電廠房結構煤斗基于DTMD及MTMD調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的減振效果對調諧頻率的波動十分敏感，而在實際工程中其頻率很難達調諧到最優，這導致其有效性明顯降低。有鑒于此，本文立足于雙調諧質量阻尼器( DMTD)及多重調諧質量阻尼器(MTMD)研究理論通過SAP2000軟件建立結構整體模型，并采用集中質量的方式模擬煤斗重量，研究了將DTMD、2重TMD、5重TMD調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。結果表明，DTMD對結構X向的減震效果優于2重TMD及5重TMD;2重TMD及5重TMD對于結構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]雙調諧質量阻尼器；多重調諧質量阻尼器；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

    火力發電廠由于生產工藝的需要，廠房多為多層，個別為單層。廠房平面及豎向布置不規則，存在如扭轉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，由于煤斗的質量巨大，作用位置較高，因此對整個主廠房結構產生的水平地震作用也會很大，特別是在高烈度地震區。由于陡河電廠懸吊鍋爐基于單質量調諧阻尼器( TMD)理論的懸吊技術在唐山地震中對控制結構位移響應有一定的作用，因此引起了很多學者的關注，但TMD的減振效果對調諧頻率的波動十分敏感，而在實際工程中其頻率很難達調諧到最優。

    鑒于此，本文作者基于DTMD及MTMD理論對火電廠房結構煤斗進行減震控制研究，主要內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)為鋼筋混凝土結構，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構體系，縱向均為框架結構體系，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澆混凝土樓板組合結構?；�本風壓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。

    結構尺寸：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，每個煤斗的質量為450t。結構的三維模型以及主要樓層結構平面布置圖、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，主結構為一單自由度體系，這三種調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的質量。三種調諧方法的最優參數如表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向地震響應對比結果，并對分別采用三種控制策略的結構進行彈塑性分析。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的調諧策略在

SAP2000中的實現均依據圖2的分析模型。三種調頻策略在SAP2000中采用link單元來連接各煤斗以及煤斗與受控結構。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構上，同時通過調整linkl~link5的剛度(K)和阻尼系數(C)控制調頻的效果。

    如圖4所示，DTMD模型是將1~4號煤斗質量總和作為下層TMD的質量(m₁)，并對與1~4號煤斗相連的linkl單元取相同的優化參數，具體參數詳見表1；將5號煤斗的質量作為上層TMD的質量(m₂)，并對與5號煤斗相連的link2單元取上層TMD的優化參數，具體參數詳見表1。如圖5所示，5重TMD則是將1~5號煤斗的質量分別作為5個不同的TMD的質量(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化參數，具體參數詳見表2。如圖6所示，2重TMD模型是將1~3號煤斗的質量總和作為其中一個TMD的質量(m₃)，并對與1~3號煤斗相連的linkl單元取相同的優化參數，具體參數詳見表3；同時將4~5號煤斗的質量總和另一個TMD的質量(m₂)，并對與4~5號煤斗相連的link2單元取相同的優化參數，具體參數詳見表3。

    抗規規定，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曲線應與振型分解反應譜法所采用的地震影響系數曲線在統計意義上相符；且每條時程曲線計算所得到的結構底部剪力不應小于振型分解反應譜法計算結果的65%，多條時程曲線計算所得結構底部剪力的平均值不應小于振型分解反應譜法計算結果的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諧策略下結構的表現。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范層間位移角( 1/550)的要求，且DTMD及2重TMD對結構頂部的層間位移角放大具有較好的控制作用。而5重TMD對結構頂部的層間位移角具有穩定的控制效果，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范要求的層間位移角限值( 1/50)的要求，其中DTMD對結構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。