铁路枢纽车站管道系统新型支吊架抗震性能研究

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作为现代城市交通枢纽的大跨度车站,其结构形式复杂,非结构构件类型众多,如吊顶、管道系统、玻璃幕墙等。非结构构件在地震中破坏不仅造成巨额经济损失,还可能造成车站使用功能中断,给灾后救援带来不便。因此,非结构构件震后安全性对大跨枢纽车站正常运行具有重要意义。本文以大型枢纽车站结构管道系统中的支吊架为研究对象,提出一种对管道系统具有减震作用的新型支吊架,采用数值模拟和振动台试验相结合的方法,研究其抗震性能,主要工作如下:(1)传统支吊架连接管道系统抗震性能研究。建立传统支吊架连接管道系统精细化模型,研究传统支吊架的受力特点,分析传统支吊架连接管道系统在下部框架结构、上部屋盖结构和大跨枢纽结构中的地震响应特征,发现传统支吊架的薄弱部位。结果表明,大跨枢纽结构具有放大地震效应、竖向地震作用明显的特点;当管道支吊架距离较远时,2个支吊架的地震作用有明显区别,研究时应考虑地震的非一致输入;传统支吊架连接管道系统在大跨枢纽结构中不同位置使用时的地震响应差别较大。(2)新型支吊架设计及抗震性能研究。提出一种对管道系统具有减震作用的新型支吊架;建立新型支吊架连接管道系统有限元模型,研究新型支吊架的受力特点以及新型支吊架连接管道系统在大跨枢纽结构中的地震响应;通过与传统支吊架连接管道系统的地震响应对比,验证新型支吊架的优越性;建立不同刚度与阻尼的新型支吊架连接管道系统有限元模型,输入不同地震波,研究新型支吊架斜撑弹簧刚度与阻尼对新型支吊架管道系统抗震性能的影响规律。结果表明,新型支吊架可减小管道系统加速度响应30%左右;阻尼比为35%时,减小幅度为18%;随着弹簧刚度从小到大,减震效果呈先增大后减小的趋势。(3)传统与新型支吊架连接管道系统振动台试验。分别制作传统与新型支吊架连接管道系统模型;以地震波作用于下部框架结构、上部屋盖结构以及大跨枢纽结构的加速度响应作为支吊架的输入激励,采用非一致地震输入,研究传统与新型支吊架连接管道系统的地震响应,验证新型支吊架的优越性。试验结果表明,在框架结构和屋盖结构中新型支吊架可减小管道系统加速度响应为30%左右,但对位移响应影响效果不明显,仅为10%左右。传统支吊架在屋盖结构中发生了严重破坏,而新型支吊架未发生破坏。
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