研究。
　　設計了1榀縮尺比為1

2、/10三跨五層的鋼框排架模型,通過對其進行擬動力試驗,研究其在預估地震作用下的加速度反應、位移反應、滯回特性、剛度和耗能性能。研究結果表明:鋼框排架結構延性相對較好,具有較強的塑性變形能力。模型結構在三種地震波(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。鋼框排架結構體系可滿足8度設防要求,具有良好抗震性能。在擬動力試驗結束后,又對該榀鋼框排架結構進行了

3、擬靜力試驗,觀測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制、滯回性能、延性、耗能能力、剛度退化等力學性能。結果表明:鋼框排架結構的破壞機制為先梁端后柱端出現(xiàn)塑性鉸的混合破壞機制,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)達到0.185。鋼框排架結構體系總體上表現(xiàn)出良好的抗震能力,適合高烈度抗震設防區(qū)采用。模型結構的層間位移角在底層和第二層較大,為薄弱層;煤斗梁地震反應較強,設

4、計時要特別注意。
　　采用有限元軟件Sap2000對平面鋼框排架結構進行了時程分析,計算結果與試驗結果符合較好。根據(jù)計算結果,對鋼框排架結構的變形性能進行了分析,明確了大震作用下塑性鉸的出現(xiàn)次序和發(fā)展規(guī)律,研究了錯層對結構性能的影響和框架、排架之間的協(xié)同工作情況。
　　采用有限元軟件Midas/gen對鋼框排架整體廠房進行了彈性時程分析、彈塑性時程分析、靜力彈塑性分析,研究了主廠房的變形能力、薄弱部位、受力機理及其破壞機制。

5、計算結果表明:鋼框排架延性相對較好,具有較強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—支撐結構存在較多的薄弱部位;煤斗梁剛度超強,要特別注意柱截面的選取,結構計算分析應采用考慮扭轉效應的空間模型。
　　參考國內外規(guī)范相關規(guī)定,將鋼框排架結構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等級,并結合地震設防水準,給出了鋼框排架結構的抗震性能目標。在鋼框排架結構抗震性能試驗研究的基礎上,提出了鋼框排架對應四個性

6、能水平的層間位移角限值。給出了基于位移的設計方法在主廠房鋼框排架結構設計中的設計步驟,并以一工程實例詳細說明了鋼框排架結構基于位移的設計過程。
　　提出根據(jù)結構損傷期望對鋼框排架結構進行抗震優(yōu)化設計,并建立了鋼框排架結構抗震優(yōu)化設計的數(shù)學模型,給出了其優(yōu)化設計步驟?；贏NSYS軟件的二次開發(fā)平臺,采用APDL語言編制了鋼框排架結構抗震優(yōu)化設計程序,并采取該程序對一工程實例進行抗震設計優(yōu)化,驗證了所采用的優(yōu)化思路和方法的可行性。<