选煤厂主厂房—多联设备复合系统地震响应研究

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多联设备是工业建筑中常见的一种设备类型。该类设备竖向长度较大,往往连接多个楼层。选煤厂中的加压过滤机排料装置是一种典型的多联设备,它与主厂房之间存在复杂的动力相互作用。加压过滤机排料装置对选煤厂主厂房结构的动力响应有显著影响,因而在地震反应分析时应该将其与主厂房共同组成复合系统。研究选煤厂主厂房—多联设备复合系统的地震响应,对此类工业建筑的抗震设计有着重要的理论意义和工程应用价值。首先,建立多联体系的力学模型和动力方程,并分别采用位移输入法、直接求解法、相对运动法、大质量法推导多联设备的地震响应。其次,建立主厂房—多联设备复合系统的层间剪切模型,采用频域分析法,分析频率比及场地条件对复合系统动力响应的影响规律;以减小主厂房的动力反应为控制目标,对多联设备与主厂房的频率比进行优化。最后,采用SAP2000软件,建立选煤厂主厂房—多联设备复合系统的三维有限元模型,分析多联设备与主厂房的频率比、质量比对复合系统自振周期的影响,并与传统抗震计算方法的计算结果进行对比。对主厂房—多联设备复合系统在双向地震作用下进行了弹性时程分析,研究了主厂房主要构件的内力和变形,并与传统设计方法的计算结果进行对比;并探索了在计算多联设备地震反应时,解耦条件下位移多点输入的适用条件。研究结果表明,多联设备与结构的频率比接近1时,设备的反应增大而结构的反应减小,且存在一个约为0.9的“调谐最佳频率比”使得结构反应达到最小,此数值与多联设备的支撑位置有关。当频率比大于3时,调谐作用消失,但会影响结构的动力特性和动力反应。考虑排料溜槽影响的复合系统前三阶振型周期变小;而随着排料溜槽与楼层的连接刚度减小,复合系统主要振型将发生改变。选煤厂主厂房在地震作用下,多联设备所在楼层的各竖向杆件的层间剪力与层间位移均有所减小,而其相邻下一层的竖向杆件的层间剪力与层间位移明显增大,且这一趋势在结构处于弹塑性阶段时更加显著。使用解耦条件下位移多点输入计算多联设备地震反应时仅适用于II,III类场地。
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