CN108589839A - 一种tmd减震水箱结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种TMD(Tuned Mass Damper,调谐质量阻尼器)减震水箱结构，包括水箱和设置在所述水箱的底板上的支墩；其中,所述支墩的调谐频率其中,∑K即为所有所述支墩的总刚度，M为所述水箱总质量，包括所述水箱自重和其中冲动水的质量和。通过本发明提供一种TMD减震水箱结构可以保持原全套的标准设计不变，只做局部少量改动，附加经济费用极为有限，又不会带来附加的相对位移所导致的地下管道破断的问题，改善了核电厂房的抗震性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种TMD减震水箱结构(TMD即为Tuned Mass Damper,调谐质量阻尼器)。
背景技术
核电厂中，根据工艺系统的需要，在厂房不同的部位布置各类重量较大的水箱。在核电厂抗震设计中，目前对众多核岛内系统工艺设备的抗震设计能力的提升已非常困难。因此，如何在不改动原核岛结构和内部设施全套的标准设计前提下，改善了核电厂房的抗震性能，达到减震效果，即无需外加质量，就可构成TMD(Tuned Mass Damper,调谐质量阻尼器)减震体系，既保持水箱原有功能，又改善了核电厂房的抗震性能。成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种TMD减震水箱结构，其特征在于，包括水箱和设置在所述水箱的底板上的支墩；其中,
所述支墩的调谐频率
其中,∑K即为所有所述支墩的总刚度，M为所述水箱总质量，包括所述水箱自重和其中冲动水的质量和。
优选地，所述支墩为钢管柱或钢管砼支墩的结构形式。
优选地，所述支墩的高度和个数可根据实际情况进行自由选择。
优选地，根据所述支墩的总刚度除以个数设计每根支墩的截面。
优选地，在所述水箱上还设置有加劲梁。
优选地，所述TMD减震水箱结构应用于中高地震风险区的三代核电厂。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、核电厂的抗震设计都有严格的规范体系所制约，以目前三代核电厂抗震设计为例，全世界流行的地震设计输入水平与竖向均为0.25g～0.30g。故若在中高地震风险区(指水平向为0.30g～0.45g，竖向为其2/3)地震输入超过0.30g 的，不采用技术措施就不安全。有效的技术措施之一是采用基础隔震技术，它的减震效率可以提高，但它同时带来核岛相对位移较大，这会增加地下管道破断的风险，但采用本发明提供的TMD减震水箱结构，可以保持原全套的标准设计不变，只做局部少量改动，附加经济费用极为有限，又不会带来附加的相对位移所导致的地下管道破断的问题。
2、通常的TMD技术的质量块是在设计中额外附加的，而本发明提供的TMD 减震水箱结构的质量块就是直接利用原本就存在的水箱结构，实现水箱功能多元化，很大程度节省由于附加TMD所产生的工程费用，施工简单，适用范围较广。
附图说明
图1为本发明提供的TMD减震水箱结构的示意图之一。
图2为本发明提供的TMD减震水箱结构的示意图之二。
1-水箱；
2-支墩；
3-加劲梁。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1和图2所示，一种TMD减震水箱结构，其特征在于，包括水箱1和设置在所述水箱1的底板上的支墩2；其中,
所述支墩2的调谐频率
其中,∑K即为所有所述支墩2的总刚度，M为所述水箱1总质量，包括所述水箱自重和其中冲动水的质量和。
调谐质量阻尼器TMD技术的作用机理是把由质量块调谐频率的弹性元件及耗散结构振动能量的阻尼元件所组成的体系，附加在结构上，当结构在地震作用下产生振动时，令TMD的质量块产生与结构异相位的振动，从而就可以减少结构本身的振动。
核电厂中，根据工艺系统的需要，在厂房不同的部位布置各类重量较大的水箱。本发明所提供的一种TMD减震水箱结构，把这些水箱从屋顶或楼板表面脱离开来，并且设计若干特殊支墩与主体结构相连，则可构成水箱TMD体系，在满足工艺系统设计需求的前提下同时发挥消能减震的作用。该TMD减震水箱结构通过特殊设计的支墩与主体结构相连，根据具体减震需求，确定支墩的刚度以及对应的支墩结构形式与布置方式，以便实现所需调谐的频率。该TMD减震水箱结构无需外加质量，就可构成TMD减震体系，既保持水箱原有功能，又改善了核电厂房的抗震性能。
为把核电厂房中水箱整体抬升脱离，先得按原水箱的形状及尺寸保持不变，另外设计出独立的水箱底板，在水箱底板位置布置一定数量的合适支墩，即可组成水箱TMD体系。
