电厂房结构煤斗基于DTMD及MTMD调谐策略的减震控制分析（其他）

                               滕  飞

              （北京市建筑设计研究院有限公司，北京100045）

[摘要]TMD的减振效果对调谐频率的波动十分敏感，而在实际工程中其频率很难达调谐到最优，这导致其有效性明显降低。有鉴于此，本文立足于双调谐质量阻尼器( DMTD)及多重调谐质量阻尼器(MTMD)研究理论通过SAP2000软件建立结构整体模型，并采用集中质量的方式模拟煤斗重量，研究了将DTMD、2重TMD、5重TMD调谐策略应用于某大型火电厂房煤斗，由于DTMD在Y向的作用退化为TMD，主要分析其单向（X向）动力反应的减震效果。结果表明，DTMD对结构X向的减震效果优于2重TMD及5重TMD;2重TMD及5重TMD对于结构X向及y向位移响应均具有一定的减震效果，对于煤斗层及顶层也存在失效情况；罕遇地震作用下，DTMD的残余变形要小于2重TMD和5重TMD。

[关键词]双调谐质量阻尼器；多重调谐质量阻尼器；火电厂房；煤斗减震

中图分类号：TU352  文章编号：1002-848X(2016) Sl-0429-05

0  引言

    火力发电厂由于生产工艺的需要，厂房多为多层，个别为单层。厂房平面及竖向布置不规则，存在如扭转等诸多抗震不利因素。按照工艺布置的要求对每台锅炉一般都要配备5～6个煤斗，由于煤斗的质量巨大，作用位置较高，因此对整个主厂房结构产生的水平地震作用也会很大，特别是在高烈度地震区。由于陡河电厂悬吊锅炉基于单质量调谐阻尼器( TMD)理论的悬吊技术在唐山地震中对控制结构位移响应有一定的作用，因此引起了很多学者的关注，但TMD的减振效果对调谐频率的波动十分敏感，而在实际工程中其频率很难达调谐到最优。

    鉴于此，本文作者基于DTMD及MTMD理论对火电厂房结构煤斗进行减震控制研究，主要内容包括煤斗设计方法研究以及方法的有效性评价等。

1  工程介绍

    库尔勒主厂房(2×350MW)为钢筋混凝土结构，横向由汽机房排架柱、汽机房屋盖、除氧煤仓间框架组成框排架结构体系，纵向均为框架结构体系，汽机房屋面采用实腹钢梁上铺保温复合压型钢板，其他楼屋面板采用钢梁一现浇混凝土楼板组合结构。基本风压0.45kN/m²（50年一遇）；基本雪压0.25kN/m²。设计基本加速度为0.15g，基本地震烈度为7度，场地类别Ⅱ类；设计地震分组二组，抗震设计等级为一级。

    结构尺寸：煤仓间的平面尺寸为45m×11m，总高度为32.55m，共15层。汽机房的平面尺寸为71m×26m，共3层，第3层楼板高度12. 45m，屋架底面高度28.4m。该厂房共有5个煤斗，每个煤斗的质量为450t。结构的三维模型以及主要楼层结构平面布置图、剖面布置图如图1所示。

2  研究方法

    将DTMD、2重TMD及5重TMD系统看作一个多自由度体系，每一个TMD看作一个单自由度体系，主结构为一单自由度体系，这三种调频策略的分析模型如图2所示，其中m₁，m₂，…，m₅分别表示不同TMD的质量。三种调谐方法的最优参数如表1~3所示。

    本文采用集中力方式模拟煤斗的重量，应用SAP2000软件分析3组地震工况下DTMD、2重TMD及5重TMD控制策略与原煤斗刚性连接方案的X、Y向地震响应对比结果，并对分别采用三种控制策略的结构进行弹塑性分析。煤斗在火电厂房的位置如图3所示，图中数字分别为5个煤斗编号。图4~6给出的煤斗DTMD、2重TMD及5重TMD的调谐策略在

SAP2000中的实现均依据图2的分析模型。三种调频策略在SAP2000中采用link单元来连接各煤斗以及煤斗与受控结构。在图4～图6中link0单元同时约束其U1、U2、U3、R1、R2、R3的自由度以此保证煤斗支承在受控结构上，同时通过调整linkl~link5的刚度(K)和阻尼系数(C)控制调频的效果。

    如图4所示，DTMD模型是将1~4号煤斗质量总和作为下层TMD的质量(m₁)，并对与1~4号煤斗相连的linkl单元取相同的优化参数，具体参数详见表1；将5号煤斗的质量作为上层TMD的质量(m₂)，并对与5号煤斗相连的link2单元取上层TMD的优化参数，具体参数详见表1。如图5所示，5重TMD则是将1~5号煤斗的质量分别作为5个不同的TMD的质量(m₁，m₂，m₃，m₄，m₅)，并对与这五个煤斗相连的linkl~link5单元分别取不同的优化参数，具体参数详见表2。如图6所示，2重TMD模型是将1~3号煤斗的质量总和作为其中一个TMD的质量(m₃)，并对与1~3号煤斗相连的linkl单元取相同的优化参数，具体参数详见表3；同时将4~5号煤斗的质量总和另一个TMD的质量(m₂)，并对与4~5号煤斗相连的link2单元取相同的优化参数，具体参数详见表3。

    抗规规定，采用时程分析方法时，应按照场地类别和设计地震分组选用不少于2组的实际强震记录和1组人工模拟的加速度时程曲线，其平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符；且每条时程曲线计算所得到的结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的65%，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80%。综上所述，选定3条地震波进行分析，以此来考察三种不同调谐策略下结构的表现。其中天然波1（图7）记录为1940年美国加州地震El Centro的加速度时程，持时30s;天然波2（图8）记录为1920年中国兰州地震的加速度时程，持时20s;1条为人工波（图9）。    

3  基于三种控制策略的煤斗减震控制有效性评价

3.1多遇地震响应分析

    由图10~ 12可知，在X向多遇地震作用下，三种控制策略均满足规范层间位移角( 1/550)的要求，且DTMD及2重TMD对结构顶部的层间位移角放大具有较好的控制作用。而5重TMD对结构顶部的层间位移角具有稳定的控制效果，但其控制效果弱于DTMD及2重TMD。由图13~15可知，三种控制策略对顶层X向位移时程具有一定的控制作用，且DTMD及2重TMD的控制效果优于5重TMD的控制效果。

3.2 X向罕遇地震响应分析

    由图16可知，三种控制策略均满足规范要求的层间位移角限值( 1/50)的要求，其中DTMD对结构顶层位移平均减震效果为4. 4%，对于煤斗层位移的平均减震效果为21. 35%，且对于顶层及煤斗层位移均无放大效果，而5重TMD及2重TMD对于顶层位移除人工波外均具有放大效果，对于煤斗层位移在人工波作用下具有放大效果，这是由于MTMD是以损失控制效果来拓宽频带的。由图17可知，DTMD在3条地震波作用下残余变形小于2重TMD及5重TMD。

4  结论

    (1)多遇地震作用下，三种控制策略对顶层X向位移时程有一定的控制作用，且DTMD及2重TMD的控制效果优于5重TMD的控制效果。

    (2)罕遇地震作用下，DTMD对X向位移响应的控制效果优于2重TMD及5重TMD，且DMTD对顶层及煤斗层位移均无放大效果，但其他两种策略存在放大效果。

    (3)罕遇地震作用下，DTMD的残余变形要小于2重TMD和5重TMD。