閥廳結(jié)構(gòu)中型鋼混凝土支撐抗震性能研究

摘要：支撐結(jié)構(gòu)是換流站閥廳中重要的抗側(cè)力構(gòu)件，采用型鋼混凝土制作的支撐具有良好的抗側(cè)力和耐火性能，適合在閥廳結(jié)構(gòu)中使用，目前對(duì)其鮮有研究。為探究不同形式型鋼混凝土支撐的抗震性能，增加其在閥廳等結(jié)構(gòu)中的使用，對(duì)典型的“K”型和“X”型支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行了低周往復(fù)試驗(yàn)，并對(duì)設(shè)置兩種支撐的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析。試驗(yàn)結(jié)果顯示：兩種支撐均具有良好的承載能力和塑性變形能力，加載后期支撐節(jié)點(diǎn)處均出現(xiàn)明顯破壞，梁柱主體保持完好。滯回曲線、骨架曲線、延性性能、等效黏滯系數(shù)等指標(biāo)顯示，“X”型支撐結(jié)構(gòu)的承載能力優(yōu)于“K”型的，但后者的延性耗能能力優(yōu)于前者。整體有限元分析結(jié)果顯示，設(shè)置兩種支撐對(duì)整體結(jié)構(gòu)內(nèi)力最不利，基底內(nèi)力和柱頂位移的影響接近。故“K”型支撐是閥廳結(jié)構(gòu)中更適宜的支撐形式，若對(duì)承載力有較高要求時(shí)可考慮采用“X”型支撐。

關(guān)鍵詞：閥廳結(jié)構(gòu)；型鋼混凝土支撐；低周往復(fù)試驗(yàn)；抗震性能

中圖分類號(hào)：TU389.9;TU317.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-6792（2025）01-0132-10

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)具有防火性能良好、材料利用率高和抗震性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，在橋梁結(jié)構(gòu)、高層結(jié)構(gòu)和工業(yè)建筑中發(fā)揮著重要作用，對(duì)其力學(xué)特性和抗震性能的研究一直是工程界和科研人員關(guān)注的重點(diǎn)［1-3］。換流站閥廳結(jié)構(gòu)作為電力轉(zhuǎn)換中樞，對(duì)承載能力和抗震性能要求較高［4-5］，有一定的防火及耐久需求。閥廳結(jié)構(gòu)除一般梁柱結(jié)構(gòu)外，考慮到剛度和抗震等需求，部分軸線上需增設(shè)支撐結(jié)構(gòu)。現(xiàn)階段閥廳結(jié)構(gòu)的支撐一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)，存在承載力、耗能能力較差或耐腐蝕和防火性能不足及可能失穩(wěn)的問題。在閥廳結(jié)構(gòu)中設(shè)置型鋼混凝土支撐可以較好地解決以上的缺陷。

現(xiàn)階段的研究主要集中在型鋼支撐的性質(zhì)及其對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，如HSU H L等［6］提出了一種膝支撐耗能框架結(jié)構(gòu)，對(duì)普通框架結(jié)構(gòu)以及新型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了循環(huán)加載試驗(yàn)；RAHIMI A等［7］運(yùn)用有限元研究了鋼制“X”型支撐對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)整體及節(jié)點(diǎn)的抗震方面帶來的不利影響；王振宇［8］提出了“X”型支撐承載力計(jì)算方法，并分析“X”型雙片角鋼柱間支撐的抗震性能；尹曉旭［9］對(duì)柱間柔性支撐、剛性支撐進(jìn)行了研究，對(duì)支撐及柱腳受力做了分析。除典型的“X”型支撐外，對(duì)空間占用較少的“K”型（或稱為人字形）支撐結(jié)構(gòu)，因其對(duì)設(shè)置支撐跨間的空間占用較小，利于車輛通行和門窗的設(shè)置，吸引學(xué)者對(duì)其進(jìn)行研究，并與“X”型支撐對(duì)比分析。如李劉偉等［10］對(duì)分別設(shè)置“K”型和“X”型支撐的13層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了Pushover分析，對(duì)各種支撐的延性性能進(jìn)行了對(duì)比；邱藝［11］利用動(dòng)力時(shí)程分析，對(duì)多層中、重型廠房的不同支撐結(jié)構(gòu)（“X”型、“K”型及兩種形式組合）在多遇和罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行了研究。綜合近年的部分有代表性的研究成果發(fā)現(xiàn)，對(duì)各種形式的純鋼支撐的研究已有相當(dāng)多的成果，但缺少對(duì)型鋼混凝土支撐結(jié)構(gòu)的探討分析。

