火电厂主厂房结构抗震性能评估.pdf

低温建筑技术 2 0 1 3 年第 8 期 总第 1 8 2 期 火电厂主厂房结构抗震性能评估 徐大燕 ， 张风玲 ， 赵昆 1 ． 西安建筑科技大学． r l l lR． 西安7 1 0 0 5 5 ； 2 ． 江苏省J I B 电规划设计院有限责任公司， 南京2 1 0 0 0 6 【 摘要】 主厂房结构是火电厂的核心工程， 其抗震性能的好坏直接关系到电厂灾后能否正常运行。本文 对某主厂房少墙型钢混凝土框架结构采用 P u s h o v e r 分析方法了解结构的薄弱部位， 并运用能力谱法对结构进行 抗震性能评估。研究表明 该结构能够满足“ 小震不坏、 大震不倒”的设计要求， 且在地震中剪力墙起到第一道抗 震防线的作用。结构的运转层及以下部位是结构的薄弱部位， 在设计时应引起重视。 【 关键词】 火电厂主厂房； P u s h o v e r 分析方法； 能力谱方法 【 中图分类号】 1 1 2 3 5 2 ． 1 1 I 文献标识码】 B I 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 2 0 1 3 0 8 0 0 5 0 0 3 S EI s M I C P】哪OR CE UAT1 0N OF L AI N F ACToRY BUⅡ I NG X U Da y a n ，Z HANG F e n g - l i n g ，Z HAO Ku n 1 ．S c h o o l o f C i v i l E n g ． ，X i ’ a n U n i v ．o f A r c h ．T e c h ． ， X i ’ a n 7 1 0 0 5 5 ，C h i n a ； 2 ．J i a n g s u P o s t sT e l e c o mm u n i c a t i o n s P l a n n i n g a n d D e s i g n i n g I n s ti t u t e C o ． ， L t d ． ， N anj i n g 2 1 0 0 0 6 ，C h i n a A b s t r a c t T h e m a i n p l a n t s t r u c t u r e i s t h e c o r e p r o j e c t o f t h e r m a l p o w e r p l ant s ， s e i s mi c p e r f o r m a n c e o f wh i c h i s d i r e c t l y r e l a t e d t o the p o w e r p l a n t wh e the r c a n r u n p r o p e r l y o r n o t ．I n thi s p a p e r ，P u s h o v e r a n aly s i s o f a ma i n p l a n t w i t h f e w w a l l S RC f r a me s t r u c t u r e we r e a c c o mp l i s h e d t o u n d e r s t a n d t h e we a k p a r t s，a n d t h e s e i s mi c p e rf o rm a n c e o f w h i c h wa s e v alu a t e d b y the c a p a c i t y s p e c t r u m me tho d ．T h e r e s u l t s s h o w tha t t h e ma i n p l a n t w i th few wa l l S RC f r a me s t r u c t u r e C an me e t t h e d e s i gn r e q u i r e me n t s ，a n d s h e a r w all s p l a y the fi r s t s e i s mi c f o r t i fi c a t i o n l i n e s d u r i n g the e a r t h q u a k e ．