拉西瓦水电站750千伏出线楼弹性及弹塑性地震反应分析

摘要

生命线工程与人们生活密切相关，如供水、供电、交通、电讯、煤气等，是人类赖以生存的重要基础。在地震时，生命线工程的破坏会导致城市局部或全部瘫痪、引发次生灾害，因此，其抗震或抗灾能力的提高一直是生命线地震工程学科研究的重要课题。目前我国正处于地震多发时期，出线楼作为电力系统的重要生命线工程，对其抗震性能的研究具有重要的现实意义。
　　拉西瓦水电站750千伏户外出线楼是电站的控制性工程，是目前国内水电站中电压等级最高、空间结构最大的户外出线楼。出线楼的强度、变形分析及安全评估，已成为电厂抗震防灾的紧迫问题。本文以此出线楼为研究背景，建立有限元模型，对该出线楼结构进行了弹性静动力分析，得到了多遇地震下结构的内力以及变形结果，并采用弹性时程分析法作为补充计算;着重进行了结构在不同侧向力分布模式下的静力弹塑性Pushover分析，得到了结构在地震作用下塑性铰的位置及其发展性状，对结构的抗震性能进行评价，并与弹塑性时程分析的结果进行了比较。主要内容如下：
　　1.在查阅大量研究文献的基础上，简要介绍了工程结构抗震所采用的拟静力法、反应谱法、时程分析法以及静力弹塑性Pushover分析方法，重点介绍Pushover分析方法的基本原理、分析过程及实施要点等。
　　2.利用有限元软件ANSYS，采用梁单元、壳单元建立出线楼的空间计算模型，通过模态计算分析，研究结构的动力特性，分析结构的刚度、质量是否分布均匀；采用基于梁元、壳元理论的三维有限元分析方法，利用通用结构分析软件SAP2000建立模型，对结构进行动力特性分析，并与ANSYS软件计算结果比较验证。
　　3.对结构进行弹性反应谱分析，得出结构在地震作用下的位移、内力的分布规律，分析表明结构在多遇地震下的变形满足规范要求，并采用弹性时程分析方法作为补充计算。
　　4.用振型荷载分布和均匀加速度分布两种加载模式对结构进行静力弹塑性(Pushover)分析，研究其在地震作用下的破坏机理和破坏过程，得到了结构塑性铰发展的规律；求出了结构的性能点，并且验证了结构在多遇地震和罕遇地震下的层间位移变形是否满足规范要求；寻找出了结构的薄弱环节和薄弱部位。
　　5.采用SAP2000程序对结构进行罕遇地震作用下动力弹塑性分析，得到了底部剪力、顶点位移及顶点加速度的时间响应曲线，并将所得结果与Pushover分析结果进行比较，以验证各种加载模式的合理程度。

目录

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中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 本课题的研究背景及意义

1.2 地震动力分析方法

1.2.1 拟静力法

1.2.2 弹性体研究方法

1.2.3 弹塑性体研究方法

1.3 弹塑性分析的必要性及其研究现状

1.3.1 弹塑性分析的意义

1.3.2 静力弹塑性(Pushover)分析方法的研究现状

1.3.3 动力弹塑性分析方法的研究现状

1.4 主要研究工作及内容

2 振型分解反应谱法的基本理论

2.1 动力特性简述

2.1.1 动力特性简述

2.1.2 动力特性分析的意义

2.2 模态分析的理论基础

2.3 模态分析的有限元方法

2.4 振型分解反应谱法

2.5 本章小结

3 静力弹塑性(Pushover)分析方法的基本理论

3.1 基于性能抗震设计理论的提出

3.2 Pushover分析方法的基本原理和基本假定

3.2.1 概述

3.2.2 基本原理

3.2.3 基本假定

3.2.4 等效单自由度(SDOF)体系的转换

3.3 Pushover分析方法的计算模型

3.3.1 结构计算模型

3.3.2 单元分析模型

3.3.3 恢复力分析模型

3.4 目标位移的确定

3.4.1 能力谱法

3.4.2 位移影响系数法

3.5 加载模式

3.6 计算Pushover曲线

3.7 本章小结

4 工程概况及分析模型的建立

4.1 工程概况

4.2 出线楼布置

4.3 材料参数

4.3.1 混凝土

4.3.2 钢筋

4.4 设计地震参数

4.5 荷载说明

4.6 计算分析模型的建立

4.6.1 ANSYS计算模型的建立

4.6.2 SAP2000计算模型的建立

4.7 本章小结

5 结构在多遇地震下的振型分解反应谱分析

5.1 结构动力特性分析

5.1.1 官厅出线楼(高)动力特性

5.1.2 西宁出线楼(低)动力特性

5.2 地震反应谱分析

5.2.1 分析方法简介

5.2.2 设计反应谱

5.2.3 结构的变形分析

5.2.4 结构的内力分析

5.3 本章小结

6 结构在多遇地震下的弹性时程分析

6.1 弹性时程分析

6.1.1 基本原理

6.1.2 地震波的选用

6.1.3 阻尼取值

6.2 时程分析结果

6.3 本章小结

7 结构在罕遇地震下的静力弹塑性分析

7.1 基于SAP2000软件的Pushover分析方法

7.1.1 Pushover分析的实施步骤

7.1.2 非线性铰的定义和指定

7.1.3 侧向加载模式及分析工况

7.1.4 荷载施加控制

7.1.5 SAP2000中反应谱与中国规范反应谱参数转换

7.1.6 结构性能评价

7.2 出线楼结构的Pushover分析

7.2.1 Pushover分析结果

7.2.2 出线楼结构的抗震性能评价

7.3 本章小结

8 结构在罕遇地震下的动力弹塑性分析

8.1 动力弹塑性分析方法

8.1.1 基本假定

8.1.2 计算步骤

8.2 动力弹塑性计算结果分析

8.2.1 地震波的输入

8.2.2 计算结果分析

8.3 本章小结

9 结论与展望

9.1 本文的研究成果及结论

9.2 展望

致谢

参考文献

附录