基于性能的核电站常规岛主厂房结构抗震性能研究

论文摘要

我国处于经济建设的快速发展及经济结构转型的特殊时期中,保证国民经济的发展需要庞大的能源供给。核电作为可再生能源,具有低大气污染、原材料丰富等特点,已经成为我国能源行业越来越重视的开发对象。然而,我国是世界上地震灾害最严重的国家之一。因此需要对核电厂厂房抗震减灾进行深入的研究。基于性能的抗震设计方法是目前国际上先进的抗震思想,该领域领先的美国、日本、新西兰、欧洲的抗震设计规范目前正在由传统方法向该方法进行过渡。基于性能的抗震设计的特点是:使抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过渡,业主（设计者）可选择所需的性能目标;抗震设计中更强调实施性能目标的深入分析和论证,通过论证可以采用现行标准规范中还未明确规定的新结构体系、新技术、新材料;有利于针对不同抗震设防烈度、场地条件及建筑的重要性采用不同的性能目标和抗震措施。本文阐述了基于性能的结构抗震设计的理念以及发展过程,在研究团队的基于性能的工程设计经验的基础上,总结了适用于我国规范的性能设计方法。在参考国内外规范基础上,针对混凝土和钢构件提出了相应的构件性能目标。并将提出的设计流程引入到核电站常规岛主厂房结构抗震设计中,对典型常规岛主厂房进行抗震性能分析。常规岛主厂房结构具有质量、刚度分布不均,多错层等特点,该类型结构抗震重在保证电厂运行功能在设防预期的水准地震作用下不中断,避免重大设备损坏而造成的严重财产损失。本文在基于性能的结构抗震设计流程的基础上,根据常规岛主厂房结构特点,制定了常规岛主厂房整体性能目标和主要构件的性能目标。根据相应规范要求,选取了5条地震波记录对典型常规岛主厂房结构进行性能分析。主厂房在小震及中震下的性能分析在SAP2000程序中完成,本文采用Perform-3D程序建立了主厂房非线性模型并进行大震作用下的性能分析。结构分析表明按照目前设计方法设计的常规岛主厂房满足设定的性能目标,承载力以及变形要求均满足要求。但在强震作用下,整体结构的耗能形态与设计预想有所不同。由于主厂房设计过程中考虑了甩击荷载,不明确的设备荷载等原因,造成与主厂房近核岛处的山墙连接的框架部位较为薄弱,较多构件进入屈服阶段。而其余部位的构件在大震下的屈服耗能作用并不明显。本文针对主厂房的抗震性能给出了相应的设计建议。针对出现的主框架薄弱层部分进行了加强并进行优化后的结构大震验算。优化后的结构非线性分析结果表明,对主框架薄弱层部分进行加强可有效改进结构整体耗能机制。本文表明了基于性能的抗震设计方法可以量化常规岛主厂房在不同水准地震作用下的结构响应,给设计者提供明确的概念,方便进一步的结构优化改进。同时也证明基于纤维单元的非线性分析模型能高效的完成复杂结构的整体分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 结构抗震分析的发展
• 1.2.1 抗震分析理论的发展
• 1.2.2 基于性能的抗震设计方法回顾
• 1.3 结构弹塑性分析
• 1.3.1 静力弹塑性分析（Push-over方法）
• 1.3.2 动力弹塑性分析
• 1.4 核电站常规岛主厂房结构研究现状
• 1.4.1 国外研究现状
• 1.4.2 国内研究现状
• 1.5 本文研究的目的和内容
• 1.6 论文结构
• 第二章 基于性能的抗震设计及结构非线性分析
• 2.1 基于性能的抗震设计方法理念
• 2.1.1 基于性能的结构抗震设计方法理念
• 2.1.2 基于性能的抗震设计方法于国内工程界运用现状
• 2.2 基于我国规范的建筑结构性能设计方法
• 2.2.1 地震作用
• 2.2.2 抗震性能目标设定和选用
• 2.2.3 不同水准地震作用下设计计算
• 2.2.4 分析软件与分析模型
• 2.2.5 地震波的选取及调整
• 2.3 结构非线性数值分析方法
• 2.3.1 杆件分量模型
• 2.3.2 多弹簧模型
• 2.3.3 塑性力学模型
• 2.3.4 纤维单元模型
• 2.4 Perform-3D程序与结构非线性分析
• 2.4.1 Perform-3D程序的分析功能
• 2.4.2 Perform-3D程序的F-D 曲线
• 2.4.3 Perform-3D程序的结构模型和构件模型
• 2.4.4 Perform-3D程序的结构动力非线性分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 常规岛主厂房结构特点及厂房主要构件指标
• 3.1 典型常规岛主厂房构成
• 3.2 常规岛主厂房结构特点
• 3.2.1 国内常规岛主厂房设计现状
• 3.2.2 常规岛主厂房结构特点
• 3.3 常规岛主厂房主要构件性能指标
• 3.3.1 常规岛主厂房宏观性能目标
• 3.3.2 常规岛主厂房构件承载力及变形性能目标
• 3.4 本章小结
• 第四章 常规岛主厂房有限元模型的建立
• 4.1 常规岛主厂房SAP2000 有限元模型
• 4.1.1 SAP2000 软件简介
• 4.1.2 SAP2000 模型参数
• 4.2 Perform-3D非线性分析模型
• 4.2.1 纤维单元截面参数
• 4.3 整体结构模型的建立
• 4.3.1 非线性模型的简化
• 4.3.2 Perform-3D模型的建立
• 4.3.3 弹性分析结果对比
• 4.4 本章小结
• 第五章 常规岛主厂房抗震性能分析
• 5.1 地震分析说明
• 5.1.1 地震分析参数
• 5.1.2 地震波选取
• 5.2 小震下的结构性能分析
• 5.2.1 分析参数
• 5.2.2 结构整体及构件性能分析
• 5.2.3 小结
• 5.3 中震下的结构性能分析
• 5.3.1 分析参数
• 5.3.2 结构整体及构件性能分析
• 5.3.3 小结
• 5.4 大震下的结构性能分析
• 5.4.1 分析参数
• 5.4.2 结构整体及构件性能分析
• 5.4.3 小结
• 5.5 主厂房整体结构性能评价
• 5.6 主厂房结构改进及非线性分析
• 5.7 本章小结
• 结论
• 研究成果
• 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