冷卻塔考慮地基—基礎(chǔ)—上部結(jié)構(gòu)相互作用的地震反應(yīng)分析.pdf

1、隨著火電廠建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大,高度高、直徑大的超大型冷卻塔在地震時的安全性要求越來越高,確保冷卻塔在地震作用下的可靠性運行成為一項重要的課題,對冷卻塔進(jìn)行抗震設(shè)計方面的研究有著必要和現(xiàn)實的意義。地基、基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)是一個統(tǒng)一的有機整體,三者相互聯(lián)系、相互影響。在傳統(tǒng)的抗震設(shè)計中,地震反應(yīng)分析多采用剛性地基假定,計算模型僅考慮上部結(jié)構(gòu),地震動輸入采用自由場的地表地震動。當(dāng)基礎(chǔ)剛度很大而上部結(jié)構(gòu)剛度很小時,這種剛性地基假定是合理的,但當(dāng)上部結(jié)構(gòu)

2、剛度與基礎(chǔ)剛度比較接近時,這種假定對上部結(jié)構(gòu)的反應(yīng)將產(chǎn)生較大的誤差。超大型冷卻塔重量巨大,體量龐大,若建造在軟土或深厚土層地基之上,再沿用剛性地基假定進(jìn)行抗震設(shè)計,而忽略相互作用的影響,就會和實際情況有較大的出入,對該類建筑物應(yīng)重視地基-基礎(chǔ)-上部結(jié)構(gòu)相互作用的影響。本文對土—結(jié)構(gòu)動力相互作用問題的研究背景、歷史現(xiàn)狀、分析方法、存在問題進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)。以實際工程項目—某火力發(fā)電廠超大型冷卻塔為研究背景,以大型通用有限元軟件ANSYS為

3、平臺,建立了剛性地基和考慮地基—基礎(chǔ)—上部結(jié)構(gòu)相互作用兩種情況下的有限元模型,分別進(jìn)行了動力特性分析和不同地震動作用下的響應(yīng)分析；對兩種模型動力特性和動力反應(yīng)的結(jié)果進(jìn)行了對比,探討了考慮相互作用后的影響；并針對相互作用模型,研究了近斷層地震動作用對結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)的影響,本文的主要內(nèi)容和結(jié)論如下：(1)對土—結(jié)構(gòu)動力相互作用問題的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了評述；對動力分析的方法、土體與結(jié)構(gòu)的本構(gòu)關(guān)系、無限地基的近似方法等一系列問題進(jìn)行了總結(jié)和歸納。(2

4、)針對本文的工程實例—某火電廠冷卻塔,選擇了適合于本文進(jìn)行動力相互作用研究的材料本構(gòu)關(guān)系。上部結(jié)構(gòu)采用線彈性本構(gòu)模型,下部群樁基礎(chǔ)引用了樁土等效復(fù)合體模型。應(yīng)用ANSYS軟件分別建立了剛性地基情況下和考慮地基—基礎(chǔ)—上部結(jié)構(gòu)相互作用的有限元模型。(3)分別對冷卻塔剛性地基模型和相互作用模型進(jìn)行了動力特性分析。兩種模型下冷卻塔結(jié)構(gòu)的振型都表現(xiàn)出：局部振型密集、數(shù)量多且階數(shù)靠前,整體振型分散且靠后的特點；但考慮相互作用后,結(jié)構(gòu)動力特性的變化

5、：結(jié)構(gòu)頻率減小,即自振周期延長,振型發(fā)生改變等,整體振型的階數(shù)較剛性地基模型大幅提前。(4)針對冷卻塔剛性地基模型,選取了兩條地震波,輸入一個水平方向的加速度地震動時程進(jìn)行地震反應(yīng)分析,得到了位移和加速度的變化規(guī)律：X支柱的水平最大位移沿高度逐漸增大,塔筒的水平最大位移沿高度逐漸減?。患铀俣确糯笙禂?shù)變化規(guī)律與位移的規(guī)律相同；并對不同地震動作用下結(jié)構(gòu)的反應(yīng)進(jìn)行對比分析,體現(xiàn)了地震波頻譜特性不同對結(jié)果的影響。(5)針對冷卻塔考慮相互作用模型

6、,選取同樣的兩條地震波,輸入一個水平方向的加速度地震動時程進(jìn)行地震反應(yīng)分析,得到了位移和加速度的變化規(guī)律：X支柱的水平最大位移沿高度逐漸增大,塔筒的水平最大位移沿高度逐漸增大；加速度放大系數(shù)變化規(guī)律與位移的規(guī)律相同；對不同地震動作用下結(jié)構(gòu)的反應(yīng)進(jìn)行了對比分析；重點分析了剛性地基和相互作用情況下結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)差異,對結(jié)果的規(guī)律性作了總結(jié)和歸納,認(rèn)為此類構(gòu)筑物在地震作用下,相互作用的影響不容忽略。(6)在近斷層地震動作用下,對冷卻塔相互作用