鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)的平扭耦聯(lián)多維地震反應(yīng)分析.pdf

1、在電力、冶金、礦山等鋼筋混凝土工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)中，由于生產(chǎn)工藝的需求，在同一幢廠房中，由多層除氧間、煤倉間與大跨度的單層汽機房相連，形成部分為多層、部分為單層的大空間體系，這就是設(shè)計中常見的多層框架、單層排架相連成一體的鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)體系。由于重型設(shè)備或貯料倉偏置于廠房的一端，以致質(zhì)心偏離結(jié)構(gòu)剛心，形成空間非對稱結(jié)構(gòu)。對于這種雙向偏心結(jié)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)的縱向振動與橫向振動相互耦聯(lián)，應(yīng)該考慮結(jié)構(gòu)的空間扭轉(zhuǎn)性能，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震動雙向平動分量同

2、時輸入下的“水平變形-扭轉(zhuǎn)”耦聯(lián)振動分析，而不宜再按一般廠房那樣，沿結(jié)構(gòu)的縱向和橫向分別進(jìn)行單向地震動分量作用下的抗震分析。本文以已建成投產(chǎn)的單機容量600MW某火力發(fā)電廠主廠房為原型，選取含有汽機跨、除氧間及煤倉間3跨8榀框排架子空間模型進(jìn)行地震反應(yīng)分析，研究結(jié)構(gòu)在職向地震動輸入下的受力性能以及影響結(jié)構(gòu)平扭耦聯(lián)反應(yīng)的因索。
　　 1.利用ANSYS軟件的用戶可編輯特性(UPFs)進(jìn)行二次開發(fā)，修改構(gòu)件的混凝土彈塑性材料模型，建

3、立整體結(jié)構(gòu)的空間計算模型，在不同的水平雙向地震波輸入下，利用APDL語言對結(jié)構(gòu)進(jìn)行平扭耦聯(lián)的彈塑性時程分析，與結(jié)構(gòu)平面模型的時程分析結(jié)果進(jìn)行比較，探討整體結(jié)構(gòu)的空間性能。
　　 分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)平面模型及空間模型的模態(tài)分析，分析整體結(jié)構(gòu)的自振特性，為結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析提供參考。選取不同的地震波，沿整體結(jié)構(gòu)縱、橫方向同時輸入，研究結(jié)構(gòu)在整個時程范圍內(nèi)的最大位移，最大層間位移角，最大扭轉(zhuǎn)角，層間剪力及各地震響應(yīng)時程曲線，特別是結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)性

4、能。對比不同加速度強度下整體結(jié)構(gòu)在不同受力階段的地震響應(yīng)情況。根據(jù)所使用軟件的特點，利用屈服面模型法分析結(jié)構(gòu)的非線性性能，根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實際截面配筋，編寫計算程序，模擬結(jié)構(gòu)塑性鉸的發(fā)生和整體結(jié)構(gòu)的破壞過程，分析框架和排架的協(xié)同工作能力。針對工程計算中采用平面模型進(jìn)行抗震設(shè)計的情況，提出此結(jié)構(gòu)的空間作用調(diào)整系數(shù)。
　　 2.通過單向和雙向地震作用下的結(jié)構(gòu)彈性和彈塑性時程分析，對比單、雙向地震作用下的結(jié)構(gòu)空間反應(yīng)性能及扭轉(zhuǎn)特性，推導(dǎo)

5、結(jié)構(gòu)的最不利輸入方向計算公式。
　　 選取結(jié)構(gòu)在單向地震波作用下的最大地震響應(yīng)值，與雙向地震輸入下結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)進(jìn)行對比分析，指出此結(jié)構(gòu)應(yīng)予以重視的薄弱層部位，分析取向地震作用對結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)響應(yīng)的影響。單、雙向地震波分別沿結(jié)構(gòu)斜向輸入，找出每個輸入方向的地震效應(yīng)時程最大值，然后在不同輸入方向的時程最大值中再找出最大值。
　　 對比單、雙向地震作用效應(yīng)最大值，并將比例值進(jìn)行統(tǒng)計，對抗震規(guī)范中相應(yīng)的雙向地震效應(yīng)組合公式進(jìn)行系數(shù)修正

6、。分析結(jié)構(gòu)的最不利作用方向，初步了解到兩水平地震動分量間的相關(guān)性對結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響。
　　 3.分析空間框排架結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性，探討不同因素對結(jié)構(gòu)的影響，提出結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)控制措施。
　　 討論結(jié)構(gòu)在水平雙向地震作用下的扭轉(zhuǎn)變形指標(biāo)，分析框排架結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性，分別計算結(jié)構(gòu)各層結(jié)構(gòu)的靜力偏心矩、強度偏心矩、平扭頻率比等偏心指標(biāo)，討論影響多層偏心結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的各因素對框排架結(jié)構(gòu)的影響。針對框排架豎向布置不連續(xù)，局部樓層收進(jìn)的特點

7、，討論豎向不規(guī)則性對結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。通過結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性分析，提出針對框排架結(jié)構(gòu)特點的扭轉(zhuǎn)控制措施。
　　 4.建立雙向水平地震作用下空間框排架結(jié)構(gòu)的振型分解反應(yīng)譜法，選取不同振型組合方法計算結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，提出振型組合數(shù)目。
　　 利用振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)構(gòu)中震時的響應(yīng)問題，求解滿足計算精度要求的振型組合數(shù)目，討論采用不同振型組合方法計算結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的差別，以及高振型對結(jié)構(gòu)反應(yīng)的影響程度。針對抗震規(guī)范中對于振型組合

8、方法的規(guī)定，討論框排架結(jié)構(gòu)振型間的扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)效應(yīng)，提出適用于此結(jié)構(gòu)的振型組合方法。
　　 5.介紹結(jié)構(gòu)的空間模型擬動力試驗和偽靜力試驗，對比理論分析和試驗結(jié)論，為使用鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)的各個行業(yè)提供參考。
　　 以實際廠房結(jié)構(gòu)為原型，選取3跨3榀的鋼筋混凝土框排架子空間模型進(jìn)行擬動力試驗，重點研究在水平力作用下框排架結(jié)構(gòu)的整體變形能力及各層的層間變形大小，框排架結(jié)構(gòu)在不同受力階段的動力變化規(guī)律以及模型結(jié)構(gòu)裂縫開展過程、塑