±800kV阀厅结构抗震设计研究

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建材世界2011年第32卷第1期DOI：10．3963／j．an．42—1783．TU．2011．01．024±800kV阀厅结构抗震设计研究蔡华1，龚天森1，胡蓉1，甘运良1，吴必华2，高湛2，陈传新2，程超2，饶冰2(1．中圈南方电网超高压输电公司，广州510620；2．中南电力设计院，武汉430071)摘要：对悬吊有质量为8t阈塔的士800kv钢一混凝土组合阀厅结构进行了地震作用下动力时程分析。采用ANSYS有限元通用软件．建立了钢～钢筋混凝土框架剪力墙阀厅结构的有限元模型和钢一钢筋混凝土剪力墙阀厅结构有限元模型；对挂阀前后框架剪力墙阀厅结构在4种地震渡作用下进行动力时程分析和比较；对2种挂阅后阀厅结构在恒载和活载作用下、纵向水平拟静力地震作用和横向水平拟静力作用下进行静力分析等，并给出关键构件的内力值。在以上研究的基础上，探讨了阀厅结构中吊阀的晃动时结构地震响应的影响、构件内力的变化和用反应谱法计算地震作用内力时采用的修正措施等。关键词：吊阀；构件内力；时程曲线；地震响应ResearchonAseismicDesignof士8110kVValveHallCAIHua1，GONGTian—senl，HUron91。GANYun—lian91．WUBi—hua2，GAOZhan2，cHENChuagl—xin2。CHENGCha02。RA0Bin2(1．ChinaSouthernPowerGridEHVPowerTransmissionCompany．Guangzhou510620．Chinal2．CentralSouthernChinaElectricPowerDesignInstitute。Wuhan430071。China)Abstract：Theearthquakeresponseofsteel—concretecompositestructureof土800kVvalvehallsuspendinga8tonvalvecolumnisanalysedbythedynamictimehistorymethod．Thefiniteelementmodelsofsteelcolumn—reinforcedconcreteframe—shearwallstructureofvalvehallandsteelcolumn—reinforcedconcreteshearwallstructureofvalvehallarebuiltintheANSYS．Andthenthedynamictimehistoryanalysisandcomparisonofframe．shearwallstruc—tureofvalvehallunderearthquakewaveareperformed．Notonlyundertheactionofdeadloadandliveload。butalsothepseudostaticearthquakeoflongitudinalhorizontalandtransversehorizontal．astaticanalysisoftwovalvehallswithsuspendedvalveisexecutedtoo．Accordingtotheresults．theaffectionofearthquakeresponsetosuspendedvalveinthevalvehallandthechangeoftheforceinthecomponentarediscussed．SomemodifiedmeasuresaboutcalculatingtheforceofearthquakeactionbytheresponsespectrummethodarepresentedtOO．Keywords：suspendedvalve,forceincomponentltimecoursecurve!earthquakeresponse本文研究对象为悬吊有质啵为8t阀塔的士800kV钢一混凝土组合阀厅结构。由于阀塔及其相关设备通过吊索悬挂于水平钢梁上。结构振动时．Iilj塔会伴随荷结构的振动而产牛晃动。而阀塔的晃动又将对结构的振动产生影响，移体结构响应分析较为复杂。对此类结构是否还可以按照无悬挂质破体系的一般厂房进行设计，按规范采用反应i酱法进行设计是否需要进行参数修正．是设计部门一直没有解决的nlJ题。收稿|I期：2010一12—20．作枵fl；1介：蔡华(1967一)．高级l：程师．E—maillcaihuanw@163．corn85 建材世界2011年第32卷第1期1工程概况本课题研究的阀厅结构是钢结构和钢筋混凝土混合结构形式，包括阀组及相关设备的钢梁、梯形钢屋架、阀组、钢柱以及剪力墙(或框架)等。阀厅平面布置图、阀厅屋架上弦水平支撑结构布置图、阀厅屋架下弦水平支撑及设备吊梁结构布置图如图1所示。悬挂阀塔如图2所示，其可简化为图3所示的带有多个质量摆的结构体系。图2阀厅结构图图3多层悬挂结构体系2阀厅结构的动力时程分析2．