當(dāng)前研究存在以下不足：一方面在閥廳結(jié)構(gòu)中增設(shè)的支撐結(jié)構(gòu)可加強(qiáng)其抗震性能，但鮮有采用具有較好性能的型鋼混凝土支撐的研究。另一方面，具體采用何種形式的型鋼混凝土支撐結(jié)構(gòu)，目前缺乏相關(guān)文獻(xiàn)參考，故有必要對(duì)設(shè)置型鋼混凝土支撐結(jié)構(gòu)的閥廳性能進(jìn)行分析，并針對(duì)常用的“X”型和“K”型兩種支撐結(jié)構(gòu)對(duì)比其各自的性能，以評(píng)估其布置于閥廳結(jié)構(gòu)中的作用。針對(duì)以上需求，選擇一實(shí)際閥廳結(jié)構(gòu)合理布置支撐結(jié)構(gòu)，并采用整體有限元法局部試驗(yàn)研究的方式完成布置兩種型鋼混凝土支撐的閥廳結(jié)構(gòu)抗震性能的對(duì)比研究。

為此，在有限元計(jì)算和試驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上，分析兩種支撐結(jié)構(gòu)對(duì)閥廳結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，并對(duì)兩種形式支撐結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征進(jìn)行研究，分別對(duì)整體結(jié)構(gòu)和單體構(gòu)件的性能對(duì)比分析，為換流站閥廳結(jié)構(gòu)及其他工業(yè)廠房中型鋼混凝土支撐的選用提供參考。

1型鋼混凝土支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與布置

選擇某500 kV換流站閥廳結(jié)構(gòu)，其主要尺寸及結(jié)構(gòu)布置如圖1所示，主要梁柱尺寸見表1。

為增加整體結(jié)構(gòu)抗震性能，分別設(shè)計(jì)“K”型和“X”型兩種典型型鋼混凝土支撐設(shè)置于閥廳結(jié)構(gòu)中?；炷林沃行弯摬捎?Q235，構(gòu)件中縱筋強(qiáng)度為HRB400，而箍筋強(qiáng)度為HPB300。兩種形式支撐的型鋼和鋼筋的布置相同，將其主要構(gòu)件中型鋼和鋼筋規(guī)格列于表2中。兩種支撐均采用300 mm×300 mm的矩形型鋼混凝土制作成的，其主要布置和尺寸如圖2所示。典型的型鋼柱（XGZ-1）、型鋼梁（XGL-1）及型鋼支撐（XGC-1）的截面如圖3所示。

通過有限元計(jì)算，考慮不同支撐對(duì)閥廳整體結(jié)構(gòu)性能的影響，采用縮尺模型試驗(yàn)，對(duì)支撐的具體破壞過程對(duì)比研究，為實(shí)際工程中支撐的選用提供參考。

2閥廳結(jié)構(gòu)的整體性能分析

利用SAP2000建立閥廳結(jié)構(gòu)整體模型并進(jìn)行有限元分析，以考察兩種支撐對(duì)整體結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。其中梁、柱及支撐均采用框架單元模擬，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用等效集中荷載加載至結(jié)構(gòu)上。含“K”型和“X”型支撐的整體有限元模型如圖4所示。兩種支撐前三階模態(tài)的周期見表3，其中前三階振型分別為平動(dòng)、平動(dòng)和扭轉(zhuǎn)，整體變形特征符合設(shè)計(jì)預(yù)期，剛度布置較為合理。

采用反應(yīng)譜計(jì)算及動(dòng)力時(shí)程分析對(duì)整體抗震性能進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)工程實(shí)際，以7度0.15 g的Ⅲ類場地進(jìn)行計(jì)算。反應(yīng)譜法在兩種支撐影響下，XGZ-1柱底4種最不利內(nèi)力組合下的計(jì)算結(jié)果見表4，4種內(nèi)力組合分別為：①Nmax，Mx，My，Vx，Vy;②Nmin，Mx，My，Vx，Vy;③Mxmax，My，N，Vx，Vy; ④Mymax，Mx，N，Vx，Vy。x和y分別代表沿長邊及垂直長邊的方向；Nmax、Nmin分別為最大、最小軸力；Mmax為最大彎矩；M、V、N分別為彎矩、剪力和軸力。