Op e r a t i o n l a y e r an d the f o l l o w i n g p a r t s i s the w e a k p a r t s o f the s t r u c t u r e ，a t t e n ti o n s h o u l d b e p a i d t o wh e n d e s i g n i n g ． Ke y wo r d s ma i n f a c t o r y b u i l d i n g；P u s h o v e r analy s i s me tho d；c a p a c i t y s p e c t r u m me tho d 电力系统作为生命线系统的重要组成部分， 其安全性 问题会对国家的生产建设产生重大影响。历次大震证明， 地震造成重大损失的一个重要原因是承担抗震救灾工作的 [ 基金项 目】 国家 自然科 学基金 面上项 目 5 1 1 7 8 3 8 3 生命线工程破坏严重， 影响了抗震救灾工作的顺利进行 “。 为此 ， 有必要对这类建筑进行弹塑性分析 以找 出结构的薄 弱环节 ， 并在结构设计时予以加强。P u s h o v e r 分析方法概念 3 由于雪量较小， 各部位在雪荷载作用下的应力变 化不明显 ， 普遍在 2 MP a以下 ； 雪荷载对本工程结构的桁架 内柱和腹杆的影响小于其对上弦杆及下弦杆的影响。 参考文献 [ 1 ] G B 5 0 0 0 9 2 0 1 2 ， 建筑结构荷载规范[ s ] ． [ 2 ] 李雪峰， 周暄毅 ， 顾明．北京南站屋面雪荷载分布研究[ J ] ． 建筑结构 ， 2 0 0 8， 3 8 5 1 0 91 1 2 ． [ 3 ] 何连华， 陈凯， 符龙彪．基于 V O F 方法的雪荷载数值模拟及 工程应用[ J ] ．建筑结构， 2 0 1 1 ， 4 1 1 1 1 4 1 1 4 4 ． [ 4 ] 范重， 刘先明， 范学伟， 等．国家体育场大跨度钢结构设计与 研究[ J ] ．建筑结构学报 ， 2 0 0 7， 2 8 2 l一1 6 ． [ 5 ] 罗尧治， 沈雁彬 ， 王洽亲， 等．国家体育场建筑健康监测技术 应用[ c ] ∥第十三届空间结构学术会议。 深圳 2 0 1 0 8 2 8 8 3 3 ． [ 6 ] 罗尧治， 杨鹏程， 俞锋， 等． 空间结构无线监测系统 H M S T的 研发与应用[ c ] ∥第十四届空间结构学术会议， 福州 2 0 1 2 9 3 8 9 4 2 ． [ 7 ] 中国天气网．北京大部飘落小雪 明天夜间或有 中雪 [ E B ／ O L ] ．h t t p ／ ／ w w w ． w e a t h e r ． e ,o m ． c n ／ n e w s ／ 1 7 5 9 0 2 7 ． s h t m 1 ． [ 8 ] W e a t h e r U n d e r g r o u n d ．I B E IJ I N G 1 3 [ E B ／ O L ] ． h t t p ／ ／ w w w ． W a n d e r g r o u n d ． c o r n ／ J I NG1 3． 1 y Hi s t o r y ． a s p I D I BEI 一 【 收稿 日期】 2 0 1 3 0 4 0 7 [ 作者简介】 梅宇佳 1 9 8 7一 ， 男， 杭州人， 硕士研究生， 从事 大跨度空间结构研究。 徐 大燕等 火 电厂主厂房结 构抗震性能评估 清楚、 计算量小， 容易在实际工程中实现 ， 可以通过塑性铰 的发展状态， 直观判断结构是否满足“ 大震不到” 抗震设防 要求 。本文对某新建主厂房少墙型钢混凝土框架结构进 行 P u s h o v e r 分析， 研究该类建筑的薄弱部位及破坏机制 ， 为 提高该类建筑的抗震性能及合理的结构设计提供参考。 