摘 要

汽轮发电机机组是发电厂的心脏，作为直接支承汽轮发电机的基础，其动力特性的优劣将直接影响机组是否能长期、安全、稳定地运行。根据框架汽轮发电机结构设备质量大、结构高的特点以及在以往的研究中大多数人忽略地震作用对上部结构的影响。本项目提出通过利用SAP2000对框架汽轮发电机基础建立结构模型，进行静力作用与地震作用下的承载力校核，主要包括静力分析、模态分析、地震反应谱分析和动力时程分析。根据结果对汽机基础结构进行配筋设计。为了能更加经济的进行梁柱的设计，更大限度的降低框架剪力墙汽轮发电机基础在地震作用下的反应，可以利用消能减震法。对框架剪力墙汽轮发电机基础进行设备隔震，通常我们在设备支座处安装隔震支座。这不但降低地震在地震作用下设备对主体结构的作用，设计了更为合理的截面，而且在设备支座处直接安装隔震支撑，实际施工安装和维护修整会很容易。本项目的主要研究内容与成果总结如下：

1、运用SAP2000建立框架剪力墙式汽轮发电机基础结构的模型，按照汽机基础的设计图，对它进行了相应的简化。将汽轮机组重力视为恒荷载作用在基础上，并给基础结构施加自身重力。其分析得出的混凝土柱的内力结果，并对该内力结果进行承载力验算。

2、给模型进行抗震分析主要包括模态分析、反应谱分析、多遇地震下的时程分析。通过模态分析得到建筑物的振型和固有频率；通过反应谱分析主要验算柱的内力和层间位移角；通过时程分析得到位移、弯矩、剪力、加速度响应，主要验算底部剪力和顶点的层间位移。

3、针对结构抗震分析结果采取相应的隔震措施，对应设置隔震装置的汽机基础结构进行了反应谱分析和多遇时程分析，具体研究内容是校核设置隔震支座后结构的基底剪力、位移及层间位移、位移角等。

关键词：汽机基础，SAP2000，静力分析，抗震分析，隔震措施

Abstract

Turbine-generator unit is the heart of power plant, as the foundation for bearing generator directly, the merits of its dynamic characteristics will directly affect the units will be able to long-term, safe and stable operation or not. Because of heavy equipment and large height of turbine-generator unit foundation and in previous researches, the affect of earthquake to upper structure is ignored by most people, The project use SAP2000 to establish structural model of the framework of the turbine generator foundation, it checks the static action and seismic capacity under the bearing capacity, which include analyses of modal, seismic response spectrum and time history were performed. According to the results these we can do the reinforcement design of turbine-generator unit foundation. In order to be more economical for beam and column design and to achieve the purpose of earthquake energy dissipation, the isolation bearing was proposed to be set on the main support equipment of turbine-generator unit foundation .This will not only design a more reasonable cross-section, but also installed isolation support directly in the equipment support, then the construction、maintenance and repair will be easy. The main contents and achievements of this project are summarized as follows:

1,To establish the frame shear wall turbine generator foundation model, we use the software of SAP2000.According to the design of the turbine foundation, there is a corresponding simplified. The gravity of turbine are regard as constant load and exert on the foundation, and the foundation infrastructure exert their own gravity. As the internal force of the concrete column can be analyzed by SAP2000, the bearing capacity of the foundation can be checked.

2,The seismic analysis of the model mainly includes modal analysis, response spectrum analysis, and time history analysis under earthquake. The modal and natural frequencies of buildings are obtained by modal analysis. The internal force and interlayer displacement angle of the column are mainly checked by response spectrum analysis. The displacement, bending moment, shear force and acceleration response are obtained by time history analysis, then we can check the bottom shear and the interlayer displacement of the vertices..

3,Arccoding to the seismic analysis results of the structure, we take the corresponding isolation measures. The isolation mechanism was set up for the turbine foundation, and then the response spectrum analysis and the time history analysis were carried out. After set up isolation bearing, The specific research contents of the model include checking the base shear force, interlayer displacement, displacement angle and so on.