由有限元軟件計(jì)算得到：“K”型和“X”型支撐的層間最大位移分別為0.019 m和0.017 m，對(duì)應(yīng)26.00 m的結(jié)構(gòu)高度，二者的層間位移角分別為1/1 372和1/1 532。將支撐撤除后，對(duì)原有結(jié)構(gòu)在同樣條件下進(jìn)行計(jì)算，層間最大位移為0.031 m，位移角為1/838，雖滿足最大位移角的要求，但相較于帶支撐結(jié)構(gòu)，其抗震性能明顯減弱。罕遇地震作用下可能出現(xiàn)局部位移過大導(dǎo)致的破壞。顯然，增設(shè)支撐對(duì)整體結(jié)構(gòu)位移改善明顯。

利用動(dòng)力時(shí)程分析法對(duì)布置這兩種支撐的整體響應(yīng)進(jìn)行分析，地震波的輸入采用EL-Centro波和Taft波及1條人工波進(jìn)行計(jì)算。峰值均按7度0.15 g的多遇地震將地震波峰值調(diào)整至0.55 m/s2。3條地震波經(jīng)峰值調(diào)整后的輸入時(shí)程曲線如圖5所示。

支撐的基底總剪力見表5，屋架與型鋼混凝土柱頂交界處沿長邊位移幅值最大值在3條地震波與2種支撐結(jié)構(gòu)下的結(jié)果見表6。

由表5和表6可知：“K”型和“X”型支撐都能較好地提供足夠的抗側(cè)力剛度。閥廳結(jié)構(gòu)在增加了此類支撐后，整體結(jié)構(gòu)的抗震性能良好，層間位移角遠(yuǎn)小于國家規(guī)范要求。動(dòng)力計(jì)算進(jìn)一步驗(yàn)證了以上結(jié)論。對(duì)比兩種支撐，在“X”型和“K”型支撐的影響下，基底剪力和彎矩值較為接近，“X”型支撐未顯示出較為明顯的有利影響。從整體抗震性能來看，在方便結(jié)構(gòu)布置和減少用鋼量的情況下，選擇“K”型支撐能提供足夠的抗震性能。

3型鋼混凝土支撐試驗(yàn)研究

考慮到不同支撐對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響和目前欠缺兩種支撐的受力變形及破壞過程的觀測數(shù)據(jù)，選取閥廳中位于A軸5～6軸線、0.000至9.000處設(shè)置的“K”型和“X”型支撐進(jìn)行低周往復(fù)加載試驗(yàn)?？紤]到試驗(yàn)條件和原結(jié)構(gòu)尺寸，采用2.5∶1的相似比設(shè)計(jì)縮尺模型。試件中混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，所有縱筋均為HRB400，箍筋采用HPB300，型鋼材料為Q235。兩種支撐縮尺模型的型鋼的布置相同，其中梁采用工字鋼200.0 mm×60.0 mm×4.0 mm×8.5 mm，柱為工字鋼160.0 mm×120.0 mm×6.4 mm×9.6 mm，支撐則采用工字鋼60.0 mm×60.0 mm×2.8 mm×4.0 mm，縮尺模型的尺寸及主要配筋如圖6所示。

試驗(yàn)在武漢理工大學(xué)道路橋梁與結(jié)構(gòu)工程重點(diǎn)試驗(yàn)室進(jìn)行，利用MTS全數(shù)字多通道伺服系統(tǒng)加載，其最大豎向及水平荷載分別為700 kN和1 000 kN，位移行程為±25 cm。兩種支撐的試驗(yàn)布載位置如圖7所示。

3.1試驗(yàn)加載及測量

試驗(yàn)采用荷載和位移混合控制［12］：首先施加60 kN豎向荷載， 逐步增加至200 kN后保持恒定。隨后在梁端施加水平方向的往復(fù)荷載，彈性段采用單循環(huán)荷載控制，每級(jí)等增量加載；屈服階段為位移控制，采用屈服位移的0.5倍加載，每級(jí)加載循環(huán)3次，至結(jié)構(gòu)破壞或水平荷載降至峰值荷載的85%以下結(jié)束。試驗(yàn)加載過程如圖8所示。

