發(fā)布時間：2020-02-12 05:42

【摘要】：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(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，建立其相對應(yīng)的設(shè)計方法，本文進行了系統(tǒng)研究。 設(shè)計了1榀縮尺比為1/10三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(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)延性相對較好，，具有較強的塑性變形能力。模型結(jié)構(gòu)在三種地震波(El Centro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。在擬動力試驗結(jié)束后，又對該榀鋼框排架結(jié)構(gòu)進行了擬靜力試驗，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(xué)性能。結(jié)果表明：鋼框排架結(jié)構(gòu)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(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，設(shè)計時要特別注意。 采用有限元軟件Sap2000對平面鋼框排架結(jié)構(gòu)進行了時程分析，計算結(jié)果與試驗結(jié)果符合較好。根據(jù)計算結(jié)果，對鋼框排架結(jié)構(gòu)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(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。計算結(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)計算分析應(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等級，并結(jié)合地震設(shè)防水準，給出了鋼框排架結(jié)構(gòu)的抗震性能目標。在鋼框排架結(jié)構(gòu)抗震性能試驗研究的基礎(chǔ)上，提出了鋼框排架對應(yīng)四個性能水平的層間位移角限值。給出了基于位移的設(shè)計方法在主廠房鋼框排架結(jié)構(gòu)設(shè)計中的設(shè)計步驟，并以一工程實例詳細說明了鋼框排架結(jié)構(gòu)基于位移的設(shè)計過程。 提出根據(jù)結(jié)構(gòu)損傷期望對鋼框排架結(jié)構(gòu)進行抗震優(yōu)化設(shè)計，并建立了鋼框排架結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型，給出了其優(yōu)化設(shè)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(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計程序，并采取該程序?qū)σ还こ虒嵗M行抗震設(shè)計優(yōu)化，驗證了所采用的優(yōu)化思路和方法的可行性。 在試驗研究和理論分析基礎(chǔ)上，結(jié)合火電廠特點和多高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，提出了鋼框排架主廠房的抗震設(shè)計建議，可為工程應(yīng)用提供參考。
【圖文】：

框排架模型

（c）梁 L-3 與柱 Z-4 的連接節(jié)點 （d）梁 L-3 與柱 Z-4 的連接節(jié)點圖 2.2 部分節(jié)點示意圖（2）柱腳設(shè)計圖 2.3 為模型設(shè)計所采用的固定外露式柱腳，其中箱形柱采用對接焊縫與底焊接，H 形柱的翼緣、腹板則分別采用完全熔透的坡口對接焊縫、角焊縫與底焊接。箱形柱、H 形柱的柱腳加勁板采用雙面角焊縫焊接。所采用的錨栓直徑底板厚度分別為 24mm，20mm，均為 Q235 鋼。
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TU391;TU352.11

【參考文獻】

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本文編號：2578720