主子耦合系统强震倒塌破坏机理与抗震设计方法研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
50908186
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
20.0万
负责人：
朱丽华
依托单位：
西安建筑科技大学
学科分类：
E0804.结构工程
结题年份：
2012
批准年份：
2009
项目状态：
已结题
起止时间：
2010-01-01 至2012-12-31

项目参与者：
郭昕；刘煦；赵更歧；张锋剑；刘超；牛帅；尹龙星；何靖华；李晨；
关键词：
动力计算模型破坏机理抗震主子耦合系统楼面功率谱

项目摘要

大量工业建筑中结构系统与设备系统存在复杂的动力相互作用，为此，有必要将结构和设备作为一个耦合系统来研究其动力效应。为了保证地震作用下结构系统与设备系统的安全可靠，本项目致力于研究强震作用下主子耦合系统的倒塌破坏机理以及抗震设计方法。主要研究内容包括：主子耦合系统的动力计算模型；结构系统与设备系统地震动输入功率谱模型；主子耦合系统线性和非线性地震反应分析；主子耦合系统物理模型拟动力试验与拟静力推覆试验；设备系统与结构系统的连接方式、设备计算模型及其破坏准则；主子耦合系统的破坏准则与破坏机制，耦合系统在地震作用下的性能水准和抗震性能目标；主子耦合系统倒塌过程模拟；通用有限元程序平台上进行主子耦合系统抗震设计的方法。本课题对于改善我国抗震规范关于二阶系统抗震设计理论及全面促进主子耦合系统理论在工程实践中的应用具有重要科研价值。

结项摘要

传统的抗震设计方法将设备系统简化为荷载，这不能准确反映结构与设备的动力相互作用，为此，有必要将结构系统与设备系统作为耦合系统来考虑。为了保证地震作用下结构系统与设备系统的安全可靠，本项目致力于研究强震作用下主子耦合系统的倒塌破坏机理以及抗震设计方法。进行的研究工作主要包括：.1. 对钢铁、火电、工矿等企业进行了系统深入的调研工作。通过这些实地调研工作，对工业设备的类型、工作机理、设备与结构的连接方式等有了深入认识，并为设备的建模提供了基础条件。.2. 对五个电厂八台中速磨煤机设备与基础的动力特性和振动物理量进行了现场测试，以分析基础与设备的共同作用。通过分析，对基础支承设备类耦合体系的动力相互作用和互动减振机理有了深刻的认识。.3. 建立了单自由度主子耦合系统的计算模型，模型中考虑了结构系统和二阶系统偏心引起的扭转效应，基于结构—设备耦合效应理论推导了在双向地震作用下的平扭耦联响应；将地震动假定为平稳随机过程，分析了耦合系统在随机地震作用下的地震响应。提出了二阶系统的功率谱输入机制，包括适用于小质量无调谐设备系统的双重过滤楼面谱，适用于大质量体系考虑主子系统耦合动力相互作用的楼面功率谱。.4. 进行了三个主子耦合系统的振动台试验，测试了结构与设备的地震响应时程，系统分析了结构与设备质量比和频率比对主子耦合系统地震响应和破坏过程的影响。通过振动台试验，对主子耦合系统的强震破坏机理有了深入认识。.5. 根据设备系统在地震作用下的震害现象，研究了设备系统的破坏模式和破坏准则；提出了主子耦合系统的性能水准和性能目标，分析了主子耦合系统的破坏准则。.6. 将研究成果成功的应用于实际工程，在火电厂直接空冷结构体系的抗震分析与弹簧隔振基础中速磨煤机振动分析中考虑了结构与设备的动力相互作用。采用SAP2000有限元程序，建立了同时包括主子系统及其连接的直接空冷结构体系空间有限元计算模型，并对耦合体系进行了抗震分析，得到了结构的整体反应以及构件的地震响应。采用ANSYS程序建立磨煤机与基础耦合的有限元模型，进行模态分析和谐响应分析。进而分析了隔振器数量、基础台板与磨煤机质量比对磨煤机振动的影响，探讨了中速磨煤机减振的措施。.本项目对于改善我国抗震规范关于二阶系统抗震设计理论及全面促进主子耦合系统理论在工程实践中的应用具有重要科研价值。