考虑不同固定条件的核电设备多维地震响应振动台试验研究

在核电站中:核电设备通过不同的固定条件与结构相连,地震作用时设备与结构动力相互作用复杂,为分析核电设备多维地震响应并鉴定其抗震性能,进行了考虑不同固定条件的核电设备多维地震响应振动台试验研究。振动台试验进行了5次运行基准地震和1次安全停堆地震的动力时程激振,以及试验首末2次动力特性测试。试验结果表明:不同固定条件会影响核电设备多维地震响应的加速度峰值、反应谱特性和动力放大系数,与设备直接固定于振动台相比,将核电设备悬挂固定于剪力墙再与振动台连接的固定条件,改变了设备反应谱特性,且放大了响应的加速度峰值,具有显著的动力放大效应,使核电设备多维地震响应更为强烈。因此,对此类固定条件的核电设备,在产品设计及安装固定时要充分考虑动力放大效应,以提高设备的抗震韧性。抗震试验前后,核电设备功能运行正常,结构完整性好,抗震性能满足要求。     

复合外套型特高压交流CVT抗震与减震试验研究

为研究复合外套型电气设备的抗震性能与安装减震装置后的减震效果,对其进行特高压交流CVT地震模拟振动台试验研究,分析设备的动力特性与地震响应。白噪声试验结果表明试验设备安装减震器后其结构第一阶频率由1.07Hz略降低至1.04Hz,即减震装置对结构的整体刚度影响较小;人工波试验中原结构在地震动峰值加速度0.2g(PAG=0.2g)抗震试验中设备最大应力与位移响应为46.33 MPa与349.12mm,减震结构在PAG=0.5g抗震试验中,设备最大应力与位移响应为27.64 MPa与330.06mm,设备安装减震装置后抗震性能得到显著提升。试验研究结果可为复合材料电气设备抗震性能研究与减震装置应用提供参数数据。     

轨道交通地下结构抗震设计相关反应加速度法分析

通过梳理轨道交通地下结构抗震设计流程,明确抗震设计方法选择的原则和依据。在阐明反应加速度法基本原理基础上,引出土层地震反应分析的一维等效线性化法,并对影响土层地震反应计算结果关键参数进行讨论。针对一维土层地震反应得到的加速度时程提出合理拟合抛物线型二阶基线方程,可以消除加速度时程长周期随机分量引起的漂移问题,经自然积分可以得到消除基线漂移的位移时程;同时阐明数值分析软件Origin Pro有效解决积分得到位移时程的基线漂移问题并得到合理位移分布的途径和方法。以北京地铁3号线体育中心站为例,详细说明反应加速度法相关各个技术环节实现的方法和结果,并指出反应加速度法或位移法所依据的土层地震反应分析和位移时程的确定具有较强专业性,应做专项咨询分析工作;只有一维土层地震反应分析获得的加速度反应谱及时程客观合理,有限元计算所需相应地震动水平的等效剪切模量才可信;积分得到的位移时程需要有效消除基线漂移影响。只有上述相关结果真实客观可信,有限元计算结果才能模拟真实的土层-地下结构地震反应。     

用于地下结构地震反应分析的改进反应加速度法

为考虑结构的存在对反应加速度法中地震输入荷载的影响,基于《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB 50909—2014）中的反应加速度法,提出将土-结构模型转换为自由场模型的等效方式进行地震反应分析。采用等效自由场进行地震输入荷载计算,近似地考虑了结构的存在对地震输入荷载的影响,以期提高反应加速度法的计算精度。使用有限元软件ABAQUS,采用改进前后反应加速度法对日本大开车站不同工况下的地震反应进行计算。研究结果表明,采用等效自由场计算的地震输入荷载有效提高了反应加速度法的计算精度。在验证等效方式有效性的基础上,分析等效模型宽度的选取对反应加速度法计算结果的影响,建议等效模型边界至结构侧边的距离取为1～3倍结构宽度。     

