冷卻塔考慮地基—基礎—上部結構相互作用的地震反應分析.pdf

1、隨著火電廠建設規(guī)模的擴大,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,對冷卻塔進行抗震設計方面的研究有著必要和現實的意義。地基、基礎、上部結構是一個統(tǒng)一的有機整體,三者相互聯(lián)系、相互影響。在傳統(tǒng)的抗震設計中,地震反應分析多采用剛性地基假定,計算模型僅考慮上部結構,地震動輸入采用自由場的地表地震動。當基礎剛度很大而上部結構剛度很小時,這種剛性地基假定是合理的,但當上部結構

2、剛度與基礎剛度比較接近時,這種假定對上部結構的反應將產生較大的誤差。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行抗震設計,而忽略相互作用的影響,就會和實際情況有較大的出入,對該類建筑物應重視地基-基礎-上部結構相互作用的影響。本文對土—結構動力相互作用問題的研究背景、歷史現狀、分析方法、存在問題進行了系統(tǒng)的總結。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—上部結構相互作用兩種情況下的有限元模型,分別進行了動力特性分析和不同地震動作用下的響應分析；對兩種模型動力特性和動力反應的結果進行了對比,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構動力反應的影響,本文的主要內容和結論如下：(1)對土—結構動力相互作用問題的研究現狀進行了評述；對動力分析的方法、土體與結構的本構關系、無限地基的近似方法等一系列問題進行了總結和歸納。(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行動力相互作用研究的材料本構關系。上部結構采用線彈性本構模型,下部群樁基礎引用了樁土等效復合體模型。應用ANSYS軟件分別建立了剛性地基情況下和考慮地基—基礎—上部結構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行了動力特性分析。兩種模型下冷卻塔結構的振型都表現出：局部振型密集、數量多且階數靠前,整體振型分散且靠后的特點；但考慮相互作用后,結構動力特性的變化

5、：結構頻率減小,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行地震反應分析,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??；加速度放大系數變化規(guī)律與位移的規(guī)律相同；并對不同地震動作用下結構的反應進行對比分析,體現了地震波頻譜特性不同對結果的影響。(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行地震反應分析,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；加速度放大系數變化規(guī)律與位移的規(guī)律相同；對不同地震動作用下結構的反應進行了對比分析；重點分析了剛性地基和相互作用情況下結構的地震反應差異,對結果的規(guī)律性作了總結和歸納,認為此類構筑物在地震作用下,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