限位对框架式高塔抗震性能的影响.pdf

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1、第53卷第4期化　工　设　备　与　管　道Vol.53No.42016年8月PROCESSEQUIPMENT&PIPINGAug.2016·单元设备·限位对框架式高塔抗震性能的影响姜颜宁，何国富，耿志光（中石化上海工程有限公司，上海200120）摘要：基于ABAQUS有限元分析软件，建立了大长径比框架式高塔的非线性有限元模型，研究了地震作用下采用限位设计的框架式高塔结构体系的受力特点，重点分析了框架与塔体之间限位值的变化对结构体系抗震性能的影响。结果表明：在地震作用下，随着限位支架处限位值的增大，塔顶的最大位移和框

2、架塔的最大底部剪力并未单调同步增大，其中塔顶的最大位移表现为先减小后增大、框架塔的最大底部剪力表现为增大-平稳-再增大的现象；此外，由于限位支架限位的存在，在框架与塔体碰撞的瞬间，限位处的塔体出现应力瞬间急剧放大-回落-再放大的不断反复。因此，限位值的大小和变化对框架式高塔的抗震性能具有显著的影响，设计时应充分考虑这一影响并合理确定最优限位值。关键词：框架式高塔；限位；有限元；地震响应中图分类号：TQ050.2；TH123文献标识码：A文章编号：1009-3281（2016）04-0027-006框架式高塔是一种

3、通过限位支架将框架和大长特性存在本质的区别，目前已有的关于框架式高塔的径比高塔建立联系从而共同协调受力的结构体系。在研究尚未能反映限位值变化对框架式高塔动力特性，[5]较大水平力作用下，塔体变形较大，当塔体与框架特别是抗震性能的影响。在限位支架位置的位移差达到某一特定值（限位值）本文以某实际工程C5装置中的间戊二烯塔为原时，作用在塔体上的水平荷载由原来小变形时塔体独型，基于大型商业有限元软件ABAQUS，建立了框立承担，改由塔体和框架共同承担。该结构体系降架式高塔的非线性有限元模型，研究了地震作用下框低了塔体及裙

4、座所承受的载荷，可以节省塔体材料、架式高塔结构体系的受力特点，重点分析了框架与塔降低造价，使塔顶位移大幅减小，有利于工艺介质的体之间限位支架的限位值变化对结构体系抗震性能平稳操作。的影响。然而，目前对框架式高塔缺乏系统的工程研究，[1~4]国内外均没有相关的设计标准，且已有的相关研究均存在以下问题：将钢结构框架与高塔在受力过程中保持连接点处协同耦合作为基本前提，即假定钢结构框架与塔采用完全耦合连接，将二者看作一个整体的组合结构体系进行分析。在实际工程中，由于工艺和设备等上游专业的需要，应保证塔体能够在垂直方向上自

5、由伸缩，且能够在径向不受约束的膨胀和收缩，目前工程上通常做法见图1，设置有一定限位值（即图1限位支架示意图预先给定的间隙值）的限位支架用于控制塔体的水平Fig.1Constitutiverelationshipoftheconnector位移，而不对塔体的垂直向变形和径向伸缩产生影响，然而该限位值的存在使框架式高塔成为一种多体收稿日期：2015-12-21基金项目：中石化上海工程有限公司技术开发项目[Y(2014)BS-01]。系非线性结构，其受力性能与作为整体连接耦合的组作者简介：姜颜宁（1985—），男，山东

6、省平度市人，工程师。主合结构存在很大的不同，特别是两种结构体系的动力要从事石油化工土建结构和地基基础设计。·28·化　工　设　备　与　管　道第53卷第4期1有限元模型1.1框架式高塔模型框架式高塔有限元模型如图2所示，模型和荷[5]载参数见文献。限位支架共布置三层，分别在框架顶层52.75m（A平面）以及39.65m（B平面）和25.55m（C平面）三个标高处（塔壁厚变化位置）。图3连杆单元模型Fig.3Constitutiverelationshipoftheconnector共同支撑，以减小塔体变形。限位的大

7、小对塔体设计的经济性至关重要。但由于框架本身同样存在一个水平变形的问题，同样影响框架设计的经济性，因此，确定合理的限位值是框架塔结构的一个重要参数。静力分析表明，目前多数大长径比石化高塔与框架形成组合框架塔结构时，较为经济合理的限位值一般在50~200mm之间，本文主要考察这一限位值的变化对框架塔的抗震性能影响，不涉及静力分析下图2有限元模型的最佳限位值与塔体-框架的经济合理性问题。不Fig.2FEMmodel失一般性，分别取限位值Δ=0mm、50mm、100mm1.2限位虚连接模型和150mm时的4种状态，分析

8、限位值对框架式高塔塔体和框架之间的限位值（间隙）在变形过程抗震性能的影响，其中Δ=0时即框架与塔退化为完中是不断变化的，间隙变化的模拟采用了虚连接模全耦合连接结构。分析主要包括：塔顶位移、连杆的型。由于塔体与框架的地震响应不同，当二者在限位接触力、限位支架处塔体的应力、塔体及框架各自的支架处的水平位移差超过限位支架的限位值时即发底部剪力和总的底部剪力。生接触，接触中只传递