主要量測內(nèi)容包含：①“K”型和“X”型支撐模型的破壞過程及形態(tài)，其主要裂縫及發(fā)展；②試驗(yàn)過程中的荷載-位移曲線的記錄；③開裂、屈服和極限荷載，以及屈服和極限位移。采用TST-3826E靜態(tài)應(yīng)變儀記錄主要構(gòu)件的應(yīng)變變化，位移計(jì)布置如圖9所示，利用基礎(chǔ)旁的千分表和磁性基座測試位移。

3.2試驗(yàn)的主要過程及現(xiàn)象兩種支撐的試驗(yàn)過程分為3個(gè)主要階段，即彈性、塑性和破壞階段?！癒”型支撐從開始加載至荷載達(dá)240 kN為彈性段。此階段中，隨著加載支撐一側(cè)逐步出現(xiàn)少量裂縫并發(fā)展，直至支撐柱節(jié)點(diǎn)開裂，但荷載-位移曲線呈直線。持續(xù)加載至420 kN，梁柱節(jié)點(diǎn)處裂縫發(fā)展明顯，此時(shí)支撐中型鋼和部分鋼筋屈服，可視作構(gòu)件進(jìn)入屈服階段，其位移約9.8 mm。屈服段后期采用位移加載。梁柱端裂縫發(fā)展，但結(jié)構(gòu)整體無明顯變化。當(dāng)加載至位移幅值達(dá)19.6 mm時(shí)，支撐與梁交界處裂縫發(fā)展明顯，支撐下端出現(xiàn)大量裂縫且截面處裂縫貫通，表面混凝土有剝離脫落現(xiàn)象。進(jìn)一步加載的位移幅值達(dá)到29.4 mm時(shí)，支撐節(jié)點(diǎn)位置處的混凝土脫落明顯，水平荷載已降低到極限荷載的85%以下，試驗(yàn)結(jié)束。在支撐與柱交界節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生多道明顯斜裂縫，柱底出現(xiàn)裂縫。支撐節(jié)點(diǎn)處混凝土脫落明顯，節(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)明顯拉裂的裂縫，“K”型支撐已完全破壞?！癒”型支撐的典型裂縫產(chǎn)生及發(fā)展如圖10所示。

“X”型支撐從開始加載至約400 kN為彈性段。加載至160 kN時(shí)，構(gòu)件中點(diǎn)附近出現(xiàn)垂直裂縫。彈性段后期，裂縫發(fā)展且出現(xiàn)由支撐底部向上的貫通裂縫。加載至560 kN時(shí)，型鋼混凝土支撐中的型鋼和縱筋均達(dá)到屈服，可認(rèn)為已達(dá)到屈服段，此時(shí)位移約10.8 mm。隨后進(jìn)行位移向加載，支撐的裂縫數(shù)量增加，破壞程度迅速發(fā)展。加載至位移達(dá)21.6 mm時(shí)，試件的水平荷載達(dá)到峰值。此時(shí)在支撐交會(huì)處出現(xiàn)貫穿裂縫，節(jié)點(diǎn)邊緣處也出現(xiàn)交叉裂縫。進(jìn)一步加載至位移達(dá)27.0 mm，梁柱節(jié)點(diǎn)左側(cè)邊緣處支撐被完全拉裂，混凝土出現(xiàn)脫落；同時(shí)支撐交叉處出現(xiàn)鋼筋斷裂和混凝土剝離。由以上現(xiàn)象認(rèn)定支撐已進(jìn)入破壞階段，支撐破壞嚴(yán)重時(shí)退出工作，并結(jié)束加載?！癤”型支撐的典型裂縫產(chǎn)生及發(fā)展如圖11所示。

綜合圖10和圖11可知：兩種典型支撐均有較好的承載能力，且具有一定的屈服后抵抗外荷載能力；“X”型支撐結(jié)構(gòu)屈服及破壞段出現(xiàn)階段較“K”型支撐結(jié)構(gòu)晚，破壞所需荷載和位移較大；最終的破壞表現(xiàn)為交叉節(jié)點(diǎn)處明顯的破壞——混凝土脫落、部分鋼筋和型鋼完全退出工作，但梁柱結(jié)構(gòu)尚完整，說明支撐有良好的耗能抗震性能。

4試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

對(duì)試驗(yàn)過程中加載荷載和位移的記錄整理后，通過滯回曲線、骨架曲線、延性性能及剛度退化等指標(biāo)對(duì)比分析兩種支撐結(jié)構(gòu)的性能差異。