加装减震装置的特高压复合材料支柱绝缘子振动台试验研究

为研究复合材料电气设备抗震性能与减震技术应用效果,对特高压复合支柱材料绝缘子进行了抗震与减震地震模拟振动台试验,研究了设备动力特性和地震响应。白噪声试验结果表明:该复合材料支柱绝缘子在安装减震器后第1阶频率由1.11 Hz降低到1.04 Hz,表明减震器对设备结构的整体刚度影响较小。3种地震波试验结果表明:设备地震响应与地震动峰值加速度在抗震试验中呈线性变化关系,但在减震试验的应力响应中呈非线性变化关系;设备安装减震器后,试验地震动峰值加速度越大,减震效率越高,最高达到了66.32%;而位移减震率与地震动峰值加速度无明显规律,最大位移减震率为49.36%。试验研究结果表明:试验设备安装减震器后抗震性能得到显著提升,为复合材料电气设备抗震性能研究与减震技术应用提供了参考依据。     

电流互感器抗震性能及减震振动台试验

瓷柱型电气设备是电力系统的重要组成部分,其抗震能力较差,在历次强震中破坏严重。根据地震中电流互感器的实际破坏情况,选用了2个不同型号的电流互感器,进行了地震模拟振动台试验,试验中测试了瓷柱型电气设备在不同地震动作用下的加速度、位移及应变响应,分析了该类设备的动力特性及抗震性能。基于调谐质量阻尼器原理设计了减震装置并进行了振动台试验。结果表明:地震作用时瓷柱型电气设备反应放大明显,抗震能力较差,绝缘子根部属于该类设备的薄弱环节,220kV电流互感器在峰值0.5g的正弦拍振作用时绝缘子根部拉裂和漏油。减震装置有效,可以降低瓷柱型电气设备的动力响应。     

GIS高压电气设备抗震性能试验研究

气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)是高压配电装置常见型式,以GIS高压开关设备为研究对象,基于拟合标准反应谱的人工地震动合成理论,生成符合高压电气设备抗震试验要求的人工地震波。同时以实震记录El-centro地震波作为试验配合波形,进行了GIS高压开关设备原型结构的模拟地震振动台试验,研究其抗震性能,寻找设备抗震薄弱点,为高压电气设备的抗震设计提供依据。试验表明:GIS高压电气设备具有较好的抗震性能,在0.4g地震激励下该设备的抗震性能能够满足规范要求,但其套管处加速度综合放大系数及位移值均大于设备主体,为该电气设备的薄弱点,设计时应在套管处采取必要的加强措施提高其抗震能力,防止在地震激励下高压电气产生破坏。     

软导线互连电气设备回路抗震试验研究

复合材料电气设备由于其材料质轻高强、绝缘性能好的特点,在电网工程中得到了推广应用。为研究特高压复合材料电气设备在软导线连接回路中的抗震性能,采用地震模拟振动台试验,研究5种不同软导线冗余长度的回路系统,在不同地震波波形、加速度峰值和激振力方向影响下设备的加速度和应力变化趋势。试验结果表明:互连回路中在导线连接方向上,刚度大的设备频率降低、刚度小的设备频率增大;地震作用下回路中两设备最大应力均出现在底部绝缘子根部,应力响应基本与加速度峰值呈线性变化关系,竖向地震组合的地震影响系数可按1.40考虑;回路导线冗余长度变化,对小震中设备地震响应影响较大。试验得到的软导线连接回路在地震作用下的响应规律,可为变电站或换流站回路系统抗震设计提供借鉴和参考。     

基于振动台试验的移动通信节点机房蓄电池组地震易损性分析

关键移动通信设备的地震易损性是城市移动通信系统地震灾害预测的基础。本文以移动通信系统节点机房中常用的蓄电池组作为研究对象,通过振动台试验来研究蓄电池组的抗震性能,并获得其地震易损性。试验过程中,首先采用FEMA P695建议的方法从美国PEER强震数据库中遴选出对蓄电池组较为危险的地震动记录作为试验激励,随后逐步增大各条地震动记录的幅值,基于振动台进行增量动力分析。试验后根据蓄电池组的地震损伤特征,定义了其损伤指标和损伤水平,并基于振动台试验数据分析获得了典型蓄电池组的地震易损性曲线。     