Keywords: turbine-generator unit foundation, sap2000, static analysis, isolation measures.

目录

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 3

1.3项目介绍 3

1.3.1结构基本概况 3

1.3.2结构荷载信息 5

1.3.3结构选型 5

第2章 理论分析 7

2.1模态分析原理 7

2.2反应谱分析原理 8

2.3时程分析原理[11] [12] 9

2.4设备隔震的原理 11

第3章 汽机基础模型与结构静力分析 14

3.1 SAP2000建模 14

3.1.1 定义材料的基本参数 14

3.1.2 SAP2000有限元软件建立的汽机基础结构有限元模型 14

3.2 模型的加载 15

3.3 模型截面的计算分析 16

3.3.1 混凝土柱的计算结果 16

3.3.2混凝土柱承载力验算 19

3.4本章小结 20

第4章 汽机基础结构抗震分析 20

4.1模态分析 21

4.2反应谱法抗震分析 26

4.2.1反应谱的定义 26

4.2.2层间位移和位移角 28

4.2.3柱截面内力验算 28

4.3多遇地震下的时程分析 32

4.3.1时程分析法在SAP2000中的实现 32

4.3.2地震波的选取 33

4.3.3 多遇地震下框架汽轮发电机结构响应分析 35

4.4本章小结 41

第5章 钢筋混凝土汽机基础结构设计结果 41

第6章 隔震支座在汽机基础结构中的应用 44

6.1汽机基础结构隔震设计研究 45

6.2有限元模型 45

6.3模态分析 45

6.4基于反应谱法和时程分析法结构抗震性能分析 46

6.4.1反应谱法抗震分析 46

6.4.2多遇地震弹性时程分析 47

6.5本章小结 48

第7章 主要研究结论 49

第8章 参考文献 50

致谢 51

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

在众多的自然灾害中，地震对社会的影响很大。根据资料显示，地球每年发生的地震将近500万次。虽然很多地震距离人们太远或者太小，人们难以察觉，但是在人口密集地区发生的大地震将会给居民带来巨大的伤害。地震不仅严重威胁人类生命并且还会造成了巨大的经济损失。地震会引起强烈的地面震动，这会使地面出现裂缝和变形，同时，它会破坏各类建筑物或构筑物并引起火灾、海啸、爆炸、核泄漏等次生灾害。2011年3月11日，日本福岛工业区受日本9级特大地震的影响，福岛第一核电站的放射性物质发生泄漏，同年4月发生7.1级地震，此次地震再次导致了海啸和核泄漏。由此可见地震的次生灾害造成的社会不良影响往往相较于直接灾害而言会更大。目前的科学技术并不能正确无误的预测地震的发生时间和地点，所以人们更多的是防御地震。人们对降低地震灾害所造成的不良影响进行了一些列研究，在结构工程中提高建筑物或者构筑物的抗震隔震性能已经成为了一个新兴的热门课题。

目前，随着第二次工业革命的开展，人们对电力的依赖程度越来越高，同时大型汽轮发电机在全世界广泛运用。目前重量超过500t的超级机型已经开始投入使用，在未来也将会广泛推广，大型汽轮机基础的可靠性对发电厂的安全稳定生产有重要意义。在众多的工业建筑中,汽机基础有其独特的方面，它的高度达15米以上，同时发电机设备和其自身的重力荷载比较大，常见的强柱弱梁的设计在发电机基础中并不适用，当发生地震时塑性铰出现的位置往往在柱子界面上，使得结构极易发生脆性破坏，人员撤离和后期维修将极其困难。这直接导致的财产以及安全的损失将是非常巨大，同时人们赖以生活的电力工程将会瘫痪，后期影响也是非常巨大的。因此，为了保证汽轮发电机基础的安全性，研究汽轮发电机基础在地震发生时的响应是非常必要的。