CN202627194U

CN202627194U - 一种大型消能减震空间结构体系

Info

Publication number: CN202627194U
Application number: CN 201220153259
Authority: CN
Inventors: 高向宇; 陆国栋; 曹谦; 张玥; 李建勤
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2012-04-11
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2022-04-11

Abstract

一种大型消能减震空间结构体系可用于土木工程技术领域。大型火电厂空冷平台支撑结构如使用混凝土管柱钢桁架混合结构体系，往往表现为抗震防线较薄弱、低阶扭转较明显，中震后修复较难。本结构包括水平结构以及水平结构下方设置的柱体及消能减震支撑；其特征在于，消能减震支撑采用大型防屈曲支撑，防屈曲支撑设置在两根柱体的底部和顶部之间，设置为成对单斜撑，或者设置为成对交叉支撑。防屈曲支撑的材料及施工安装造价，基本上可以从缩小直径后的混凝土管柱的材料、模板和施工安装费用中抵偿，总体造价持平，抗震防线、低阶扭转、震后修复性、抗多次地震的打击能力等方面得以明显改观。此类大型支撑体系也可用于其它水平结构形式的大空间结构。

Description

一种大型消能减震空间结构体系

技术领域：

本实用新型公开了一种大型支撑结构体系，可用于土木工程技术领域，例如大型火电厂空冷平台支撑结构，大型铁路站场空间结构、大型机库、大型及特殊工业厂房等也可参照使用。

背景技术：

大型火力发电的热交换装置是空冷电站的四大设备(即锅炉、汽轮机、发电机、空冷设备)之一，由于散热需要，空冷凝汽器、散热风机(扇)需土木结构提供超大空间。一般采用混凝土管柱钢桁架混合结构体系，管柱截面大、上部结构及设施重量大、重心高，并载有大型振源，对变形和振动幅度要求严格。但是，这种结构体系往往表现为抗震防线较薄弱、低阶扭转较明显，中震后修复较难，难以承受多次、多水准地震打击，也难以实现基于性态的结构设计。

实用新型内容：

为克服现有技术的不足，本实用新型公开了一种大型支撑结构体系，可用于土木工程技术领域，例如大型火电厂空冷平台支撑结构，大型铁路站场空间结构、大型机库、大型及特殊工业厂房等也可参照使用。

本实用新型提供的一种大型消能减震空间结构体系，包括水平结构以及水平结构下方设置的柱体及消能减震支撑，所述柱体为混凝土柱，或型钢混凝土柱，或格构式钢柱；其特征在于，消能减震支撑采用大型防屈曲支撑，防屈曲支撑设置在两根柱体的底部和顶部之间，设置为成对单斜撑，或者设置为成对交叉支撑。

所述防屈曲支撑为多段连接超长尺度防屈曲支撑。

当用于空冷平台以外的其它空间结构时，水平结构形式还可采用张弦梁结构、网架结构、弦支穹顶结构或屋架结构。

本实用新型公开的解决方案是消能减震支撑钢桁架结构体系。包括混凝土柱，或型钢混凝土柱，或格构式钢柱，消能减震支撑和钢桁架。消能减震支撑可使用防屈曲支撑(也称屈曲约束支撑、无粘结支撑)，当混凝土柱采用管形截面时，直径可小于上述混合结构体系的管柱直径。

由于空冷平台结构空间尺度大，本实用新型解决相关问题所采取的技术方案是：使用多段连接超长尺度防屈曲支撑(LBRB)，防屈曲支撑在两柱底部和顶部之间连接，可设置为成对单斜撑，也可设置为成对交叉支撑。

本实用新型的技术原理是：第一，在正常使用阶段(包括多遇烈度地震下)依靠防屈曲支撑及混凝土结构所提供的侧移刚度减小结构侧移和振动，提高建筑物的功能性。第二，设防烈度地震条件下，防屈曲支撑分担大部分地震作用下的层间剪力，保护主体结构，同时靠钢芯屈服来增加结构阻尼，降低地震作用，达到消能减震的目的。第三，在罕遇烈度地震条件下，防屈曲支撑除分担剪力、消能减震之外，还提高了结构的抗倒塌能力。第四，由于主体结构性态明显改观，可实现基于性态的结构设计，为生命线工程提供可靠的土木工程结构的硬件支持。

本实用新型的主要优点和有益效果为：

具有多重抗震防线，消除了低阶扭转振型，各种地震水准下的结构性态显著提高，具有抵抗多次、多水准地震打击能力，可实现基于性态的结构设计。可用于新建结构，也可用于既有结构加固。

经济上，使用的防屈曲支撑(LBRB)的材料及施工安装造价，基本上可以从缩小直径后的混凝土管柱的材料、模板和施工安装费用中抵偿，总体造价持平。

在水平结构选型上，上述钢桁架也可采用其他结构形式。如张弦梁结构、网架结构、弦支穹顶结构、屋架结构等。因此，本实用新型还可用于大型铁路站场空间结构、大型机库、大型及特殊工业厂房等。

