[发明专利]一种基于弹簧-质量模型的用于指导设备-支撑系统抗震设计的方法

说明书

本发明涉及抗震设计技术领域，具体涉及一种基于弹簧‑质量模型的用于指导设备‑支撑系统抗震设计的方法，包括如下步骤：将设备及其支撑简化为具有两个自由度的第一弹簧‑质量系统，将不存在所述支撑时的所述设备简化为单自由度的第二弹簧‑质量系统；针对所述第一弹簧‑质量系统，求得设备及支撑构成的系统其固有频率与设备固有频率的偏离量Δ₁以及其固有频率与支撑固有频率的偏离量Δ₂；求得支撑对设备的位移响应的影响系数R_x以及支撑对设备的加速度响应的影响系数R_a；根据所述Δ₁、Δ₂、R_x和R_a指导设备‑支撑系统的抗震设计，本发明通过量化支撑对设备响应的影响，揭示支撑影响的根源，界定其影响程度，可为设备‑支撑系统的抗震设计提供指导。

技术领域

本发明涉及抗震设计技术领域，具体涉及一种基于弹簧-质量模型的用于指导设备-支撑系统抗震设计的方法。

背景技术

对于设备的抗震鉴定，可以采用分析方法、试验方法、相似法、地震经验数据法，也可以采用上述方法的组合进行推理论证。但是，无论采用何种抗震鉴定方法，地震的模拟都是其中必不可少的一个环节，且地震模拟的准确性直接关系到设备抗震鉴定的合理性。对于不直接安装于地板、而是采用支撑结构的设备，在仅以设备为研究对象的情况下(例如，安装于基座或管道的设备)，设备的抗震鉴定一般采用如下方法确定地震输入：

(1)若设备的固有频率低于地震波截止频率，选取设备的上一楼层响应谱作为地震输入，以期包络支撑结构(例如，设备基座)对设备地震响应的影响。

(2)若设备的固有频率大于地震波截止频率，采用静力法计算设备地震响应时，地震载荷的等效静力有如下确定方法：

(a)采用适用的设备技术规格书中所给出的包络加速度；

(b)设备上一楼层响应谱零周期加速度(ZPA)；

(c)对于多自由度部件，当部件模型简单时，可以采用设备上一楼层响应谱上大于等于设备基频的频段所对应的谱值的最大值的1.5倍。

有支撑结构的设备，其地震载荷传递路径，首先是厂房，然后是支撑结构，最后是设备。因此，就设备抗震鉴定而言，需要考虑厂房、支撑和设备三者共同的作用。根据GB50267-1997《核电厂抗震设计规范》，在核电厂的抗震设计中，主体结构可作为主体系，其它被支承的结构、系统和部件可作为子体系。针对厂房、支撑(包括基座)和设备三者划分主体系与子体系，宜将厂房作为主体系，支撑和设备作为子体系。这是基于以下考虑，其一，支撑和设备相对于厂房为局部结构，其二，支撑和设备的振动特性，尤其是与厂房直接相连的支撑结构的振动特性与厂房的振动特性相去甚远，其三，在厂房的楼层响应谱中主要体现的是厂房整体的振动特性，并没有体现支撑结构(例如，基座)的振动特性，故而将支撑和设备视为相对于厂房的子体系。一般而言，设备和支撑的质量之和远小于厂房的质量，即满足子体系与主体系质量比小于0.01的解耦条件，因此，设备和支撑可以独立于厂房开展抗震鉴定，同时将厂房传递的地震载荷通过厂房的楼层响应谱来体现。

在核电厂采购设备时，一般是通过设备技术规格书、设备采购技术规范，向设备生产厂家对设备提出抗震要求。对于地震载荷以楼层响应谱形式给出的设备，若设备并非安装于楼层地板上，而是安装于支撑上，由于支撑结构自身在地震下会产生一定的变形，支撑与设备连接处和支撑与地板连接处的地震响应势必会有差别。因而，NB/T 20036.2-2011《核电厂能动机械设备鉴定第2部分：抗震鉴定》在“地震模拟”一节对地震输入提出要求，“应针对安装设备的基础、楼层或系统确定输入地震”。即，在做具有支撑结构的设备抗震鉴定时，要求针对支撑结构确定设备的地震输入。

但是对于安装于支撑结构的设备，在抗震鉴定时若不以设备和支撑结构为整体，而仅仅以设备为分析对象时，现有方法无法量化支撑对设备响应的影响，更加无法界定影响程度。

发明内容