新型高架電氣隔震裝置分析與探討
2008-01-01 00:00:00劉巖田王志剛
現代商貿工業 2008年5期
摘 要：針對高架電氣隔震控制問題，開發出新型隔震裝置，該裝置水平向剛度比較小，與普通橡膠隔震支座不同的是該裝置能夠抵抗較大的豎向拉力，從而實現對高架電氣設備的隔震。
關鍵詞：電力建筑；高架電氣裝置；防震
中圖分類號：TU文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）05-0337-02
1 高架電氣防震裝置研究的意義
強烈的地震給世界各國人民造成了巨大的災害，地震中大量建筑物的破壞與倒塌，是造成地震災害的直接原因，結構的抗震設計是結構工程領域的重要課題。在震害調查分析中發現，建筑物即使按照傳統的抗震設計方法進行設計也有倒塌的現象，因此為了保證重要建筑的安全，結構工程師們轉向對新的抗震設計方法即結構控制的研究。通過在結構上設置控制機構，由控制機構和結構共同控制抵御地震動等動力荷載，使結構的動力反應減小，從而有效地減輕地震災害。同時隨著國家經濟的發展，變電站工程建筑形式要求越來越復雜-平面上不規則，立面上也不規則，而且需要在樓板上豎向布置電纜，對結構局部剛度有所削弱，同時需要較大的內部空間，水平剛度較小。在地震作用下，這些結構將發生較大的扭轉，加重這些建筑的破壞，因此制約著結構建筑形式的多樣化發展，對變電站工程中建筑的扭轉響應控制迫在眉睫。
電力系統是生命線工程的重要組成部分。在地震中，電力系統一旦發生破壞，可能造成震區及周邊地區的大面積停電，嚴重影響救災及震后的重建工作。高壓電氣設備在地震時是應該首要保護的，而其中尤以高架電氣設備最為重要，相比其他電氣設備，高架電氣設備由于位置較高，動力響應較大，容易破壞，一旦震壞則更難修復及更換，也是震后難以通電運行的關鍵所在。而現在對于電氣設備的抗震在實際設計時考慮的較少，主要是由于設計人員認為電氣設備生產廠家已經考慮了設備的抗震，故在設計時未考慮設備的抗震。從歷次震害調查發現，高架電氣設備沒有像設計人員想象的那么安全，很多高架電氣設備遭到嚴重的破壞，因此對于高架電氣設備抗震研究迫在眉睫。
2 新型高架電氣隔震裝置
對于高架電氣設備的隔震不但要使隔震層的水平剛度小，最重要的是隔震裝置要能抵抗大震下的產生的傾覆力矩，然而普通的橡膠隔震裝置不能抵抗大震下在隔震層產生的傾覆力矩，因此普通的橡膠隔震裝置不適合應用于高架電氣設備的隔震控制，必須開發新的隔震裝置對其進行隔震。由高架電氣設備對隔震裝置的力學性能要求可知，隔震裝置必須能夠承受大震下電氣設備對其產生的拉力，而且必須水平向的剛度較小。裝置在水平向的剛度較小，而豎向的剛度較大，能夠提供較大的拉力。裝置的鋼材主要采用Q235鋼材，以保證水平向剛度較小，而且該裝置材料造價較低，材料可以就地取材，因此比較容易實現。
3 330KV電壓互感器隔震設計
3.1 工程概況
該項目來源于某高烈度地區的新建330kV變電站工程，根據《建筑抗震設防分類標準》和《建筑抗震設計規范》 (GB50011-2001)，設防烈度8度(0.309)。場地類別II類，設計分組第一組，場地特征周期取 Tg=0.35秒，不考慮近場影響。設計目標減小電氣設備的水平向地震加速度及設備頂點與底面的相對位移。隔震支座設置在支架頂部，將330KV電壓互感器與支架隔開，以達到隔離地震能量、減小電壓互感器水平地震作用的目的。330KV電壓互感器隔震設計如圖1所示：
圖1 互感器隔震設計圖
3.2 材料屬性
對于上部結構330KV電壓互感器由瓷套組成，下部支架由鋼材組成，各材料的屬性表1所示：
3.3 隔震裝置剛度確定
采用有限元分析軟件SAP200建立隔震裝置的有限元模型，通過計算分析小震下隔震層x向Y向水平剛度1.61×106N/m，大震下隔震層裝置的部分屈服，故考慮剛度的退化，取小震時剛度的0.2倍。
3.4 計算分析與構造措施
利用時程分析法，對該結構選用三條實際地震記錄和一組人工模擬加速度時程曲線，分別選取El-Centro波、Kobe波、波、Taft和所擬合的人工模擬地震波(蘭州波)。對該工程進行了分析，加速度峰值取為:多遇110.0cm/s2，罕遇510.0 cm/s2，對結構分別進行不隔震、隔震小震、隔震大震情況下計算。
（1）結構基本周期：
（2）隔震支座最大壓力：
考慮豎向地震作用，取構件重力荷載代表值的20%，隔震支座的壓力設計值由1.2×永久荷載標準值+0.2×構件重力荷載代表值求得。計算結果表明，隔震支座最大壓力設計值小于隔震裝置豎向承載壓力。
（3）隔震效率：定義隔震效率為=隔震后設備頂點最大加速度/隔震前設備頂點最大加速度，計算結果見表3
（4）罕遇地震時隔震支座驗算：
①隔震層在罕遇地震作用下隔震層水平剪力標準值平均為8.9lKN，設計值11.58KN。小于4個M18螺栓的剪力承載力設計值。
②隔震支座在罕遇地震作用下隔震層的彎矩標準值平均為25.03KN.m，螺栓的拉力設計值為25.73KN，小于螺栓容許拉力值。
③隔震裝置A構件的拉力設計值為25.73KN，小于豎向容許拉力值為。
④隔震支座在罕遇地震作用下平均最大位移為2.89cm。
（5）隔震支座以上結構設計：
隔震層以上結構應采取不阻礙隔震層在罕遇地震下發生較大變形的措施。上部結構及隔震層部件應與周圍固定物脫開，與水平方向固定物的脫開距離。
（6）隔震支座以下支架結構設計：
隔震層以下結構的強度、剛度、穩定性對上部結構安全至關重要，應務必使該部分結構具有較大的安全儲備。根據抗震規范GB500II-2001要求，隔震層以下結構的地震作用和抗震驗算，應按罕遇地震作用下內力組合進行驗算。水平剪力Vi為11.58KN、軸力N為ZI.87KN，彎矩為上部結構在罕遇地震作用下產生的彎矩+Vi H，H為支架柱高。
參考文獻
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［2］李宏男，閻石，林皋.智能結構控制發展綜述.地震工程與工程振動，1999，19(2):29-36.
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注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。