附图说明：

图1是某30万千瓦空冷平台结构立面构造图。

其中，1凝汽器；2钢桁架；3混凝土管柱；5风机叶片；6挡风墙。

图2是某30万千瓦空冷平台结构平面构造图

其中，3混凝土管柱；4风机洞。

图3是成对布置的单斜撑结构纵向立面图。

其中，7多段连接超长尺度防屈曲支撑，8柱底预埋件及连接件，9柱顶预埋件及连接件。

图4是成对布置的单斜撑结构横向立面图。

图5是成对布置的交叉支撑结构纵向立面图。

图6是成对布置的交叉支撑结构横向立面图。

图7是多段连接超长尺度防屈曲支撑(LBRB)外观示意图。

其中，10钢芯；11对接段；12套管；13套管对接口；14中吊点；15端吊点；16连接构造。

图8是多段连接超长尺度防屈曲支撑(LBRB)内部构造图。

其中，17钢芯工作段之一，18钢套管及内填混凝土，19切削弧，20端部间隙材料，21内部间隙材料，22平滑材料，23对接段水平向槽形焊口，24对接段竖向槽形焊口，25端吊点孔，26中吊点孔，27内部对接段封闭套管及膨胀材料，28中部对接段封闭套管及膨胀材料，29平滑材料边界。

图9是利用本实用新型进行结构设计的流程图。

具体实施方式：

1、利用本实用新型的结构体系及消能减震支撑的选取：

选定大型防屈曲支撑：根据主体结构刚度需求、抗震设防目标的需求选定大型防屈曲支撑，采用多段连接超长尺度防屈曲支撑。

多段连接超长尺度防屈曲支撑包括多个分段，每个分段包括钢芯、外包于钢芯工作段的钢套管、钢套管内填的混凝土，以及处于钢芯和内填混凝土之间的柔性材料，各分段在对接段内进行对焊连接组合，钢芯表面铺装柔性材料，装配对接封闭套管，内填混凝土并密封。

当用于空冷平台时，钢筋混凝土柱子可采用管状截面柱子，柱子截面的大小可根据消能减震设计和抗震轴压比要求进行适当缩减。当用于其它空间结构时，柱子也可采用型钢混凝土柱、格构式钢柱等形式。

当用于空冷平台时，水平结构形式采用钢桁架结构。当用于大型铁路站场、大型机库、大型及特殊工业厂时，水平结构也可采用张弦梁结构、网架结构、弦支穹顶结构或屋架结构。

2、利用本实用新型进行结构设计的主要工作包括：

主体结构力学性能计算及设防目标的确定：根据使用及竖向承载需要进行初步设计，确定主体结构构件如管柱、钢桁架的截面尺寸，计算主体结构的侧移刚度、各部位质量等，根据当地基本烈度、结构重要性程度以及功能需求，确定结构在各种水准地震作用下的性态设防目标。

超长尺度防屈曲支撑(LBRB)性能设计：选定材料、截面形式及大小、连接方式，根据性态设防目标、结构自身力学性能初步确定LBRB的初始刚度、初始屈服位移量、屈服承载力。

主体结构减震计算与设计：以多遇烈度、设防烈度地震水准下性态目标位移值作为初值，计算该地震水准下对应的结构刚度、LBRB阻尼比及结构总体阻尼比、地震作用，进行地震作用效应计算。如计算所得作用效应数值精度不够，可进行迭代计算，直到满足精度要求为止。如收敛的计算结果不满足该地震水准下的性态目标，可调整LBRB设计参数继续进行计算，直至满足要求为止。

将选定的LBRB输入到结构设计软件中，进行主体结构构造设计，混凝土构件配筋。

结构非线性分析：利用结构非线性有限元分析软件建模，对设置LBRB的结构进行非线性推覆分析和非线性时程分析，检验主体结构在罕遇烈度地震、超罕遇烈度地震下的性能，包括抗倒塌验算和LBRB防拉断验算。满足要求者即完成全部计算分析工作，如不满足需进一步调整LBRB构造和性能参数进行计算，直至满足要求为止。

预埋件、连接件设计：针对符合要求的LBRB和主体结构构造进行预埋件和连接件的设计。

可对多种结构方案进行对比分析和造价核算。

3、利用本实用新型的主要施工安装工序

以消能减震支撑混凝土管柱钢桁架结构体系为例，混凝土柱3基础施工→设置柱底预埋件8→柱身3钢筋施工→分段支模→分段浇筑混凝土→设置柱顶预埋件9→柱顶钢筋施工→柱3顶浇筑混凝土→混凝土养护→拆模→整体吊装LBRB7→连接LBRB7→吊装钢桁架8→安装风机桥架→其他机械设备、设施，以及辅助设施安装。

Claims

1.一种大型消能减震空间结构体系，包括水平结构以及水平结构下方设置的柱体及柱体间设置的消能减震支撑，所述柱体为钢筋混凝土柱，或型钢混凝土柱，或格构式钢柱；其特征在于，消能减震支撑采用防屈曲支撑，防屈曲支撑设置在两根柱体的底部和顶部之间，设置为成对单斜撑，或者设置为成对交叉支撑。

2.根据权利要求1所述的一种大型消能减震空间结构体系，其特征在于，所述防屈曲支撑为多段连接超长尺度防屈曲支撑。

3.根据权利要求1所述的一种大型消能减震空间结构体系，其特征在于，水平结构形式采用钢桁架结构，或采用张弦梁结构、网架结构、弦支穹顶结构或屋架结构。