考虑主厂房结构-电气设备相互作用的大型变电站抗震性能研究

电力系统是生命线系统的核心，其防御地震等自然灾害能力是整个生命线系统防灾的基础。变电站是电力系统的重要组成部分，随着电压等级的迅速提高，变电站主厂房及楼面上电气设备规模越来越大、型式越来越复杂，抗震安全性要求也越来越高。目前变电站抗震性能设计均将电气设备作为等效荷载考虑，忽略了电气设备对主体结构的动力影响，因此，建立大型变电站主厂房结构-电气设备相互作用的抗震设计方法十分紧迫。本项目采用理论分析、振动台试验、数值模拟相结合的研究方法，围绕主厂房结构-电气设备相互作用的动力特性、破坏机理、地震易损性及抗震性能等问题进行系统研究，建立主厂房结构-电气设备相互作用的动力分析模型，揭示强震作用下主厂房结构-电气设备相互作用破坏机理，建立大型变电站的地震反应分析方法和抗震性能设计方法。本项目研究成果将进一步完善我国生命线工程的抗震性能理论及设计方法，对生命线工程防灾减灾具有重要的理论意义和工程价值。

电力系统是重要的生命线系统，电能从生产到消费一般要经过发电、输电、变电和用电四个环节，其中，变电系统作为电力网络重要组成部分，在整个电网中起到了枢纽的作用，是保障电网安全运行的关键环节。在各种自然灾害中，地震的破坏力是巨大的。国内外众多破坏性地震实例表明，强烈地震对变电站的破坏会引发整个电力系统的破坏，从而导致严重的次生灾害和惨重的经济损失，对国计民生和经济建设影响极大。近些年来，世界各国都加强了对电力系统地震灾害的研究工作，研究成果大都集中在发电系统及输电系统，对变电系统的地震反应研究尚欠深入，诸多问题亟待解决。.随着国内外电压等级的不断提升及城市土地使用率的日益紧张，电气设备的型式由重量轻、体积小、分散化逐步改为重量大、体积大、模块化。随着电压等级的迅速提高，变电站主厂房及楼面上电气设备规模越来越大、型式越来越复杂，抗震安全性要求也越来越高。而以往相关抗震设计规范中常将电气设备等效成堆聚荷载施加在楼面上，未考虑主厂房结构与电气设备的相互作用，忽略了电气设备对主体结构的动力影响，这样计算出来的结果必然与实际情况不符，因此，建立大型变电站主厂房结构-电气设备相互作用的抗震设计方法十分紧迫。鉴于电力系统在国民经济中的重要性，本项目采用理论分析、振动台试验、数值模拟相结合的研究方法，考虑了主厂房结构-电气设备的相互作用，围绕主厂房结构-电气设备相互作用的动力特性、破坏机理、地震易损性及抗震性能等问题，对我国变电站主厂房的地震反应进行了深入系统的研究，建立了考虑主厂房结构-电气设备相互作用的三维分析模型，分析了变电站主厂房的动力特性，研究了单向、多维地震动以及近断层地震动等不同类型地震动输入下变电站主厂房及电气设备的地震反应，揭示强震作用下主厂房结构-电气设备相互作用破坏机理，进行了变电站的地震易损性分析，开展了主厂房的振动台试验，并采用隔震理论进行了变电站主厂房系统的减震控制研究，最后根据以上大量研究结果对现行《建筑抗震设计规范》和《电力设施抗震设计规范》相关条文提出了完善建议，最终建立了大型变电站的地震反应分析方法和抗震性能设计方法。本项目研究成果将进一步完善我国生命线工程的抗震性能理论及设计方法，对生命线工程防灾减灾具有重要的理论意义和工程价值。