1阀厅结构有限元模型本节对两种阀厅结构进行有限元建模，模型几何尺寸与原结构相同，所有梁柱、屋架构件和支撑均采用三维窄间梁单元，单元型号为BEAMl89梁单元；剪力墙采用空间壳单元，单元型号为SHELL63壳单元；屋面檩条截面尺寸小，属于非结构构件，与填充墙和活荷载一样，主要考虑质量的影响。采用MASS21模拟；阀塔结构中的吊索采用索单元模拟，阀塔采用壳单元模拟。框架剪力墙阀厅结构有限元模型如图4所示，全剪力墙阀厅结构有限元模型如图5所示。图4框架剪力墙阀厅结构2．2阀厅结构的动力时程分析图5全剪力培阀厅结构通过对挂阀前后阀厅西侧钢柱及混凝土柱(剪力墙)位移、钢柱和剪力墙内力进行对比分析，以全面的了解阀厅在地震作用下结构的动力响应，并对阀厅抗震计算设计方法(水平地震)进行研究。该文选用了适合于I、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ场地的Taft波、EJ—centro波、Qianan波和tianjin波4种地震波，对两种型式的阀厅结构在纵向和横向地震作用下进行动力响应分析。框架剪力墙阀厅结构(无阀)在纵向地震作用下1#节点的位移如表1所示。图6为在Ta[t地震波作用下，结构在有无吊阀情况下18节点(角柱顶点，标高24．8m)的位移时程曲线的对比图(由于篇幅限制，其他节点时程曲线对比没有列出)。86表l结构有无阀塔l。节点水平纵向位移对比表 建材世界2011年第32卷第1期32EI{媳增一1—2-3时间／s图6框架剪力墙阀JJ：结构Taft对比图全剪力墙阀厅结构(有阀与无阀)在纵向地表2全剪力墙结构(有阀与无阀)14节点水平纵向位移对比裹震作用下18节点的佗移对比如表2所示。表2对比结果表明：吊阀对全剪力墙结构在地震响应的影响较小；由于各类地震波的作用频率不同，吊阀对结构的位移响应的影响也不同。2．32种阀厅结构模型分析结果通过对挂阀前后阀厅两侧钢柱及混凝土柱(剪力墙)位移、钢柱和剪力墙内力进行对比分析，以全面的了解阀厅在地震作用下结构的动力响应。此节选用了适合于I、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ场地的Taft波、E1一centro波、Qi—anan波和tianjin波4种地震波，对2种型式的阀厅结构在纵向和横向地震作用下进行动力响应分析。在地震波峰值为0．1g(100gadElcentro波作用下，表3、表4分别为短肢剪力墙结构在纵、横向地震波作用下内力比较。表3单元结构纵向地震波作用下内力最大值比较注t结果对比=(自．用一尤阁)／有闭。比较框架剪力墙结构在挂阀前后的内力变化叮知：吊阀对结构中构件内力的影响根据地震作用方向、内力类别和位置以及构件类型不同而不同，对横向地震作用下的影响相对较小，对部分内力有明娃的减震作用。对纵向地震作用下的内力影响，由于结构够体扭转振制的影响致使褴体结构受力复杂。分析比较数据发现，挂阀前与挂阀后相比．剪力墙和钢柱的主要内力或者变化不大。或者个别内力的变化较大，但内力值有所减小．表明阀塔对主体结构具有一定的减震作用。因此．在进行结构设计时。对主体结构的内力进行分析时可以按无阀结构进行计算。87 建材世界2011年第32卷第1期注：结果对比=(有阀一无阀)／有阀。从表5、表6中可以看出：吊阀对纵向地震作用下全剪力墙结构中剪力墙构件的主向弯矩有较明显的减震作用，一字型剪力墙的主向弯矩减小了20％，T型剪力墙的内力减小了8．8％；对轴力和剪力的影响较小，控制在6％以内。对横向地震作用下剪力墙底部主要内力的影响可以忽略不计。3结论a。阀塔对2种阀厅结构分别在纵横向不同地震波作用下的位移响应的影响较小，摹本控制在5％以内，由于地震波作用频率不同，在有些地震波作用下吊阀具有减震作用，有些地震作用下反而具有略微的增大作用。b．在地震作用下，阀塔对2种阀厅结构的结构构件内力有一定的影响。对纵向地震作用下结构的内力影响相对明显，主要是由于纵向地震作用会引起结构的扭转效应导致结构的空间受力特性明显所致；对横向地震作用下结构的主要内力影响较小。挂阀前与挂阀后相比，剪力墙和钢柱的丰要内力或者变化不大，或者个别内力的变化较大，但内力值有所减小。表明阀塔埘主体结构具有一定的减震作用。c．对阀厅结构设计的建议：吊阀对剪力墙和钢柱的主要内力总体来说具有一定的减震作用。因此，在进行阀厅结构设计时，对主体结构的内力进行分析时可以按无阀结构进行计算。参考文献[1]魏文晖．设置F—Ved建筑结构夺间协同工作控制研究[J]．武汉理工大学学报，2002．24(6)：51—54．[23康希良．赵鸿铁．薛建阳。等．悬吊质量结构减震性能的研究[J]．兰州理工大学学报。2006，32(4)：112一116．E31AnhND，MatsuhisaH．VietLD，eta1．VibrationControlofanInvertedPendulumTypeStructurebyPassiveMass-springPendulumDynamicVibrationAbsorber[J]．JournalofSoundandVibration，2007。307(1)：187—201．[43GB500ll一200l。建筑抗震设计规范ES]．[5]李宏男．摆结构体系减震性能研究[J]．工程力学．1996．13(3)：123—129．1-63魏文晖，周兴乐．胡孝平．换流站周厅结构地震效应动力分析[J]．建筑结构2010．40(3)：75—77．88