1 工程概况及模 型建 立 图1 主厂房少墙型钢混凝 士框架结构三维模型图 主厂房少墙型钢混凝土框架结构总长 1 2 2 m， 宽 5 8 m， 结 M ． r l 0 |。 I y ] 一 ． M y 图2 M3 铰和P MM铰M- O y 系 2 dD 0 0 l aD 0 O O 姜一 1 0 0 0 0 之 一2 0 0 0 0 3 0 o o 0 4O0 0 0 舢 岁 ／。 M， k N m 图4 S R C 8 0 0 X 1 4 0 0 截面Ⅳ - J I f 相关 曲线 在 S A P 2 0 0 0中剪力墙的塑性行为是通过分层壳模型的 非线性分析来实现的 。在火电厂主厂房少墙型钢混凝土 框架结构 中， 煤 斗层 标 高 3 3 ． 7 0 0 m以下剪力墙厚度为 4 0 0 m m， 煤斗层以上剪力墙厚度为3 0 0 m m。由P K P M计算结 果可知， 4 0 0 m m厚的剪力墙纵向钢筋和横向钢筋均为 q fl 6 2 0 0 ， 3 0 0 mm厚 的剪力墙 纵 向钢筋 和横 向钢筋均 为 t0 1 4 2 00。 由于火电厂主厂房结构属于平面不规则结构， 其在平 面内是不对称的。从正负两个方向推覆， 产生的地震反应 也可能不同。由前期模态分析和反应谱分析可知， y方向的 抗侧刚度小于 方向， 故本文只对 Y方向考虑正负不同的 情况进行 P u s h o v e r 分析 ， 得到各个工况的基底剪力 一顶点 位移曲线， 据此对主厂房结构的抗震性能进行评估。 构共 9层 ， 总 高度为 5 8 ． 9 0 5 m。汽机房排架 部分跨度 为 3 4 m， 除氧间跨度为 1 0 m， 煤仓间跨度为 1 4 m。煤斗层 标高 3 3 ． 7 0 0 m 以下剪力墙厚度为4 0 0 ra m， 煤斗层以上剪力墙厚 度为3 0 0 m m。主厂房结构三维模型图如图 1 所示。本工程 抗震设防烈度为 8度 0 ． 2 g ， 设计地震分组为第二组 ， 场地 类型为 Ⅱ类场地 ， 抗震等级为一级抗震。多遇地震和罕遇 地震作用下， 水平地震影响系数最大值 ～分别为 0 ． 1 6和 0 ． 9 ； 特征周期为 0 ． 4 s ； 阻尼比取为 0 ． 0 4 。 2主厂房 结构 P u s h o v e r 分析 本文采用 S A P 2 0 0 0有限元分析软件对结构进行弹塑性 分析 ， 对于梁和钢筋混凝土柱分别采用默认 的 M3铰和 P MM铰， 其弯矩 一曲率关系如图2所示。对于型钢混凝土 截面需要 自定义铰属性 ， 将其定义为轴力和双向弯矩相关 的 P M M铰 j 。采用 C S I s e c t i o n b u i l d e r 得到 S R C构件的 Ⅳ 一 相关曲线， 分别如图 3一图 5所示 ， 在形成 J7、 r 一 一 相关面时采用旋转对称， 同样采用截面设计器计算出 一 关系得到塑性铰本构关系。 l 0 o o O 0 Z-1 0 0 0 0 一 2 O O 0 0 3 O o 0 0 4 O 0 o 0 脚， k N m 图3 S R C 8 0 01 2 0 0 截 面N - M t 关 曲线 1 0D 0 0 O Z 主 一 1 0 0 o 0 2 0 O o o 一3 0 o 0 o ．．． 。 。 。 伽 。．_ l ， 埘 N m 图5 S RC 8 0 01 0 0 0 截面Ⅳ _ - j I f 相关曲线 3王 J 屑 结构 玩 赝 任 l i B 详 佰 用式 1 、 式 2 ㈣将推覆得到的 I ， 一D曲线 转换 为 A D R S表示的能力谱曲线 ， 结合规范反应谱曲线进行抗震性 能评估。 S 一 Vb ／ M 1 一 1 一 、 0 cd 士 2 一 yI 1 ． 咖 f 3 ． 1 多遇地震 将多遇地震下对应的需求谱曲线和能力谱 曲线 ， 通过 迭代分析得到其性能点， 如表 1 所示。