本技术的关键是合理选择支墩的调谐频率，该值主要由所设计支墩的刚度来控制，即调谐频率为：
式中∑K即为所有支墩的总刚度，M为水箱总质量，包括水箱体自重和其中冲动水的质量和。
在核电厂抗震设计中，目前对众多核岛内系统工艺设备的抗震设计能力的提升已非常困难。因此本发明专利主要实现以下目标：由采用TMD水箱的核岛结构在三代核电厂比原标准设计提高了一定幅度的地震设计输入下计算所得各层楼面反应谱能够被原标准设计所用楼面反应谱所包络。为此本专利技术的水平调谐频率选用楼面谱水平向的主控频率，而在核电厂设计中，它不一定是核岛厂房的水平基频。
调谐频率fs选定之后，将核岛模型先简化为双质点体系，可确定水箱支墩设计频率fs与主结构频率f间关系，则从上式中可得到水箱支墩的总刚度值：∑K＝fs 2×4×π2×M。
支墩设计根据具体需要可选用钢管柱或钢管砼支墩的结构形式。从安装与维护角度考虑，可确定支墩高度T及支墩个数n，然后根据所需总刚度除以n设计每根支墩的截面。
优选地，所述支墩2为钢管柱或钢管砼支墩的结构形式。
优选地，所述支墩2的高度和个数可根据实际情况进行自由选择。
优选地，根据所述支墩2的总刚度除以个数设计每根支墩的截面。
优选地，在所述水箱1上还设置有加劲梁3。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、核电厂的抗震设计都有严格的规范体系所制约，以目前三代核电厂抗震设计为例，全世界流行的地震设计输入水平与竖向均为0.25g～0.30g。故若在中高地震风险区(指水平向为0.30g～0.45g，竖向为其2/3)地震输入超过0.30g 的，不采用技术措施就不安全。有效的技术措施之一是采用基础隔震技术，它的减震效率可以提高，但它同时带来核岛相对位移较大，这会增加地下管道破断的风险，但采用本发明提供的TMD减震水箱结构，可以保持原全套的标准设计不变，只做局部少量改动，附加经济费用极为有限，又不会带来附加的相对位移所导致的地下管道破断的问题。
2、通常的TMD技术的质量块是在设计中额外附加的，而本发明提供的TMD 减震水箱结构的质量块就是直接利用原本就存在的水箱结构，实现水箱功能多元化，很大程度节省由于附加TMD所产生的工程费用，施工简单，适用范围较广。
此外，值得提醒的是本发明提供的TMD减震水箱结构采用TMD减震理念使上部结构的地震荷载(加速度)有效降低。在具体的核电厂抗震设计中，减震的幅度目标依赖于水平调谐频率的选择及支墩的工程设计手段的合理权衡，而本发明提供的TMD减震水箱结构中对核电厂抗震能力的提升以保持厂内众多重要核设施原先的抗震标准设计不变为控制目标。这正是核电工程设计经验的积累中得来的最实用准则。与减震效果相关的减震系数的确定不在本发明提供的 TMD减震水箱结构中重点涉及。虽然在常规的民品工程设计市场中，TMD减震技术只以建筑物基底剪力减少为标准，据相关文献记载在采用附加技术措施后减震系数可达50％以上。但核电厂抗震减震有其严格的规范体系制约，提倡采用简单成熟可靠的技术，而不必追求理论指标的先进，本技术的具体目标是控制众多设备设计的楼面反应谱为原标准设计的楼面设计反应谱所包络，这正是传统 TMD减震技术很少关注的。
通常，核岛结构两个水平方向的主控频率是不一致的，不管选用哪种调谐频率，最终当以楼面谱幅值调整效果为判别依据。此外，按国际核工程分析标准规定，本技术主张应至少采用五组以上的不同地震时程输入，同时对调谐频率作±5％以上的调整，建立不同模型进行分析，以最终分析结果取多组变量平均值作为设计依据为妥。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种TMD减震水箱结构，其特征在于，包括水箱和设置在所述水箱的底板上的支墩；其中,
所述支墩的调谐频率
其中,∑K即为所有所述支墩的总刚度，M为所述水箱总质量，包括所述水箱自重和其中冲动水的质量和。
2.如权利要求1所述的TMD减震水箱结构，其特征在于，所述支墩为钢管柱或钢管砼支墩的结构形式。
3.如权利要求1所述的TMD减震水箱结构，其特征在于，所述支墩的高度和个数可根据实际情况进行自由选择。
4.如权利要求1所述的TMD减震水箱结构，其特征在于，根据所述支墩的总刚度除以个数设计每根支墩的截面。
5.如权利要求1所述的TMD减震水箱结构，其特征在于，在所述水箱上还设置有加劲梁。
6.如权利要求1所述的TMD减震水箱结构，其特征在于，所述TMD减震水箱结构应用于中高地震风险区的三代核电厂。
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