地下结构抗震简化分析方法比较研究

地下结构抗震是当今地震工程领域重要的研究方向之一。迄今,国内外学者在地下结构抗震分析中提出了解析方法、数值分析方法和简化分析方法等多种理论。本文系统介绍了目前国内外常见的地下结构抗震简化分析方法,包括地震系数法、自由场变形法、柔度系数法、反应位移法、反应加速度法和地下结构Pushover分析方法。针对各分析方法的计算模型、关键参数、优缺点以及存在的问题进行了较为系统的评述,采用这些方法计算了日本阪神地震中损毁的大开地铁车站地震反应,并与严格的动力时程分析方法结果进行了比较,分析了各种方法的计算精度,可为进一步发展和完善现有的地下结构抗震简化分析方法提供参考。     

榕江大桥主桥振动台试验研究

榕江大桥是一座柔梁矮塔斜拉桥,为研究其纵向合理抗震体系和减震措施,设计了1∶20缩尺试验模型,并开展了四台阵振动台试验。通过改变塔-梁的连接方式,建立了无约束体系和粘滞阻尼器体系的试验模型,并分别测试不同地震激励下的地震反应。试验结果表明:与无约束体系相比,粘滞阻尼器体系不能减小结构的纵向加速度反应,但能够有效减小纵向位移反应,且随着动峰值加速度的增加,位移控制的效果更明显;在具有相同动峰值加速度的不同地震波激励下,结构的地震响应存在差异,甚至相差较大,应选取与工程场地频谱特征值相符的地震波进行桥梁抗震设计。     

场地脉动卓越周期在工程抗震中的应用

根据工程项目场地地震安全性评价工作中所进行的场进脉动卓越周期试和剪切波速测试结果,以及地震反应分析计算结果的研究分析,根据现行工程抗震设计规范,将场地脉动卓越周期作为工程抗震中场地土类型,场地类别划分的参考标准,以及与工程场地震反应分析计算结果回归分析,结合场地地震危险性概率分析,估算场地地震动峰值加速度,应用于工程抗震设计中。     

近断层地震下楼层竖向加速度影响因素分析

现阶段基于性能的抗震设计思想不仅关注结构自身体系的安全,而且保护非结构构件在地震作用下使用功能完好。对于工业建筑结构,生产设备在地震作用下受损会影响震后功能恢复。加速度敏感型非结构构件一般采用楼层加速度指标来量化其地震损伤程度。以三个不同高度的钢抗弯框架规则结构体系为研究对象,采用与竖向目标谱匹配的近断层非脉冲和脉冲地震动作为竖向地震输入,考察不同质量不规则程度下,楼层竖向绝对加速度随建筑高度的变化趋势,并从反应谱角度分析不规则质量分布对楼层加速度响应的影响。结果表明:4层结构在非脉冲地震作用下楼层顶层处竖向绝对加速度是地面竖向峰值加速度的5倍之多,某一层质量的突变会引起该层及其他楼层竖向绝对加速度的明显变化。另外,对现有计算楼层竖向加速度响应的经验公式进行验证,发现美国ASCE 7-16规范的估计结果偏于保守。     

地下结构地震反应分析拟静力法与动力非线性时程法的比较

以典型的两层三跨地铁地下车站结构为研究对象,采用基于自由场位移场频域等效线性分析结果的反应位移法和反应加速度法分析地下结构的地震弯矩,并与基于ABAQUS软件的地下结构地震反应非线性时程分析的计算结果进行了比较,对比了不同地震动强度、结构刚度及顶板埋深对地下结构地震弯矩的影响。结果表明:输入地震动强度越大,拟静力法与动力非线性时程法计算结果之间的差异越大;地下结构刚度越大,两者之间的差异也越大;中等强度的地震动作用时,相对于动力非线性时程法的计算结果,浅埋结构的拟静力法结果偏大,深埋结构的拟静力法计算结果偏小;反应位移法和反应加速度法的计算结果差异很小。该研究结果对地下结构抗震设计方法的比选具有一定的指导意义。     