4.1滯回曲線兩種支撐結(jié)構(gòu)的滯回曲線如圖12所示。由圖12可知：兩種支撐結(jié)構(gòu)的滯回曲線均較為飽滿，說明這兩種支撐均具有良好的抗震性能［13］。在加載初期的彈性段，兩種支撐的滯回環(huán)面積較小，極值點(diǎn)連線呈線性關(guān)聯(lián)，往復(fù)荷載作用下結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)變較小。隨著位移增加，每級(jí)荷載循環(huán)形成的滯回曲線面積增大。屈服至荷載峰值前，隨著荷載增加，滯回曲線形狀逐漸飽滿，具體表現(xiàn)為：“X”型支撐承載力較大；“K”型支撐滯回環(huán)梭形現(xiàn)象明顯，構(gòu)件的耗能能力突出。

4.2荷載-位移骨架曲線

在滯回曲線（圖12）基礎(chǔ)上，求出兩種支撐的荷載-位移骨架曲線，如圖13所示。由圖13可知：加載初期的荷載-位移曲線為線性段，隨著荷載的增加，兩種支撐結(jié)構(gòu)的荷載-位移曲線逐步偏離直線，且荷載隨著位移增加緩慢增加，達(dá)到極限荷載后承載力出現(xiàn)下降；“X”型支撐在彈性、塑性和破壞段的承載能力均優(yōu)于“K”型支撐。

4.3承載能力

對(duì)比兩種支撐在彈性、屈服和破壞階段的加載情況，對(duì)開裂荷載Pc、屈服荷載Py、極限荷載Pm、破壞荷載Pu和相應(yīng)位移的分析，判斷兩種支撐的承載能力的差別。加載后產(chǎn)生關(guān)鍵裂縫的荷載值為初始開裂荷載Pc；屈服荷載Py利用Park法確定；極限荷載Pm和破壞荷載Pu分別為荷載-位移曲線的峰值處和峰值荷載的85%處所對(duì)應(yīng)的荷載。兩種支撐在各階段的荷載和位移分別見表7和表8。

對(duì)比表7和表8中的結(jié)果知：“X”型支撐在開裂、屈服、極限、破壞四個(gè)階段的承載能力均優(yōu)于“K”型支撐的，前者各階段對(duì)應(yīng)的荷載值比后者高30%左右；“X”型支撐在各個(gè)階段的位移值小于“K”型支撐的，前者各階段對(duì)應(yīng)位移值比后者平均小15%左右。因此，對(duì)承載力和變形要求較高的構(gòu)件建議選擇“X”型支撐。

4.4延性及耗能能力

利用極限位移和屈服位移的比值來衡量構(gòu)件的延性性能［14］，體現(xiàn)構(gòu)件在屈服后的塑性變形和耗能能力，以便間接評(píng)價(jià)其抗震性能。表9中列出了兩種支撐的極限Δy、屈服位移Δu和延性系數(shù)值。由表9可知：兩種支撐結(jié)構(gòu)的延性性能均良好，相較而言，“K”型支撐的延性系數(shù)比“X”型支撐的約增大10%，說明“K”型支撐具有更加優(yōu)異的延性性能和較好的耗能抗震能力。

從試驗(yàn)過程中觀察到，隨著后期位移的增加，主要裂縫發(fā)展和增加的位置位于支撐部位，其良好的耗能能力能防止、減少或滯后主要梁柱結(jié)構(gòu)的破壞。利用等效黏滯系數(shù)可以衡量耗能特性，兩種支撐結(jié)構(gòu)的等效黏滯系數(shù)曲線如圖14所示。由圖14可知，“K”型支撐結(jié)構(gòu)的等效黏滯系數(shù)曲線從加載初期到最后破壞，均位于“X”型支撐曲線的上方，說明其耗能性能更好。

4.5剛度退化

采用割線剛度衡量構(gòu)件變化的剛度，依據(jù)構(gòu)件在反復(fù)加載中產(chǎn)生的剛度退化來評(píng)價(jià)其綜合抗震性能。兩種支撐的剛度退化曲線如圖15所示。

對(duì)比圖15中兩種支撐的剛度退化曲線發(fā)現(xiàn)，兩種支撐破壞的趨勢和整體過程近似。在破壞階段，“X”型支撐剛度退化至初始剛度的21%，而“K”型支撐的剛度則退化至初始剛度的19%。相較而言，“X”型支撐結(jié)構(gòu)在后期的剛度退化程度略高，考慮到其初始結(jié)構(gòu)的剛度較“K”型的大，其剛度依然好，從結(jié)構(gòu)剛度變化角度而言，“X”型支撐的抗震性能更好。

