CN110940473A - 一种高加速度地震谱的模拟方法 - Google Patents

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李玉荣
范遂
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Abstract

本发明公开了一种高加速度地震谱的模拟方法，方法将抗震试验的整个频率范围根据液压地震台和电磁振动台的能力分段，低频段抗震试验采用低频性能好的液压地震台，高于转折频率的高频段抗震试验采用高频性能好的电磁振动台，同时确保试验反应谱包络要求反应谱。本发明所提供模拟方法在不同的频率段采用不同原理的试验台，可发挥试验台在特定频段内的优势，可在国内已有的液压地震台和电磁振动台上验证设备抗高水平地震的能力，从而提高设备的厂址适应性、安全性。

Description

一种高加速度地震谱的模拟方法
技术领域
本发明属于设备抗震鉴定技术领域，具体涉及一种高加速度地震谱的模拟方法。
背景技术
地震是一种非常常见的自然现象。每年全世界约发生地震500多万次，真正能对人类造成严重危害的地震平均每年一二十次。地震扰动具有同时破坏冗余部件的潜力。地震破坏的这一特点，使得设计中的多重性、多样性准则以及纵深防御的理念失去意义。简言之，地震可能引起设备的共因失效，因此在设计和建造中必须重视抗震鉴定工作。
电力、建筑和国防等行业目前越来越重视地震外部事件对设备系统的安全性及可靠性的影响，且设计中要求的地震加速度在不断提高，要求考虑的频率范围也在不断拓宽。很多重要设备或者关键设备的抗地震能力常通过地震试验进行验证。设备采购方通常通过要求反应谱的形式给出设备需要考虑的地震水平。
比如，中国专利“一种建筑结构的抗震控制设计方法”(公开号：CN101575885A，公开日期2009年11月11日)，该方法根据密肋结构体系的使用场所，选择各部件的组成形式；根据功率密度函数表达式，确定多遇地震、基本设防烈度地震和罕遇地震的输入强度；结构计算模型的确立，即确定密肋结构弹性阶段的等效弹性模型、弹塑性阶段的钢架斜压杆模型、破坏阶段的梁铰框架模型。
中国专利“一种核电用干式变压器的抗震性能分析方法”(公开号：CN101944140A，公开日期：2011年1月12日)提供了一种核电用干式变压器的抗震性能分析方法，包括以下步骤：结构初步设计、计算模型确立、电磁场分析、结构静态分析、地震作用输入条件确定、计算模型强度计算、抗震性能评估、薄弱环节修正和抗震验证试验，当干式变压器在抗震验证试验中得到的实测值与其理论计算值之间的误差落在允许范围内时，产品设计投入生产。
高加速度地震要求反应谱具有以下特点：低频位移大，高峰值加速度，宽频域。此前针对地震要求反应谱的试验都是在液压地震台上采用多频波的人工加速度时程试验进行模拟的。但对于高加速度的地震要求反应谱，由于国内目前液压地震台的最大空载加速度仅为4g，当被测设备重量增大时，加速度更低。因此无法利用国内现有的液压地震台采用多频波人工加速度时程试验的方法来模拟高加速度的地震要求反应谱。而电磁振动台虽然高频处加速度可以达到很高，但是低频位移很小，因此同样无法利用国内现有的电磁振动台采用多频波人工加速度时程试验的方法来模拟高加速度的地震要求反应谱。
针对以上问题，本发明提出的方法利用国内现有的液压地震台和电磁振动台，将抗震试验的整个频率范围根据试验台的能力进行分段，不同的频率段采用不同原理的试验台；采用单频波的方法来模拟高加速度的地震谱。采用本方法可以在国内验证设备抗高水平地震的能力，提高设备的厂址适应性、安全性、经济性和竞争力，进而提高电力、建筑和国防等行业整体的安全性和经济性水平。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供了一种利用已有地震/振动试验台架来模拟高加速度地震谱的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高加速度地震谱的模拟方法，所述方法具体如下：根据液压地震台和电磁振动台的能力，确定转折频率，该转折频率位于低频段，高于该频率时，使用电磁振动台试验的试验反应谱可包络要求反应谱，而低于该转折频率时，使用电磁台试验的试验反应谱则无法包络要求反应谱。转折频率将抗震试验的整个频率范围分段，低于转折频率的低频段抗震试验采用低频性能好的液压地震台，高于转折频率的高频段抗震试验采用高频性能好的电磁振动台。
进一步地，采用单频波的方法进行抗震试验，选择合适的频率间隔、各频点处的加速度，使得试验反应谱包络要求多频反应谱。
