耗能型抗震支吊架性能研究

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近年来调查分析发现,地震中由于非结构构件损坏造成的人员伤亡和经济损失在总损失中的占比不断上升。抗震支吊架作为建筑附属机电设备系统的重要组成部分,可在地震中给予机电工程各个系统充分保护。抗震支吊架的抗震性能直接影响管道系统安全,但目前对于抗震支吊架抗震性能所开展的试验和研究并不广泛和充分,同时各不同产商的抗震支吊架形式和构件也不尽相同,但都主要采用刚性钢杆与主体结构连接,以减少所连接的机电系统与主体结构之间的相对水平振动,从而保护机电系统地震发生时的安全。鉴于刚性杆与主体结构连接属于硬抗方式,因此借鉴建筑结构减振耗能的原理和方法,研发了一种耗能型抗震支吊架,其由锚固件、吊杆、C型槽钢、摩擦耗能器、连接件A、螺栓紧固件和连接铰组成。通过研究发现,与传统抗震支吊架相比,耗能型抗震支吊架有良好的抗震性能,使结构中薄弱构件连接件得到保护,减少了应力集中现象,在地震作用下明显减小了管道振动位移。本文的主要研究和相关发现有以下4个方面:(1)采用ABAQUS有限元软件对放置管径DN150管道的抗震支吊架进行单调静力模拟分析。管道系统不同烈度产生的水平荷载作用下两种抗震支吊架表现出不同性能:耗能型抗震支吊架的屈服点有明显的提高,整体抗震效果更优,传统抗震支吊架薄弱点在连接件,耗能型抗震支吊架在整体结构未屈服前耗能器为最大应力点,在屈服后连接件为应力最大点。(2)采用ABAQUS软件进行低周往复荷载作用下的拟静力分析,提取抗震支吊架滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、耗能系数等反映其耗能能力的性能指标,结果表明:与传统抗震支吊架相比,耗能型抗震支吊架抗震能力明显提高。并与试验数据进行对比分析,验证了试验结果的可靠性和有限元模型的准确性。(3)对抗震支吊架进行简化分析研究,验证简化分析方法的正确性,并根据简化模型研究斜撑角度、吊杆刚接或铰接对耗能型抗震支吊架整体性能的影响,结果表明45度是最佳的连接角度,吊杆采用刚接安装方便且能减小构件内力;提出耗能型抗震支吊架的设计流程,计算了管径DN100-300管道连接铰、吊杆的设计尺寸。(4)以某实际工程为例,根据简化模型,采用SAP2000软件对抗震支吊架系统在整体结构中的地震响应进行分析,结果表明:在8度地震作用下,耗能型抗震支吊架较传统抗震支吊架对管道有较明显的位移控制效果,能更好的保护管道,但对加速度的控制效果不理想。
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