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

Steel truss and reinforced concrete tubular column structure belongs to a new type composite structure. It comes about at the appearance of water-efficient air cooled technology. It has wide application future in the area of China having rich coal and lacking water. This type structure stiffness and mass is highly non-uniform at vertical direction. There is a lack of understanding on this type structure dynamic catastrophe behavior in engineering field. There aren't any relevant codes for this type structure design in China until now. One typical air cooed structure on action service will be chosen in this project. One experimental model structure will be made by one eighth scale based on the chosen structure. The model free vibration experiment, pseudo-dynamic experiment under the action of horizontal repeated loading and pseudo static experiment under the action of low reversed cyclic displacement will be done. The structural dynamic behaviors, such as vibration mode, failure pattern, rigidity degeneration, hysteresis curve, ductility, deformation behavior and bearing capacity, will be studied. According to the experimental results, elastoplastic seismic response analysis on air cooled structure will be simulated with finite element analysis software ANSYS. Key technology problems on this type structure under the action of dynamic catastrophe will be studied. Catastrophe mechanism on this type structure under the action of strong earthquake will be revealed. Failure criterion, seismic design index and seismic fortification measure on this type structure will be put forward. The relevant parts of the current seismic code will be complemented and perfected. This study will be considered as theory basis in the process of air cooled structure seismic design and practice engineering application. This study possesses important reality meaning and application value.

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。本项目拟选取典型的在役空冷结构，按1/8缩尺比建立试验模型，开展自由振动试验、水平反复荷载作用下的拟动力试验和低周反复位移作用下的拟静力试验，研究该类结构的振动模态、破坏形态、刚度退化、滞回特性、延性、变形性能和承载能力等动力行为。在试验基础上拟利用ANSYS程序对空冷结构进行弹塑性地震响应模拟分析，系统研究该类结构在动力灾变作用下的关键技术问题，揭示该类结构在强震作用下的灾变机理，提出该类结构的地震破坏准则、抗震设计指标以及抗震构造措施，补充和完善我国抗震规范相关条文。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。

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