进一步地，在地震扰动的上限频率以下的频率间隔较大，在地震扰动的上限频率以上的频率间隔较小。
进一步地，在地震扰动的上限频率以下的频率间隔为1/3倍频程，在地震扰动的上限频率以上的频率间隔为1/6倍频程。
进一步地，所述地震扰动的上限频率是在33Hz附近。
进一步地，采用单频正弦拍波的方法进行抗震试验，调整单频正弦拍波中的周波数，使得试验反应谱包络要求多频反应谱。
本发明的有益效果在于：本发明所提供的方法利用国内现有的液压地震台和电磁振动台，将抗震试验的整个频率范围根据试验台的能力进行分段，不同的频率段采用不同原理的试验台；采用单频波的方法来模拟高加速度的地震谱。采用本方法可以在国内验证设备抗高水平地震的能力，提高设备的厂址适应性、安全性、经济性和竞争力，进而提高电力、建筑和国防等行业整体的安全性和经济性水平。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中的要求反应谱曲线。
具体实施方式
下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，在抗震实验中试验反应谱应当包络要求反应谱曲线，以测试设备是否满足抗震要求。其中，图1中的S1曲线为运行基准地震(Operation Base Earthquake，OBE)下的要求反应谱曲线，S2曲线为安全停堆地震(Safe Shutdown Earthquake，SSE)下的要求反应谱曲线，可根据试验单位液压地震台和电磁振动台的能力，通过抗震试验前的摸底试验，在1-10Hz之间分别确定OBE要求反应谱曲线的转折频率f1、以及SSE要求反应谱曲线的转折频率f2，f1和f2可以相同，也可以不同。转折频率f1、f2以下采用液压地震台而f1、f2以上采用电磁振动台。
实施例1：
液压地震台和电磁振动台均采用单频波的方法进行抗震试验，其中OBE试验采用单频正弦扫描波法或正弦拍波法，SSE试验采用单频正弦拍波法。S1曲线中转折频率f1以下在液压地震台进行正弦扫描试验，f1以上在电磁振动台进行正弦扫描试验；S2曲线中转折频率f2以下在液压地震台进行正弦拍波试验，f2以上在电磁振动台进行正弦拍波试验。选择合适的频率间隔、各频点处的加速度，使得试验反应谱包络图1所示的2条严酷的要求反应谱，解决了以往仅采用液压台试验在约8Hz以上无法包络要求反应谱，以及仅采用电磁振动台试验在约8Hz以下无法包络要求反应谱的现状。
在抗震试验的整个频率范围内分段选择合适的频率间隔，地震扰动的上限频率(一般认为是33Hz)以下采用较大的频率间隔(如1/3倍频程)，以上采用较小的频率间隔(如1/6倍频程)。
实施例2：
液压地震台和电磁振动台均采用单频正弦拍波的方法进行抗震试验，设计正弦拍波每拍中的周波数，不限于通常的每拍5-10个周波，可根据放大倍数的需要提高每拍中的周波数，使得试验反应谱包络图1所示的2条要求反应谱。
在抗震试验的整个频率范围内分段选择合适的频率间隔，地震扰动的上限频率(一般认为是33Hz)以下采用较大的频率间隔，如1/3倍频程，以上采用较小的频率间隔，如1/6倍频程。
显然，本领域的技术人员可以对本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同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种高加速度地震谱的模拟方法，其特征在于：所述方法具体如下：根据液压地震台和电磁振动台的能力，确定转折频率，将抗震试验的整个频率范围分段，低于转折频率的低频段抗震试验采用低频性能好的液压地震台，高于转折频率的高频段抗震试验采用高频性能好的电磁振动台。
2.一种如权利要求1所述的高加速度地震谱的模拟方法，其特征在于：采用单频波的方法进行抗震试验，选择合适的频率间隔、各频点处的加速度，使得试验反应谱包络要求多频反应谱。
3.一种如权利要求2所述的高加速度地震谱的模拟方法，其特征在于：在地震扰动的上限频率以下的频率间隔较大，在地震扰动的上限频率以上的频率间隔较小。
4.一种如权利要求3所述的高加速度地震谱的模拟方法，其特征在于：在地震扰动的上限频率以下的频率间隔为1/3倍频程，在地震扰动的上限频率以上的频率间隔为1/6倍频程。
5.一种如权利要求3所述的高加速度地震谱的模拟方法，其特征在于：所述地震扰动的上限频率在33Hz附近。
6.一种如权利要求2所述的高加速度地震谱的模拟方法，其特征在于：采用单频正弦拍波的方法进行抗震试验，调整单频正弦拍波中的周波数，使得试验反应谱包络要求多频反应谱。
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