綜合對(duì)比兩種形式支撐的各種性能系數(shù)值可知：兩種支撐的滯回曲線均較為飽滿，荷載-位移的骨架曲線延展性較為明顯，都體現(xiàn)出支撐結(jié)構(gòu)良好的抗震性能，延性系數(shù)值體現(xiàn)出支撐結(jié)構(gòu)在地震作用下有足夠的延性，支撐結(jié)構(gòu)具備一定的承載能力，多個(gè)參數(shù)體現(xiàn)出兩種支撐結(jié)構(gòu)均有較好的承載能力和抗震性能。具體來說，“K”型支撐的延性和耗能能力比“X”型支撐的提高約10%。對(duì)于承載能力，在整個(gè)加載段，“X”型支撐均明顯優(yōu)于“K”型支撐，前者的承載能力比后者大約30%，但同截面的支撐結(jié)構(gòu)，“X”型支撐的整體材料用量比“K”型的多了約25%～27%，因此，“K”型支撐在提供較好結(jié)構(gòu)耗能能力的基礎(chǔ)上，較低的材料成本可抵消部分承載力的不足?？紤]到“K”型支撐有較大的通行空間，其綜合性能略優(yōu)于“X”型支撐，后者更適合于布置在承載力要求較高的結(jié)構(gòu)中。

5結(jié)論

為了考察換流站閥廳結(jié)構(gòu)中設(shè)置的型鋼混凝土支撐對(duì)其抗震性能的影響，對(duì)閥廳整體抗震性能進(jìn)行了有限元分析，并對(duì)兩種典型型鋼混凝土支撐的力學(xué)性能進(jìn)行了試驗(yàn)對(duì)比，主要結(jié)論如下：

1）在閥廳部分區(qū)域布置型鋼混凝土支撐后，其模態(tài)變形符合設(shè)計(jì)需求，內(nèi)力和位移變形均可滿足抗震設(shè)計(jì)的需要。兩種不同支撐的基底剪力和彎矩值較為接近，“X”型支撐并未顯示出較為明顯的優(yōu)勢?？紤]通行便利和節(jié)省材料，選擇“K”型支撐結(jié)構(gòu)更好。

2）試驗(yàn)中的兩種支撐結(jié)構(gòu)均體現(xiàn)出良好的承載能力和塑性性能。對(duì)比試驗(yàn)中的承載能力，“X”型支撐的高于“K”型支撐的。試驗(yàn)后期，支撐結(jié)構(gòu)的交叉節(jié)點(diǎn)（“X”型或“人”字型支撐在交叉位置處的節(jié)點(diǎn)）處開裂、裂縫發(fā)展或構(gòu)件破壞，鋼筋和型鋼退出工作，與支撐連接的梁柱結(jié)構(gòu)的完整性均得到保證，體現(xiàn)出支撐結(jié)構(gòu)的耗能性質(zhì)對(duì)整體結(jié)構(gòu)的良好作用。

3）對(duì)由試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出的兩種支撐的滯回曲線、骨架曲線、承載能力和延性耗能等特征的分析對(duì)比，兩種支撐均有良好的滯回耗能和承載能力。相較而言，“K”型支撐具有更好的耗能能力，承載力上雖遜于“X”型支撐，但其較少的材料用量及綜合性能優(yōu)于“X”型支撐。“X”型支撐更為適合用于對(duì)承載能力有明顯需求的特殊結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)中的特定某跨。此外，無論是“K”型或“X”型支撐，交叉節(jié)點(diǎn)處構(gòu)件的設(shè)計(jì)強(qiáng)度、構(gòu)造措施和施工質(zhì)量均是影響其承載能力和抗震特性的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

［1］沈婷，蔣曄，江勝學(xué)，等.型鋼混凝土高架車站豎向往復(fù)荷載作用下抗震性能試驗(yàn)研究［J］.工程抗震與加固改造，2022，44（6）：106-112.

［2］陳圣剛，高峰，耿嬌，等.預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土雙坡框架抗震性能試驗(yàn)研究［J］.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2023，44（2）：100-108.

［3］王朋，于彬，史慶軒，等.新型型鋼-混凝土組合柱抗震性能試驗(yàn)研究［J］.工業(yè)建筑，2022，52（12）：113-120，127.

