電廠房結(jié)構(gòu)煤斗基于DTMD及MTMD調(diào)諧策略的減震控制分析（其他）
電廠房結(jié)構(gòu)煤斗基于DTMD及MTMD調(diào)諧策略的減震控制分析（其他）
滕 飛
（北京市建筑設計研究院有限公司，北京100045）
[摘要]TMD的減振效果對調(diào)諧頻率的波動十分敏感，而在實際工程中其頻率很難達調(diào)諧到最優(yōu)，這導致其有效性明顯降低。有鑒于此，本文立足于雙調(diào)諧質(zhì)量阻尼器( DMTD)及多重調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(MTMD)研究理論通過SAP2000軟件建立結(jié)構(gòu)整體模型，并采用集中質(zhì)量的方式模擬煤斗重量，研究了將DTMD、2重TMD、5重TMD調(diào)諧策略應用于某大型火電廠房煤斗，由于DTMD在Y向的作用退化為TMD，主要分析其單向（X向）動力反應的減震效果。結(jié)果表明，DTMD對結(jié)構(gòu)X向的減震效果優(yōu)于2重TMD及5重TMD;2重TMD及5重TMD對于結(jié)構(gòu)X向及y向位移響應均具有一定的減震效果，對于煤斗層及頂層也存在失效情況；罕遇地震作用下，DTMD的殘余變形要小于2重TMD和5重TMD。
[關鍵詞]雙調(diào)諧質(zhì)量阻尼器；多重調(diào)諧質(zhì)量阻尼器；火電廠房；煤斗減震
中圖分類號：TU352 文章編號：1002-848X(2016) Sl-0429-05
0 引言
火力發(fā)電廠由于生產(chǎn)工藝的需要，廠房多為多層，個別為單層。廠房平面及豎向布置不規(guī)則，存在如扭轉(zhuǎn)等諸多抗震不利因素。按照工藝布置的要求對每臺鍋爐一般都要配備5～6個煤斗，由于煤斗的質(zhì)量巨大，作用位置較高，因此對整個主廠房結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的水平地震作用也會很大，特別是在高烈度地震區(qū)。由于陡河電廠懸吊鍋爐基于單質(zhì)量調(diào)諧阻尼器( TMD)理論的懸吊技術在唐山地震中對控制結(jié)構(gòu)位移響應有一定的作用，因此引起了很多學者的關注，但TMD的減振效果對調(diào)諧頻率的波動十分敏感，而在實際工程中其頻率很難達調(diào)諧到最優(yōu)。
鑒于此，本文作者基于DTMD及MTMD理論對火電廠房結(jié)構(gòu)煤斗進行減震控制研究，主要內(nèi)容包括煤斗設計方法研究以及方法的有效性評價等。
1 工程介紹
庫爾勒主廠房(2×350MW)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橫向由汽機房排架柱、汽機房屋蓋、除氧煤倉間框架組成框排架結(jié)構(gòu)體系，縱向均為框架結(jié)構(gòu)體系，汽機房屋面采用實腹鋼梁上鋪保溫復合壓型鋼板，其他樓屋面板采用鋼梁一現(xiàn)澆混凝土樓板組合結(jié)構(gòu)�；撅L壓0.45kN/m2（50年一遇）；基本雪壓0.25kN/m2。設計基本加速度為0.15g，基本地震烈度為7度，場地類別Ⅱ類；設計地震分組二組，抗震設計等級為一級。
結(jié)構(gòu)尺寸：煤倉間的平面尺寸為45m×11m，總高度為32.55m，共15層。汽機房的平面尺寸為71m×26m，共3層，第3層樓板高度12. 45m，屋架底面高度28.4m。該廠房共有5個煤斗，每個煤斗的質(zhì)量為450t。結(jié)構(gòu)的三維模型以及主要樓層結(jié)構(gòu)平面布置圖、剖面布置圖如圖1所示。
2 研究方法
將DTMD、2重TMD及5重TMD系統(tǒng)看作一個多自由度體系，每一個TMD看作一個單自由度體系，主結(jié)構(gòu)為一單自由度體系，這三種調(diào)頻策略的分析模型如圖2所示，其中m1，m2，…，m5分別表示不同TMD的質(zhì)量。三種調(diào)諧方法的最優(yōu)參數(shù)如表1~3所示。
本文采用集中力方式模擬煤斗的重量，應用SAP2000軟件分析3組地震工況下DTMD、2重TMD及5重TMD控制策略與原煤斗剛性連接方案的X、Y向地震響應對比結(jié)果，并對分別采用三種控制策略的結(jié)構(gòu)進行彈塑性分析。煤斗在火電廠房的位置如圖3所示，圖中數(shù)字分別為5個煤斗編號。圖4~6給出的煤斗DTMD、2重TMD及5重TMD的調(diào)諧策略在