工程结构地震反应与地震动输入关系研究

工程结构地震动输入是结构抗震设计研究中的重要问题,输入的合理与否直接影响着结构抗震能力。本文以框架结构为分析对象,将结构振动周期作为结构动力参数,地震记录加速度反应谱的特征周期作为地震动特征参数,通过计算对比发现:场地条件相同、峰值加速度相同、震中距相近的情况下,反应谱特征周期与结构基本周期接近的地震记录会让结构产生较大的地震反应。     

高层房屋建筑深基坑支护承压结构局部抗震性试验分析

为了研究地震时地面运动加速度作用下高层房屋建筑深基坑支护承压结构的局部抗震性能，针对高层房屋建筑深基坑支护承压结构进行局部抗震性试验分析。采用有限元软件对某高层房屋建筑深基坑工程进行分析，构建高层房屋建筑深基坑支护承压结构有限元计算模型。利用地震模拟振动台，分别输入0.4g、0.5g、0.6g的地震时地面运动加速度，测试不同深基坑施工阶段和插入比地下连续墙深基坑支护承压结构的抗震性能，并研究不同地震烈度对深基坑支护承压结构位移的影响。通过振型分解反应谱法，获取高层房屋建筑深基坑支护承压结构位移以及加速度响应，实现高层房屋建筑深基坑支护承压结构局部抗震性能测试。试验结果表明，高层房屋建筑深基坑支护承压结构的抗震稳定性与深基坑开挖深度、插入比和地震烈度有关。其中，深基坑开挖深度和地震烈度与高层房屋建筑深基坑支护承压结构的抗震稳定性成反比，而插入比与高层房屋建筑深基坑支护承压结构的抗震稳定性成正比，且能够有效提高高层房屋建筑深基坑支护承压结构的抗震性能。     

浅基岩场地条件下地下结构抗震分析简化方法计算精度研究

为研究浅基岩场地条件下地下结构抗震分析简化方法计算精度,采用反应加速度法和反应谱法计算2层3跨和2层2跨矩形地铁车站结构在均质场地和浅基岩场地条件下的地震响应,将动力时程分析法结果作为参考解,对比分析反应加速度法和反应谱法在不同场地条件下的计算精度。研究结果表明,在均质场地条件下,反应加速度法最大误差约18%,反应谱法最大误差约9%;在浅基岩场地条件下,反应加速度法最大误差约33%,反应谱法最大误差约16%;反应谱法和反应加速度法在浅基岩场地条件下的计算精度均小于均质场地条件,且反应谱法计算精度受场地条件的影响较小。     