通过查看塑性铰结 果， 在小震作用下 ， 结构在正向、 负向推覆作用下均没有出 5 2 低温建筑技术 2 0 1 3年第 8 期 总第 1 8 2 期 现塑性铰， 表 2给出了结构在多遇地震下得到的y向层间位 移角， 从表中可以看出， 结构在正向地震作用下最大层间位 移角为 1 ／ 1 0 2 9 ， 在负向地震作用下最大层间位移角为 l ／ 9 6 1 ， 均出现在煤斗层且均小于规范给出的 1 ／ 8 0 0的位移角 限值 ， 说明结构能够满足规范㈧要求的“ 小震不坏” 的要求。 表 1 多遇地震下各个侧向加载模式下 l ， 向性能 表 2 多遇地 震下 y向楼层位移层问位移角 3 ． 2罕遇地震 表3罕遇地震下各个侧向加载模式下 l ， 向性能点 表 4 罕遇地震下 y向楼层位移层间位移 角 当结构进入塑性 阶段后 ， 由于部分构件 出现塑性铰导 致阻尼比增大， 因此求解大震下的性能点时必须采用弹塑 性需求谱才能得到相对准确的结果， 本文采用等效阻尼法 将弹性反应谱折减， 得到弹塑性需求谱曲线， 通过迭代分析 得到结构在罕遇地震下的性能点 ， 如表3所示。通过查看壳 应力云图及塑性铰的分布情况可知， 横向剪力墙底部首先 开裂， 继而 1 6 ． 7 2 5 m标高处梁出现第一批塑性铰， 接着塑性 铰向 8 ． 3 3 5 m标高处发展， 框架柱底也开始逐渐出现塑性 铰， 说明整个破坏过程剪力墙承担了大部分的地震作用 ， 延 缓了框架柱的开裂， 地震过程中， 剪力墙消耗了大部分的地 震能量， 起到第一道抗震防线的作用 ， S R C框架起到第二道 抗震防线的作用。表4给出了结构在罕遇地震下得到的层 间位移角， 从表中可以看出， 结构在正向地震作用下最大层 间位移角为 1 ／ 2 0 4 ， 在负向地震作用下最大层间位移角为 l ／ 1 7 5 ， 均小于规范 给出的1 ／ 1 0 0的位移角限值 ， 说明结构能 够满足规范要求的“ 大震不倒” 的要求。整个破坏过程中， 运转层和底层最容易形成塑性铰且层间位移角也最大， 说 明运转层和底层是结构的薄弱部位 ， 在设计时应该予 以 加强。 4结语 1 研究表明主厂房少墙性能混凝土框架结构能够 满足规范要求的“ 小震不坏、 大震不倒” 的要求。 2 当主厂房少墙型钢混凝土结构处于弹性阶段时 其最大层间位移角出现在煤斗层， 随着地震作用的增强， 最 大层间位移角位置下移。在罕遇地震作用下， 运转层及底 层最大层间位移角最大， 为结构的薄弱部位， 在进行结构设 计时应予以加强。 3 对于不规则结构来说， 正向加载和负向加载存在 一 定的差异， 抗震性能评价应当选取最不利的方向加载， 研 究表明负向加载对于主厂房少墙型刚混凝土框架结构来说 更加不利， 故抗震性能评估时应选择负向加载。 4 研究表明， 剪力墙在地震中起到了第一道抗震防 线的作用， S R C框架起到了第二道抗震防线的作用。 参考文献 [ 1 ] 刘志钦， 赵辉． 火电厂R C框排架结构主厂房震害分析与设计 建议[ J ] ． 河南城建学院学报， 2 0 1 1 ， 2 0 1 3 7 4 1 ． [ 2 ] 梁焕新． 建筑结构 P u s h o v e r 分析方法的实用性研究 [ D] ． 成 都 西南交通大学， 2 0 0 5 ． [ 3 ] 白国良， 楚留声， 朱丽华． 型钢混凝土框架静力非线性分析塑 性铰参数研究[ J ] ． 西安建筑科技大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 7 ， 3 9 6 7 5 6- 7 6 1 ． [ 4 ] 北京金土木软件技术有限公司， 中国建筑标准设计研究院． S A P 2 0 0 0中文版使用指南 第二版 [ M ] ． 北京 人民交通出版 社 ， 2 0 1 2 4 8 0 ． [ 5 ] 北京金土木软件技术有限公司． P u s h o v e r 分析在建筑工程抗 震设计中的应用[ M ] ． 北京 中国建筑工业出版社， 2 0 1 0 2 7 ． [ 6 ] G B S 0 0 1 1 - 2 0 1 0 ， 建筑抗震设计规范[ s ] ． [ 收稿日期】 201 3 0 4 1 6 [ 作者简介】 徐大燕 1 9 8 7 一 ， 女， 甘肃永登人， 硕士研究生， 研究方向 混凝土结构。