煤气化高层工业厂房抗震性能与设计方法研究

作     者：王敏仕 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：龙炳煌;杨晓新;高伟

授予年度：2007年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：煤气化 工业厂房 结构 设备 相互作用 抗震性能 时程分析 

摘      要：我国能源“煤多油少，煤炭的利用率不高，经济发展与能源短缺的矛盾日益突出。为了提高能源的使用效率，缓解石油紧张状况，我国从2000年开始实施“煤代油计划。2007年1月，国家发改委组织编制了《煤炭工业“十一五发展规划》，提出要有序推进煤炭转化示范工程建设。煤气化高层工业厂房是煤气化工程中的关键性厂房。该厂房结构、设备高大，设备与结构的联系复杂。在地震作用下，设备与结构之间存在复杂的动力相互作用。有关的研究较少。设计者往往不考虑相互作用，这将加大厂房遭遇地震灾害的风险。为了使国家能顺利实施《煤炭工业“十一五发展规划》，降低这类厂房的地震风险，有必要对煤气化高层工业厂房抗震性能进行深入研究。 本文运用有限元分析软件ANSYS，对某个典型煤气化高层工业厂房，在不同的影响参数条件下，进行地震时程分析，深入探讨设备与结构的相互作用，研究不同影响参数下厂房的抗震性能。考虑到煤气化厂房在全国各地建设，选择不同的地震动参数对厂房进行抗震性能研究，这样有利于厂房在全国各地的推广建设;考虑到厂房中的设备较多，并且存在不同的工作状态，选择不同的设备参数对厂房进行研究，全面了解厂房在不同状态下的抗震性能;最后，通过改善既有厂房中设备与结构的连接技术条件，达到改善厂房抗震性能的目的。关于地震动参数的研究工作：先确定厂房的地震最不利方向，然后分别探讨厂房在不同场地特征周期、不同地震动峰值加速度条件下的抗震性能。关于设备参数的研究工作：先对不同的设备工作状态(操作状态、停产状态和事故状态)进行研究，然后对主次设备之间的影响进行研究。关于改善厂房抗震性能的研究工作：先对调整设备-结构连接技术参数，改善主设备抗震性能进行研究，然后对设置耗能减震装置的可行性进行探讨，减小主设备地震效应。 本文上述三个方面研究工作的主要结果有：(1)厂房纵向是地震的最不利方向;地震动参数对设备与结构相互作用有重要的影响。在相同地震动参数条件下，考虑设备与结构相互作用影响时，厂房主结构地震效应减小;主设备地震效应增大;(2)设备不同的工作状态，对设备与结构的相互作用影响较大。主设备在所有设备的相互作用中占主要地位。(3)控制设备与结构连接节点的参数在一定范围内，可以使主设备的地震效应最小;设置耗能器可以有效减小主设备的地震效应。 本文的研究工作得到以下主要结论：(1)煤气化高层工业厂房的抗震设计有必要考虑主设备与结构的相互作用，如果不考虑主设备与结构的相互作用，厂房结构的抗震设计偏于安全，主设备的抗震设计偏于危险。(2)考虑主设备与结构的相互作用的影响后，不同的场地特征周期条件下，厂房结构顶层位移平均小10．8％(9．8％～12．8％)，厂房底部水平剪力平均小12．8％(8．2％～20．8％)，主设备顶点位移平均大226．4％(187．3％～311．9％);不同地震峰值加速度条件下，厂房结构顶层位移平均小3．O％(-7．0％～6．5％)，厂房底部水平剪力平均小6．6％(3．1％～9．0％)，主设备顶点位移平均大431．4％(223．5％～572．6％)。(3)设备与结构的相互作用使主设备的地震位移明显增大(增大187．3％～572．6％)，建议对已有的设备进行验算，如果不满足要求应进行抗震加固。 本文的有关结论可供同行参考，本文的研究成果对于降低煤气化厂房地震风险、提高厂房的可靠性、推广厂房建设以及相关抗震设计规范的制定有一定的指导意义和参考价值。