火电厂主厂房框排架结构地震反应与优化设计分析

论文摘要

火电厂作为重要的电力设施和生命线工程,必须具有良好的抗震性能。然而因受工艺要求的限制,主厂房结构布置复杂,质量和刚度分布不均匀,空间整体性能差,结构薄弱环节较多,安全储备偏低。加之我国是地震高发国家,为了减轻地震灾害的影响,保证电力设施安全运行,研究火电厂主厂房框排架结构抗震性能与优化设计具有重要的实际意义。本文列举了三列式(即汽机房、除氧间、煤仓间顺列布置)与交叉式(即汽机房和煤仓间交叉布置)两种主厂房布置形式,并采用SAP2000和ANSYS有限元软件对两种布置形式下主厂房结构的抗震性能进行对比分析和优化设计分析。首先,根据主厂房结构的特点建立该类结构的有限元分析模型,进行结构的动力特性分析、单向和双向地震作用反应谱分析及时程分析,分析结构的受力特点、变形特征、传力机理,并判断结构的薄弱环节;其次,基于优化设计理论,从概念设计的角度出发,分析现有主厂房结构布置形式(三列式和交叉式)之间的优缺点,同时对采用不同布置形式的主厂房结构进行抗震性能对比分析,分析两种布置方案下结构抗震性能的优劣;再次,将最优设防烈度作为设计变量,总的工程造价和损失期望最低作为目标函数,7度条件下的反应谱分析结果作为约束条件,对两种布置形式的主厂房结构进行优化设计,找出不同布置形式下结构所对应的最优设防烈度,为改善主厂房结构的抗震性能提供新思路、新方法;最后提出主厂房结构的设计建议,为该类结构的设计提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 主厂房结构体系研究现状
• 1.3 主厂房结构优化设计的研究现状
• 1.4 研究内容
• 2 火电厂主厂房框排架结构地震反应分析
• 2.1 有限元模型的建立
• 2.1.1 有限单元法
• 2.1.2 结构体系简介
• 2.1.3 柱网尺寸及材料确定
• 2.1.4 模型简化原则和方法
• 2.1.5 荷载布置
• 2.2 模态分析
• 2.2.1 模态分析基本原理
• 2.2.2 结构动力特性分析
• 2.3 反应谱分析
• 2.3.1 单向地震作用反应谱分析
• 2.3.2 双向地震作用反应谱分析
• 2.3.3 小结
• 2.4 时程分析
• 2.4.1 地震波的选取
• 2.4.2 时程计算结果
• 2.4.3 时程分析结论
• 3 基于优化设计理论的火电厂主厂房结构概念设计
• 3.1 最优化理论
• 3.1.1 优化问题及其分类
• 3.1.2 最优化的基本术语
• 3.1.3 优化问题求解方法
• 3.2 优化设计理论在概念设计阶段的应用
• 3.2.1 布置方案及构件尺寸的确定
• 3.2.2 火电厂单排架结构抗震性能分析
• 3.3 小结
• 4 火电厂主厂房框排架结构抗震性能优化设计
• 4.1 目标函数的确定
• min[（x|ˉ）（I_d）]的确定'>4.2 结构造价Z_min[（x|ˉ）（I_d）]的确定
• 4.3 确定工程失效导致的总损失的数学期望L[（x|ˉ）（Id）]
• 4.4 小结
• 5 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 对火力发电厂主厂房设计的建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录