论文部分内容阅读
作为空冷凝汽器设备的主要支撑，空冷支架结构的抗震安全性关系到整个火电厂的正常运行。为满足高烈度地区百万千瓦大容量机组火电厂对空冷支架结构的使用要求，本文研究提出钢桁架+伞撑新型空冷支架结构体系，通过模型结构拟动力试验、拟静力试验，以及弹塑性时程分析对该类新型结构体系进行抗震性能研究，并建立了性能化抗震设计方法。所完成的主要工作如下：（1）通过调研分析，系统总结现有主要空冷支架结构形式钢框架+支撑结构、钢筋混凝土框架结构、实腹梁+伞撑结构与钢桁架+钢筋混凝土管柱结构的优缺点，综合考虑结构的抗震性能、振动性能以及经济性能，创新性地提出在钢桁架与钢筋混凝土管柱之间设置伞撑进行体系优化，提出钢桁架+伞撑新型空冷支架结构体系。（2）建立钢桁架+伞撑新型空冷支架结构的SAP2000有限元模型，进行结构在竖向荷载与风荷载下的基本受力性能分析、反应谱理论分析、弹性地震反应时程分析以及扭转性能研究，获得结构的基本受力性能特点、地震作用分布特点以及多维地震作用下的内力分布规律，提出该类结构体系考虑扭转效应的地震作用计算方法。并通过对比传统钢桁架+钢筋混凝土管柱空冷支架结构的受力性能，分析设置斜撑在减小钢桁架平台端部挠度与水平侧移方面的有效性。（3）选取原型结构的1/4单元，按照1/8缩尺比设计制作钢桁架+伞撑空冷支架模型结构。设计合理的加载与量测方案，进行动力特性测试、拟动力试验与拟静力试验研究，获得结构的周期、振型、阻尼等动力特性参数，观测分析模型结构的裂缝开展过程与破坏特点，获得不同峰值加速度地震动作用下的结构反应时程曲线、关键部位的应变量测结果、滞回曲线与骨架曲线。研究钢桁架+伞撑空冷支架结构体系的周期变化规律、阻尼变化规律、动力放大系数变化规律、刚度退化规律、滞回耗能能力、延性性能、承载力及整体变形能力等，分析钢筋混凝土管柱、A型架、钢桁架以及牛腿等典型构件的受力行为。通过对比传统钢桁架+钢筋混凝土管柱空冷支架结构模型试验研究结果，研究伞撑对结构的破坏模式、刚度特性、变形性能以及承载能力的影响。（4）通过与试验结果进行比较分析，研究提出适用于此类钢-混凝土竖向混合结构计算分析时的简化原则与建模方法，采用ABAQUS有限元程序建立钢桁架+伞撑空冷支架模型结构的弹塑性分析模型，计算结构在不同强度地震动作用下的基底剪力时程曲线、位移反应时程曲线、位移包络曲线以及钢筋混凝土管柱的损伤破坏形态。结合模型结构抗震试验进一步研究钢桁架+伞撑空冷支架结构体系的抗震性能。（5）建立考虑设备使用安全性的空冷支架结构抗震设计方法。首先提出空冷支架结构体系的结构及构件选型原则；然后，考虑工艺设备的使用安全性，提出空冷系统的性能水准、性能目标及其确定原则；其次，基于试验与理论分析结果给出基于侧移角限值的性能水准量化取值建议；最后，提出适用于不同延性需求钢筋混凝土管柱的构造要求，钢桁架与管柱连接部位、伞撑与管柱牛腿连接部位的抗震构造措施。本文的研究立足于解决现有空冷支架结构体系在实际工程中所遇到的主要技术问题，研究提出受力性能优越的钢桁架+伞撑新型空冷支架结构体系，满足了大容量机组空冷支架结构在高烈度区的抗震需求，对推广应用直接空冷技术具有重要的促进作用。