地下结构地震反应规律和抗震设计方法研究

随着城市轨道交通系统,尤其是地铁的大规模建设,城市轨道交通系统的安全问题已经成为重中之重。地铁系统要在长时间的运行周期内保证安全,就必须具有良好的抗震性能。对于地下结构抗震问题,模型试验和数值计算是必不可少的两种手段,合理且简便的抗震设计方法是研究所要达到的目标,而地下结构周围土体材料的非线性动力本构模型是研究中的难点。本文对地下结构的地震反应规律和抗震设计方法进行了深入研究,取得了如下研究成果:(1)土的本构模型。根据Hardin和Drnevich提出的土体动应力-应变关系曲线以及其在非等幅往返荷载作用下的Pyke修正,结合Dafilias和Popov等人提出的边界面理论,构造了基于Hardin曲线的土体边界面本构模型,并在ADINA中利用自定义材料的二次开发实现了该本构模型。(2)二维有限元动力计算。采用Opensees对饱和砂土场地的地震反应进行了非线性动力有限元分析,并通过改变土性、地震动幅值、持时、频率等因素后数值模拟的对比,分析了各因素对可液化场地地震反应的影响;然后对饱和砂土中带中柱箱型隧道的地震反应进行了输入不同幅值地震动时的动力计算,分析了场地和结构的加速度反应及其频谱特性、场地的永久变形、隧道的变形和位移、以及隧道的内力分布,揭示了可液化土层中箱型隧道的地震反应规律和震害机理。(3)饱和砂土中地下结构地震反应振动台试验。完成了饱和砂土中地下结构地震反应的振动台试验,从孔压、土层加速度、土层频谱、地下结构加速度、地下结构频谱、动土压力和地下结构应变等方面分析了试验结果,并观测了宏观的试验现象,分析了饱和砂土场地以及其中埋置的地下结构的地震反应规律。(4)三维有限元动力计算。在Opensees计算平台中建立了穿过饱和砂土和粘土分界面箱型隧道的三维有限元模型并且进行了动力数值计算,对比分析了分界面两侧的土层和隧道的地震反应,此外,亦分析了沿隧道纵向地表竖向位移、隧道变形和隧道内力的分布,揭示了饱和砂土和粘土对隧道地震反应的不同作用,探索了穿过饱和砂土和粘土分界面的箱型隧道的地震反应规律和震害机理,对实际工程建设中此类隧道的抗震研究具有重要意义。(5)地下结构横截面抗震设计方法。详细介绍了反应位移法的原理和具体内容,以动力时程计算的结果作为参照,比较了几种地基弹簧参数取值方法计算结果的准确性;然后在反应位移法的基础上提出了大震下地基弹簧参数取值的非线性修正,并对其计算结果进行了验证;最后又依据地基弹簧参数取值的非线性修正,进而提出了基于反应位移法的地下结构简化pushover分析方法,并根据一具体算例对其计算结果进行了验证。(6)地铁隧道纵向抗震设计方法。介绍了几种常见的隧道纵向抗震设计方法,例如,BART法、质点-弹簧模型法和反应变位法等;然后将桩-土相互作用的p-y曲线弹簧引入到了地铁隧道的纵向抗震设计中,建立了超长隧道-地基土相互作用的p-y弹簧模型,并且通过对该模型的Pushover分析给出了地铁隧道的一种纵向弹塑性设计方法;最后通过多点激励对超长隧道-地基土相互作用的p-y弹簧模型进行了动力数值计算,得到了隧道纵向内力和变形的一些规律。     

特高压互连电气设备减震性能振动台试验

为研究铅金属减震器对特高压互连电气设备的减震效果,进行由硬管母线连接的特高压避雷器设备和电容式电压互感器设备组成的互连耦合体系的地震模拟振动台试验。通过白噪声扫频、抗震及减震试验,测定互连耦合体系抗震结构及减震结构的自振频率以及关键部位的应变、加速度响应。试验结果表明:抗震结构中避雷器设备的最大应变响应大于互感器设备,互连耦合体系中的避雷器设备属于易损设备;安装减震器后互连设备频率降低幅度较小,减震器基本不会影响电气设备的正常运行;安装减震器后互连耦合体系中的避雷器设备和互感器设备在较大峰值加速度地震波作用下,设备顶端加速度响应和最大应变响应均有较大幅度的降低,避雷器设备和互感器设备的最大应变响应的减震效率分别为75%和50%,减震效果显著,减震器的应用大幅提升了互连耦合体系的抗震能力。     

应用新型滑移隔震装置结构的地震反应分析

采用新型固体摩擦滑移材料二硫化钼作为涂层材料,利用实体软钢棒作为限位消能装置,提出了一种应用于框架结构既能消能又能隔震的新型分离式摩擦滑移隔震系统,探讨了其相应的设计和应用方法。采用MTS电液伺服试验系统,对文中研发的新型摩擦滑移隔震装置进行了摩擦系数测定试验,测试了摩擦滑移隔震装置的静和动力摩擦系数,建立了相应的摩擦滑移恢复力模型。采用SAP2000有限元分析软件,分析了某框架结构在抗震时和滑移隔震时的地震反应规律,从结构的加速度反应和层间位移反应、层间剪力反应等方面分析了隔震结构的减震效果。结果表明,新型摩擦滑移隔震装置的减震效果比较明显。一般情况下当场地类别为Ⅱ类,抗震设防烈度为8度时,利用新型滑移隔震结构的加速度反应可降低50%左右,层间位移反应减小明显,层间剪力反应可降低50%左右。另外,只要确定合理的构造以及实施方案,这种装置能够满足框架结构的隔震减震要求,可应用于实际工程结构。