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大跨度输煤栈桥结构抗震性能分析

作　者: 李正坤
导　师: 李晓文
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 结构工程
关键词: 大跨结构输煤栈桥时程分析行波效应抗震性能
分类号: U442.55
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

电厂结构属于生命线工程,输煤栈桥是火电厂重要的组成部分,连接着转运站和主厂房,起着燃料补给通道的重要作用,应具有良好的抗震性能。由于电厂工艺的限制,栈桥结构跨度不断增加,结构质量、刚度沿竖向分布不均匀,结构薄弱环节较多,抗震防线少、安全储备低,目前对40m以上跨度栈桥结构的抗震性能研究较少。为此,有必要深入掌握大跨度输煤栈桥结构抗震性能,为避免结构在地震作用下严重破环,保证地震过后电力设施的正常运转,进行该类结构的抗震性能研究并指导工程设计具有重要的实用意义。本文对具有代表性的4×40m、3×50m和3×60m跨度栈桥建立有限元模型,采用振型分解反应谱法与动力时程法分析结构在高烈度区水平地震作用下,竖向地震作用下的位移、基底反力和主要构件的内力,并对比不同跨度、不同分析方法得到的结果,总结反应谱法与动力时程法分析大跨栈桥结构时的优缺点。由于大跨度长距离栈桥展布尺寸大,忽略地震动行波效应对其产生的影响可能导致结构偏于不安全。对10×60m跨度栈桥进行了一致激励和行波激励结构响应的对比分析。(1)对电力设计单位、使用单位进行调研,广泛收集整理国内外相关文献资料。了解大跨输煤栈桥的结构形式及其特点,分析各种输煤栈桥结构体系的特点和优缺点,了解已有栈桥结构设计程序以及使用过程中存在的问题。(2)介绍输煤栈桥构件设计方法,并建立4×40m、3×50m和3×60m跨度栈桥结构有限元模型,首先利用子空间迭代法对结构进行动力特性分析,其次采用反应谱法对结构进行三个方向地震作用分析。得到结构振型、周期、控制点位移、主要构件内力值和基底反力等。分析结果表明采用反应谱法计算结构竖向地震作用反应偏小,建议对大跨度栈桥采用时程分析法进行竖向地震作用补充计算。(3)对4×40m、3×50m和3×60m跨度栈桥进行动力弹性时程分析,得到结构位移、主要构件受力特点和基底反力等。结果表明采用时程分析时大跨度栈桥竖向地震作用得到的基底反力和主要构件内力值与规范建议值比较接近,结构作用效应可采用规范建议值或时程分析值。(4)对3×60m跨度栈桥进行8度罕遇地震作用下的动力弹塑性时程分析。得到结构在大震作用下的受力性能和变形能力。非线性有限元分析结果表明栈桥框架柱、框架梁和桁架上下弦杆均不同程度的进入到塑性状态,结构的薄弱部位为框架柱。(5)建立10×60m跨度栈桥有限元模型,地震动输入采用行波效应输入与一致激励输入两种情况,同时行波效应考虑视波速的变化。对比了两种情况下结构位移和主要杆件内力的变化规律,并与一致激励下时程分析结果进行对比。结果表明一致激励作用下结构响应大于行波激励。根据全文研究内容,结合国内外工程实践和我国的实际情况,提出该类结构合理的抗震计算方法,供设计人员参考使用。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
1 概述  10-19
  1.1 课题研究背景  10-11
  1.2 国内已有栈桥结构调查研究  11-16
    1.2.1 栈桥结构特点与发展过程  11-12
    1.2.2 栈桥结构组成及受力特点  12-16
  1.3 输煤栈桥结构震害调查总结  16-17
  1.4 研究内容与路线  17-19
    1.4.1 研究的主要内容  17-18
    1.4.2 研究采用的基本路线  18-19
2 钢桁架-格构式混凝土柱栈桥结构反应谱分析  19-49
  2.1 栈桥结构设计计算方法  19-24
    2.1.1 桁架杆件的计算长度  19-22
    2.1.2 桁架杆件设计  22-23
    2.1.3 混凝土柱的设计  23-24
  2.2 大跨度栈桥有限元模型建立  24-27
    2.2.1 栈桥结构概况  24-25
    2.2.2 建模参数  25-27
  2.3 大跨度栈桥结构动力特性分析  27-29
  2.4 单向地震作用下不同跨度栈桥结构响应分析  29-40
    2.4.1 纵向地震作用下不同跨度栈桥结构响应分析  30-35
    2.4.2 横向地震作用下不同跨度栈桥结构响应分析  35-40
  2.5 竖向地震作用下不同跨度栈桥结构响应分析  40-44
  2.6 双向水平地震作用下不同跨度栈桥结构响应分析  44-47
  2.7 本章小结  47-49
3 钢桁架-格构式混凝土柱栈桥结构时程分析  49-71
  3.1 地震作用下结构动力时程分析基本理论  49-51
  3.2 栈桥结构动力弹性时程分析  51-61
    3.2.1 地震波的选取  51-52
    3.2.2 纵向地震作用下栈桥结构动力弹性时程分析  52-56
    3.2.3 横向地震作用下栈桥结构动力弹性时程分析  56-58
    3.2.4 竖向地震作用下栈桥结构动力弹性时程分析  58-61
  3.3 栈桥结构动力弹性时程分析结果与反应谱分析结果对比  61-63
    3.3.1 水平地震作用对比分析  61-62
    3.3.2 竖向地震作用对比分析  62-63
    3.3.3 柱顶水平位移对比分析  63
  3.4 栈桥结构在罕遇地震作用下的动力弹塑性时程分析  63-69
    3.4.1 栈桥结构动力弹塑性分析基本理论及有限元模型建立  64-67
    3.4.2 栈桥弹塑性时程分析  67-69
  3.5 本章小结及建议  69-71
4 大跨度长距离栈桥考虑地震动行波效应分析  71-79
  4.1 栈桥行波效应分析意义  71-72
  4.2 行波效应实现方法  72-73
  4.3 工程分析背景与有限元模型建立  73-74
  4.4 结构动力特性计算  74-75
  4.5 一致激励与行波激励结构反应分析  75-78
    4.5.1 一致激励作用下结构反应分析  75-76
    4.5.2 行波激励作用下结构反应分析  76-78
  4.6 计算结果对比分析与结论  78-79
5 主要结论及建议  79-82
  5.1 主要结论及建议  79-81
  5.2 需进一步研究的问题  81-82
致谢  82-83
参考文献  83-87
附录  87

大跨度输煤栈桥结构抗震性能分析

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