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考虑主厂房结构-电气设备相互作用的大型变电站振动台试验研究

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1 绪论

1.1 引言

1.2国内外研究现状和研究水平

1.3 本文研究的主要内容

2 模型设计与制作

2.1 变电站主厂房原型概况

2.2 模型设计相似关系

2.3 模型概况

2.4 模型材料选择和性能指标

2.5 人工质量

2.6 模型配筋计算

2.7 模型刚性底座设计

2.8 本章小结

3 模型结构振动台试验研究

3.1 实验设备与仪器

3.2 测点布置

3.3 地震模拟振动台试验地震波的选取和加载方案

3.4 本章小结

4 模型试验结果分析

4.1 模型振动台试验现象

4.2 模型结构动力特性分析

4.3 模型加速度反应分析

4.4 模型位移反应分析

4.5 模型应变分析

4.6 本章小结

5变电站主厂房系统有限元分析

5.1 计算模型

5.2 试验模型有限元分析

5.3 试验原型有限元分析

5.4 本章小结

6 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表论文情况

附图

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摘要

变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能的枢纽,是电力系统重要的组成部分。从最近几年地震破坏情况来看,强烈地震极易引起变电站主厂房结构和电气设备的破坏,影响整个电力系统的正常运行。目前国内外学者对于变电站的抗震性能研究已经取得一些重要成果,主要集中在变电站主厂房的抗震性能理论分析以及电力设备的抗震性能研究等方面,但开展考虑主厂房结构-电气设备相互作用的振动台试验研究还很少。
  本文首先介绍了目前国内外学者对变电站抗震性能研究的进展;其次设计并制作了1/8比例的缩尺模型,开展了变电站模拟地震振动台研究,观察模型在试验过程中的现象并对试验数据进行处理,研究模型的动力特性和地震反应,介绍了模型的破坏过程,分析模型在地震作用下的薄弱环节;最后采用有限元分析软件SAP2000建立试验模型和原型变电站主厂房结构的三维有限元分析模型,进行弹塑性时程分析,得到模型的动力特性和模型的地震反应分析结果,将有限元计算结果与振动台试验结果进行对比分析。
  从试验分析结果来看,电气设备水平加速度放大系数明显大于《电气设备抗震设计规范》(GB50260-2013)第6.2.6条给出的:“电气设备在二层、三层时动力放大系数为2.0”的规定数值;电气设备的水平加速度峰值明显大于其所在层楼板的加速度峰值,并且电气设备相对于二层楼板位移明显;此外,在试验过程中发现电气设备套管的地震反应强烈,在实际工程中应对其特殊处理或单独设计。
  在地震作用下电气设备所在楼层和顶层的层间位移角较大,接近弹性和弹塑性阶段规范规定的层间位移角限值;在9度罕遇地震作用下,模型梁柱破坏严重,但未发生倒塌,满足大震不倒的抗震要求;从试验模型破坏情况来看,顶层和二层柱底破坏严重,角柱比中柱较先发生破坏,顶层梁柱节点出现不规则裂缝,电气设备下部梁并未发生破坏。
  采用SAP2000建立有限元模型进行分析,比较了有限元模型和试验模型在8度多遇和8度基本烈度地震作用下加速度、位移反应,对比表明,有限元分析结果与振动台试验结果误差较小,两者结果基本吻合,所反应的模型反应规律基本一致。同时进行了8度罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,将塑性铰出现的结果与振动台试验裂缝结果进行了对比分析,对比表明,模型沿短边边框梁破坏严重,电气设备下部梁在地震作用下未发生屈服,梁端节点处框架柱顶易发生屈服,不能满足“强柱弱梁”抗震要求。

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