振动与冲击

作者：陶  磊,张俊发,陈厚群

单位：1.西安理工大学 水利水电学院，陕西 西安 710048；2.西安理工大学 土木建筑工程学院，陕西 西安 710048；3.中国水利水电科学研究院 工程抗震研究中心，北京 100048

关键词：冷却塔结构；地震响应分析；土-结构动力相互作用；粘弹性人工边界；自由场分析；地震动输入

大型高耸钢筋混凝土冷却塔属于典型的风敏感型结构，近年来在地震、飞机撞击、爆破等极端外部作用下动力响应研究也得到了工程界的广泛关注。土-结构动力相互作用效应（Soil Structure Interaction, SSI）对于大坝、桥梁等类型工程结构地震响应的影响研究成果较为丰富，而对冷却塔结构体系的影响程度方面很少涉及。依据弹性波动理论结合有限单元法，建立和推导了考虑土-结构动力相互作用的三维粘弹性人工边界模型和公式，并通过半空间自由场模型验证该地震动输入方法的准确性。以国内实际工程项目&mdash;&mdash;某火电厂大型冷却塔为研究背景，以通用有限元程序ANSYS为平台，分别建立了冷却塔刚性地基模型、无质量地基模型和粘弹性人工边界模型，开展模态分析及弹性时程分析，研究不同计算模型相应的动力特性及内力变化，探讨了土-结构动力相互作用的影响规律。研究结果表明：考虑刚性地基，冷却塔结构体系自振频率分布十分密集，绝大多数振型为环向谐波和子午向谐波组合的局部振型；考虑弹性地基后，结构的自振频率略有降低，整体振型较早出现。通过时程分析可知，采用粘弹性人工边界模型，考虑无限地基辐射阻尼效应，与刚性地基模型相比，塔筒的绝对加速度最大值降低43.4%，塔筒沿子午向弯矩轴力幅值降低约50%，而环向内力却均显著提高，X支柱内力幅值降低约20%~50%.因此，在进行冷却塔地震响应分析时，土-结构动力相互作用的影响不可忽视。<br>

来源：2016年第23期

《振动与冲击》期刊编辑部

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