振型分解反应谱法在锅炉钢架抗震计算中的应用

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1、振型分解反应谱法在锅炉钢架抗震计算中的应用刘树新（北京巴布科克•威尔科克斯有限公司，北京100043）摘要：锅炉钢架作为发电锅炉重要的承载结构，其抗震验算非常重要。本文就大型电站锅炉钢架如何采用振型分解反应谱法进行抗震计算给出了基本方法，分析了振型分解反应谱法的计算特点以及与底部剪力法的区别，并对应用振型分解反应谱法时应注意的相关问题做了论述。关键词：锅炉钢架；振型分解反应谱法；底部剪力法；抗震计算THEAPPLICATIONOFTHERESPONSESPECTRUMINBOILERSTEELSTRUCTURESSEISMICCALCULATIONLiuShuxin(Bab

2、cock&WilcoxBeijingCo．Ltd,Beijing100043,China)ABSTRACT:Boilersteelstructuresisimportantstructurestandingtheboilerloads,SoSeismicisveryimportant.ThisarticleintroducedTheapplicationoftheresponsespectruminboilersteelstructuresseismiccalculation.Analysisthecalculatecharacteristicofresponsespect

3、rumandthedifferencebetweenresponsespectrumandequivalentbaseshearmethod.Introducingtherequirementsandattentionsontheapplicationarepresented.KEYWORDS:Boilersteelstructure;Responsespectrum;equivalentbaseshearmethod;Seismiccalculation1、概述近几年来，随着国家工业化发展的不断提高，电力需求旺盛。同时为响应国家电力发展高效、节能的总体发展思路，国内各大锅

4、炉厂商纷纷将锅炉大型化、高参数化作为主要发展目标。而随着锅炉设备大型化的发展，锅炉设备的重量在不断增加，锅炉钢架的高度也由过去的60米左右，逐步提高至90米左右，个别炉型甚至达到了100米以上。因此，锅炉钢架作为发电锅炉重要的承载结构，也迎来了空前的挑战，特别是在高地震区，抗震计算的难度很大。根据规范要求，锅炉钢架的抗震计算一般情况下采用底部剪力法。当锅炉钢架高度较高时，宜采用振型分解反应谱法。底部剪力法是一种用静力学方法近似解决动力学问题的简易方法。其基本思想是将地震作用简化为一个惯性力系附加在研究对象上，能在有限程度上反映荷载的动力特性。一般用于地震加速度较小或动力相互

5、作用不突出的结构抗震设计。而振型分解反应谱方法是适用于大量工程抗震计算的方法，可以考虑多阶振型相互耦合作用，尤其是扭转振型的耦联，可以将各振型水平地震作用于结构上，求其结构内力并组合，从而得到地震作用下的结构内力和变形。相对于底部剪力法，运用振型分解反应谱法进行抗震计算，其精度更高、更能准确地反映钢架在地震作用下的内力和变形。本文就锅炉钢架在高度较高、抗震设防烈度较大时，如何采用振型分解反应谱法进行抗震计算给出了基本方法，并通过具体的数值比较，充分分析了振型分解反应谱法的计算特点，同时作者还结合工程实际，对应用该方法时需注意的相关问题一并做了论述。1、两种计算方法的基本原理

6、2.1底部剪力法底部剪力法是目前国内锅炉行业比较通用的一种抗震计算方法，主要是通过计算出结构的地震影响系数，来确定附加在结构上的地震力惯性力系，也就是地震水平作用力。锅炉钢结构的地震影响系数可根据地震烈度、场地类别、设计地震分组和结构自振周期以及阻尼比等确定。锅炉钢结构对应于不同阻尼比，地震影响系数α曲线的阻尼调整和形状参数均可根据规范给出的计算公式选取。根据计算公式可以计算出结构的地震影响系数α。结构总的水平地震作用FEK=αGeq，Geq为结构等效总重力荷载代表值。校核地震力作用时，可将该地震力施加于结构上，形成地震力惯性力系，从而得到结构的地震作用响应。2.2振型分解

7、反应谱法相比底部剪力法而言，振型分解反应谱法（也称为规范法）则更为复杂。它首先是将真实的结构模型转化为刚度矩阵模型。它需要考虑多阶振型相互耦合作用，尤其是扭转振型的耦联，按照扭转耦联振型分解法计算时，各层可取两个正交的水平位移和一个转角共三个自由度。首先计算出结构的自振振型，选取若干个振型分别计算各个振型的水平地震作用，再将各振型水平地震作用于结构上，求其结构内力，最后将各振型的内力进行组合，得到地震作用下的结构内力和变形。其基本原理就是用“规范”反应谱，先求得各振型对应的“最大”地震力，组合后得到结构的组合地震作