SAP2000中的實現(xiàn)均依據(jù)圖2的分析模型。三種調(diào)頻策略在SAP2000中采用link單元來連接各煤斗以及煤斗與受控結(jié)構(gòu)。在圖4～圖6中link0單元同時約束其U1、U2、U3、R1、R2、R3的自由度以此保證煤斗支承在受控結(jié)構(gòu)上，同時通過調(diào)整linkl~link5的剛度(K)和阻尼系數(shù)(C)控制調(diào)頻的效果。
如圖4所示，DTMD模型是將1~4號煤斗質(zhì)量總和作為下層TMD的質(zhì)量(m1)，并對與1~4號煤斗相連的linkl單元取相同的優(yōu)化參數(shù)，具體參數(shù)詳見表1；將5號煤斗的質(zhì)量作為上層TMD的質(zhì)量(m2)，并對與5號煤斗相連的link2單元取上層TMD的優(yōu)化參數(shù)，具體參數(shù)詳見表1。如圖5所示，5重TMD則是將1~5號煤斗的質(zhì)量分別作為5個不同的TMD的質(zhì)量(m1，m2，m3，m4，m5)，并對與這五個煤斗相連的linkl~link5單元分別取不同的優(yōu)化參數(shù)，具體參數(shù)詳見表2。如圖6所示，2重TMD模型是將1~3號煤斗的質(zhì)量總和作為其中一個TMD的質(zhì)量(m3)，并對與1~3號煤斗相連的linkl單元取相同的優(yōu)化參數(shù)，具體參數(shù)詳見表3；同時將4~5號煤斗的質(zhì)量總和另一個TMD的質(zhì)量(m2)，并對與4~5號煤斗相連的link2單元取相同的優(yōu)化參數(shù)，具體參數(shù)詳見表3。
抗規(guī)規(guī)定，采用時程分析方法時，應按照場地類別和設計地震分組選用不少于2組的實際強震記錄和1組人工模擬的加速度時程曲線，其平均地震影響系數(shù)曲線應與振型分解反應譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計意義上相符；且每條時程曲線計算所得到的結(jié)構(gòu)底部剪力不應小于振型分解反應譜法計算結(jié)果的65%，多條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不應小于振型分解反應譜法計算結(jié)果的80%。綜上所述，選定3條地震波進行分析，以此來考察三種不同調(diào)諧策略下結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)。其中天然波1（圖7）記錄為1940年美國加州地震El Centro的加速度時程，持時30s;天然波2（圖8）記錄為1920年中國蘭州地震的加速度時程，持時20s;1條為人工波（圖9）。
3 基于三種控制策略的煤斗減震控制有效性評價
3.1多遇地震響應分析
由圖10~ 12可知，在X向多遇地震作用下，三種控制策略均滿足規(guī)范層間位移角( 1/550)的要求，且DTMD及2重TMD對結(jié)構(gòu)頂部的層間位移角放大具有較好的控制作用。而5重TMD對結(jié)構(gòu)頂部的層間位移角具有穩(wěn)定的控制效果，但其控制效果弱于DTMD及2重TMD。由圖13~15可知，三種控制策略對頂層X向位移時程具有一定的控制作用，且DTMD及2重TMD的控制效果優(yōu)于5重TMD的控制效果。
3.2 X向罕遇地震響應分析
由圖16可知，三種控制策略均滿足規(guī)范要求的層間位移角限值( 1/50)的要求，其中DTMD對結(jié)構(gòu)頂層位移平均減震效果為4. 4%，對于煤斗層位移的平均減震效果為21. 35%，且對于頂層及煤斗層位移均無放大效果，而5重TMD及2重TMD對于頂層位移除人工波外均具有放大效果，對于煤斗層位移在人工波作用下具有放大效果，這是由于MTMD是以損失控制效果來拓寬頻帶的。由圖17可知，DTMD在3條地震波作用下殘余變形小于2重TMD及5重TMD。
4 結(jié)論
(1)多遇地震作用下，三種控制策略對頂層X向位移時程有一定的控制作用，且DTMD及2重TMD的控制效果優(yōu)于5重TMD的控制效果。
(2)罕遇地震作用下，DTMD對X向位移響應的控制效果優(yōu)于2重TMD及5重TMD，且DMTD對頂層及煤斗層位移均無放大效果，但其他兩種策略存在放大效果。
(3)罕遇地震作用下，DTMD的殘余變形要小于2重TMD和5重TMD。
