高烈度下(双层系)接转站框架结构的动力响应分析

2019-07-16滕振超

重庆理工大学学报(自然科学) 2019年6期

滕振超，刘宇

(东北石油大学土木建筑工程学院，黑龙江大庆 163318)

我国抗震规范提出的要求是在结构的全寿命周期，对于可能发生的不同震级或是不同频谱的作用，该结构应当具备不同的抵抗能力。建筑抗震设计规范(GB50011—2010)的中心内容可以总结为三水准和两阶段，即“小震不坏、中震可修、大震不倒”和“弹性设计阶段、弹塑性设计阶段”。抗震设计时，结构所承受的地震作用是由地震地面运动引起的动态作用，它是建筑结构设计或分析的基本依据[1-5]，如表1所示。

地震本身的随机性很强，故一般荷载与地震作用有很大差别。在地震作用下,弹性地震作用指结构处于弹性阶段工作时，各楼层产生的地震作用；弹塑性地震作用指在结构在进入塑性阶段时各楼层的地震作用。

对于抗震设计方法，基本上还是以构造措施和保证承载力限值2个方面保证钢结构抗震性能要求。虽然有关钢结构基于性能的设计方法在新版规范中有所提及，但是并未作强制性要求[6-8]。

表1 3个水准的各种参数

1 抗震设计方法

1.1 国内常用抗震设计方法

设计人员应按照建筑抗震规范规定针对不同的拟建房屋类型、建筑高度范围和平立面布置形式等因素综合分析，选用对应的方法进行分析[9]。

在我国的规范中，将地震分解反应谱法作为最基本的设计方法，理由为其计算精度能满足工程需求，理论也较成熟。

各类建筑的应用范围在《建筑抗震设计规范》(GB5001—2010)中有明确说明：

1) 一般采用底部剪力法的结构多类似为单质点体系，例如高度在35 m，而且以剪切变形为主、刚度和质量均匀分布的建筑物。

2) 反应谱分析方法可应用于除上述简单结构以外的结构。

3) 时程分析方法主要应用于一些特别不规则的建筑或是建筑类别设定的甲类建筑的抗震设计，如表2所列高度范围的高层建筑。

1.2 响应谱分析方法

本次利用ANSYS中响应谱分析方法来模拟在地震作用下该接转站的内力和变形。首先，谱是频率与谱值的关系曲线能反映在时间-历程下载荷的强度与频率之间的关系。谱分析就是用模态分析结果与已知谱结合，进一步计算出模型的力和位移的分析方法。谱分析替代时程分析来分析结构的动力响应，主要用于随机荷载和与时间有关的荷载，例如风载、地震作用、海啸、发动机震动等[10]。

表2 时程分析高度范围

谱分析有3种类型：动力设计分析、响应谱分析和随机振动分析。其中响应谱分析代表对时间-历程响应和频率的关系。响应谱又分为单点和多点响应谱，分别为一一对应和多多对应的响应谱。分析船舶装备抗震性能用动力设计分析，在随机性载荷作用下的响应分析采用随机振动分析[11]。

2 有限元软件ANSYS分析

2.1 (双层系)接转站框架结构描述

接转站对油田有序生产、建设水平、生产效率起关键作用，在高烈度区建立接转站，更需要保证其安全性。接转站又称集油站,是集输系统的主要中转环节,安全系数要求极高。其任务是接收单井、井排或计量站来油,进行原油稳定及油气分离、原油脱水等处理,同时将原油加压、加热后外输。为便于区别,常将各种类型的接转站按其业务范围的大小分为集中处理站、接转站和转油站等。

由于该结构具有非常重要的作用，进而需要高标准设计。故在基本设防烈度为8度的区域，验算罕遇地震作用时在实际工程中需提高1度考虑，为9度。

2.2 (双层系)接转站框架结构有限元分析模型建立

本次分析的(双层系)接转站框架结构主要由梁、柱和板等部分组成，其长×宽×高为5.2 m×2.4 m×3 m。采用ANSYS17.0有限元分析软件。首先需要建立该(双层系)接转站框架结构有限元分析模型(图1)，实际建模时，忽略变压器外壳、变电箱、墙体等薄壁元件，对框架角钢、槽钢及螺栓采用梁单元模拟。使用钢材的材料力学性能参数见表3、表4。