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大型火力发电厂钢筋混凝土框排架结构抗震性能及设计方法研究

吴涛  
【摘要】: 国内外大量震害表明,结构在中等强度或强烈地震作用下,都会产生严重的破坏甚至倒塌,造成巨大的经济损失和人员伤害。大型火力发电厂是重要的生命线工程,应有较高的抗震能力,对该类结构的抗震性能进行研究具有重要的理论意义和实际价值。本文的主要目的是为各行业广泛应用的钢筋混凝土框排架结构提供实验依据、弄清楚框排架结构的抗震性能和破坏机理。 选取3跨3榀钢筋混凝土框排架子空间模型进行拟动力试验,这是国内首次对该类型结构体系进行的大型动力试验。在试验中主要研究了以下内容:在水平力作用下框排架结构的整体变形能力以及各层的层间变形的大小;框排架结构在不同阶段的动力变化规律;框排架柱的变形和承载能力;错层对结构性能的影响、模型结构裂缝开展过程及塑性铰形成的先后顺序、不同阶段该结构的刚度退化规律及滞回耗能特性等。在模态分析中,根据相似关系推导出配重不足情况下原型与模型结构的周期相似系数。并求出原型结构的前三阶周期。 针对该类框排架结构中通常存在异型节点的实际,在9(其中边节点4个、中节点5个)个1/5的伪静力试件试验研究及整体结构模型中该类节点破损特点的基础上,提出了异型中节点和边节点的破坏机理,针对异型中节点和边节点的受力特点给出了该类异型节点的抗剪承载力计算公式和节点区的加强构造措施。 在试验研究的基础上,对横向框排架、纵向框架—剪力墙结构的整体厂房进行平扭耦联的地震反应分析,研究了该类结构的动力特性、扭转对整体结构受力的影响、层间变形及扭转效应、框架与排架的内力分配、错层对该层各柱剪力分配的影响、相应的简化计算方法等相关内容供设计时参照。 采用空间杆系及壳元建立原型厂房的空间计算模型,采用截面离散法进行非线性有限元计算,重点了解该类整体结构在强烈地震作用下的反应、塑性阶段的扭转、强震下框排架的工作性能等内容,并提出针对该结构薄弱层确定的简化计算方法,得出许多有益的结论。 在试验和理论研究的基础上,提出框排架结构的设计原则和具体的设计方法,主要有以下内容:(1)考虑平扭耦联空间整体结构的振型分解法;(2)针对该类主厂房结构中应用高强混凝土的问题,提出应用高强混凝土的框排架柱的轴压比限值及相应的构造要求;(3)对异型节 西安建筑科技大学博士学位论文 点划分不同区域分别给出其构造要求。 综上所述,通过对该类框排架结构的试验及理论分析,研究了该体系的抗震性能提出了 针对该体系计算方法、设计方法及相应的构造措施。本文的研究可以为有关行业规程的制定提 供参考和基础性资料。


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