[00119763]大型空冷火电厂钢桁架-混凝土管柱混合结构抗震性能试验研究

钢桁架-钢筋混凝土管柱结构是随着节水型空冷技术的出现而产生的一类新型混合结构,在我国富煤缺水地区有广阔的应用前景。该类结构的质量和刚度沿竖向分布严重不均匀,工程界对该类结构的动力灾变行为认识不足,我国目前也没有与之相应的设计规范。本项目选取了典型的在役空冷结构,设计制作了大比例（1：8）单跨试验模型,开展了人力摇晃激励下的自由振动试验研究,开展了6组50gal - 800gal El-Centro波激励下的拟动力试验和6组6mm -50mm位移激励下的拟静力试验研究。为了验证试验结果和更好的掌握这类结构的抗震性能,在试验的基础上,利用有限元软件ANSYS对原型结构和试验结构开展了数值模拟计算分析。通过自由振动试验和抗震试验,研究了结构的初始模态性能和抗震反应特性。给出了结构的自振性能（自振频率、振型和阻尼比）。得到了地震作用下结构的地震剪力、加速度、变形、层间位移、顶部位移、竖向力等抗震反应。结构顶部侧移大约225 mm,最大层间位移大约为桁架层的4%。桁架悬挑端的最大竖向位移大约0.62mm,此处挠度大约为0.04%,根据相似比,原型结构的挠度将超过0.5%。结构能满足抗震设防要求,但应考虑结构抗扭问题和管柱的重力二阶效应,管柱节点和屋面支撑空冷设备的A形架下部是薄弱部位,管柱裂缝比实心柱大,裂缝主要在柱下部,应提高柱端箍筋加密高度,A形架对结构整体受力和模态影响很大,桁架悬挑部位挠度超过限值,地震作用下桁架悬挑部分杆件内力变化剧烈,应增大设计截面。通过原型结构和试验结构模态分析和非线性地震响应分析,并结合抗震试验结果,研究了结构的动力性状和地震作用下A型架顶部和桁架处位移、桁架悬挑端竖向挠度、悬挑端下弦杆内力、A型架下部小柱轴力等动力响应问题。分析表明,基于组合梁单元和合理计算参数的钢筋混凝土管柱模型,准确模拟了荷载-位移关系,较好的解决了ANSYS在进行结构分析时模拟钢筋混凝土管柱的难点。试验数据与计算结果吻合较好。前两阶振型接近,振型在A型架处有回收趋势,说明该处质量和刚度发生突变,结构第一阶振型为扭转,抗扭问题须重视;用组合梁单元模拟管柱,保证了地震响应计算中位移输出的准确性,计算最大位移和试验一致,但计算峰值滞后;地震作用下A型架整体弯矩使桁架悬挑杆件内力变化剧烈,桁架悬挑端挠度变化幅度增大,A型架底部最外侧小柱轴力增大。根据分析结果,提出了可供结构设计参考的建议。研究成果为空冷结构抗震设计和工程应用提供理论依据,具有重要的现实意义和应用价值。