［4］何勇，劉超，馮仁德.高烈度地震區(qū)±500 kV換流站閥廳結(jié)構(gòu)選型分析［J］.電力勘測設(shè)計(jì)，2018（4）：60-65.

［5］鄧夕勝，牟淼，唐煜.隨機(jī)地震作用下特高壓換流站閥廳非線性動(dòng)力可靠度研究［J］.世界地震工程，2021，37（2）：173-182.

［6］HSU H L，JUANG J L，CHOU C H.Experimental evaluation on the seismic performance of steel knee braced frame structures with energy dissipation mechanism［J］.Steel amp; Composite Structures，2011，11（1）：77-91.

［7］RAHIMI A，MAHERI M R.The effects of steel X-brace retrofitting of RC frames on the seismic performance of frames and their elements［J］.Engineering Structures，2020，206：110149.

［8］王振宇.雙片X型角鋼柱間支撐承載力及其抗震性能研究［D］.西安：西安建筑科技大學(xué)，2019.

［9］尹曉旭.輕鋼門式剛架結(jié)構(gòu)柱間柔性支撐抗震性能研究［D］.西安：西安理工大學(xué)，2014.

［10］李劉偉，王紹杰.基于PUSHOVER的鋼筋混凝土斜支撐框架結(jié)構(gòu)分析計(jì)算［J］.河北聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，35（4）：85-89.

［11］邱藝.中、重型多層柱間支撐鋼廠房的縱向抗震性能研究［D］.西安：西安建筑科技大學(xué)，2020.

［12］程遠(yuǎn)兵，郭子龍.黏土磚再生粗骨料混凝土短肢抗震墻的試驗(yàn)研究［J］.華北水利水電大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，38（1）：60-63.

［13］馬少春，鮑鵬，姜南.結(jié)構(gòu)與保溫一體化復(fù)合剪力墻抗震試驗(yàn)與提高系數(shù)簡化計(jì)算［J］.華北水利水電大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2021，42（5）：26-33.

［14］ 熊二剛，涂蕊，何瀚，等.常屈服位移抗震設(shè)計(jì)方法研究 ［J］.華北水利水電大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2021，42（5）：18-25，101.

Study on Seismic Performance of Steel-reinforced Concrete

Support in Valve Hall Structures

GAO Zhan1， LI Hua1， WEI Wenhui2

（1.Central Southern China Electric Power Design Institute Co.，Ltd.， China Power Engineering Consulting

Group， Wuhan 430071， China; 2.School of Civil Engineering and Architecture， Wuhan

University of Technology， Wuhan 430070， China）

Abstract：

The support structure is an important anti-lateral force component in the valve hall of the converter station. The Support made of steel-reinforced concrete has good anti-lateral force and fire resistance， which is suitable for use in "valve hall structures. At present， there is little research on them. In order to explore the seismic performance of different forms of steel-reinforced concrete supports and increase their use in structures such as valve halls， low-cycle reciprocating tests were carried out on typical K-bracked and X-bracked structures， and structures-finite element analysis was carried out on the overall structure with two kinds of supports. The test results show that both supports have good bearing capacity and plastic deformation capacity. In the later stage of loading， obvious damage occurs at the support joints， and the main bodies of the beams and columns remain intact. The indexes of hysteresis， skeleton curves， ductility and equivalent viscous coefficient show that the bearing capacity of X-braced structure is better than that of K-braced structure， but the ductility energy dissipation capacity of the latter is better than that of the former. The overall finite element analysis results show that the settings of the two kinds of supports are the most unfavorable to the internal force of the overall structure， and the effect of the settings to "the influence of the base internal forces and the displacement of the column top are close. Therefore， the K-type support is a more suitable support form in the valve hall structure. When there is a higher requirement for the bearing capacity， the X-type support can be considered.

Keywords：

valve hall structure; steel-reinforced concrete support; low-cycle reciprocating test; seismic performance

（編輯：杜明俠）

收稿日期：2023-07-26

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51678462）；型鋼混凝土結(jié)構(gòu)閥廳設(shè)計(jì)研究項(xiàng)目（GSKJ2-T10-2019）。

第一作者：

高湛（1980—），男，高級(jí)工程師，碩士，從事結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)方面的研究。E-mail：2651089020@qq.com。

通信作者：魏文暉（1963—），男，教授，博導(dǎo)，博士，從事工程結(jié)構(gòu)抗震方面的研究。E-mail：weiwenhui@whut.edu.cn。