大容量机组锅炉构架在竖向地震作用下的抗震性能研究

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1、第1章绪论锅炉构架作为电站锅炉的重要支承部件，对于保证锅炉本体的正常、安全、可靠运行起着至关重要的作用。对锅炉的钢结构构架来说，在杆元、梁元业益完善的今天，把真实的受力体系按照其自身各个构件的几何参数及材料特性在计算机中建立全比例杆系模型是完全能够实现的。这种计算模型的最大优点是，在计算机等硬件资源允许的情况下，如果配有先进的计算程序，其计算精度将会非常高，完全能够满足工程计算的要求。但是，由于选用了不当的计算方法和比较落后的求解程序，现如今使得设计出来的锅炉钢构架很难满足即安全又经济的标准。1．3竖向地震作用研究现状长期以来，人们一直认为水平地震力是引起结构破坏的决定性因素

2、，竖向地震力等与之相比微不足道。现有抗震规范也基本都认为竖向地震动对结构物的影响一般小于水平地震动，甚至在很多情况下不考虑竖向地震动。解释这一情况一般有两种理由：第一：竖向地震动一般小于水平地震动。因大量地震记录都说明地面竖向加速度平均只有水平加速度的l／3～2／3左右。第二：结构物总要设计得能承受竖向荷载，再加上考虑了荷载系数和安全度，结构竖向有较大的安全储备能力，其有可能已经不小于同时考虑重力与竖向地震力，因此不必再考虑这一不大可能控制设计的情况。然而，在对近年来发生的多次破坏性地震调查资料进行分析研究后发现，传统观点与实际震害之间，存在着许多无法解决的矛盾。许多水平方向

3、抗震能力足够的建筑物，在地震中也发生了较严重的破坏甚至倒塌。自贡地震、阪神地震以无可争辩的事实证明：在浅源直下型地震中，就是一般性的建筑结构，也依然会受到竖向地震作用而引起严重破坏。而对震中不在城镇范围之内的非直下型地震，其震中区受到竖向地震作用的影响依然很大。因此，无论是否是直下型地震，凡是在地震震中区范围内的建筑物，只要地震烈度足够高，就有可能受到相当强度的竖向地震作用而遭到破坏，所以竖向地震作用的影响具有普遍性。据统计，最大竖向地震加速度与最大水平加速度的比值为1／3"-2／3。近年来已有达到或超过的地震记录。最突出的一个例子就是，1979年美国帝国山谷(Imperia

4、lValley)地震所获得的30个记录，a，／a^的平均值为0．779；靠近断层(距离约为lOhn)的n个记录，av／a^的平均值则达到了1．12；其中最大的一个记录，竖向峰值加速度a。更达到了1．7599，竖向和水平峰值加速度的比值高达2．4。1976北京工业大学工学硕士学位论文年原苏联格兹里地震，记录到的最大竖向加速度为1．3999，竖向和水平峰值加速度的比值为1．63。我国对1976年唐山地震的余震所取得的加速度记录，也曾测到竖向峰值加速度达到水平峰值加速度的数值。汶川大地震发生时四川什邡八角台所测到的竖向加速度是632．9cm／S2，水平加速度是548．9cm／sz，

5、竖向峰值加速度也超过了水平峰值加速度的数值。1957年钱培风教授首先提出竖向地震动是造成某些砖烟囱破坏的主要原因。1958年王光远教授对高耸结构在竖向地震动作用下的反应提出了一种数学模型和计算方法。1986年刘季教授对高耸结构、高层建筑的竖向地震反应和竖向地震反应谱以及关于竖向地震作用进行了分析研究。2000年Yousef等人分析了发生在1975年到1995年间44个地震的2800多个峰值加速度和33个地震动的1300多个反应谱，发现a。／a．Il的值与场地的卓越周期、场地土条件和震源距有很大的关系，与震级和断裂带类型的关系不明显，并认为规范规定a，／ah=2／3对于短周期场

6、地土是偏于不安全的，而对于长周期的情况则偏于保守，Alffedo等人在分析了NEHRP建议规范和墨西哥规范后也得出了类似的结论。1．4本文研究的主要内容《建筑抗震建筑规范(GB50011—2001)》中规定：8度和9度时的大跨度结构、长悬臂结构、烟囱和类似的高耸结构，9度时的高层建筑，应考虑竖向地震作用。本文所研究的锅炉构架位于9度地区，其高度近90米，而且锅炉构架中用于悬吊炉体的顶板大梁跨度较大，因此竖向地震力对锅炉构架的影响也较大。如前所述，水平地震力作用下锅炉构架的地震反应研究已取得了很多成果，而对此种结构在竖向地震作用下动力特性的研究却是空白。本文的工作是建立锅炉构架

7、的空间分析模型，分析其在竖向地震所用下的地震反应及其抗震性能。主要工作有以下几点：(1)计算模型的建立以东方锅炉集团600MW锅炉构架工程实例为依据，在此基础上进行简化，对简化的锅炉构架体系利用SAP2000按空间结构进行建模，建立出能够较好反映真实结构在地震作用下动力特性的空间结构模型。(2)自振特性分析通过SAP2000对锅炉构架模型进行模态分析，得到锅炉构架结构的一些竖向自振特性。(3)竖向地震作用下的弹性反应分析通过SAP2000对锅炉构架进行反应谱分析和动力时程分析，计算锅炉构架第1章绪论在不