电力建筑与高架电气设施减震控制

摘要：由于电力建筑的特殊性，需要较大的空间放置变电设备。在地震作用下，这类建筑的扭转运动将祸合横向运动，加重建筑物的破坏。本文对一双向偏心四层俐筋混凝土框架变电站主控通信楼地震反应控制进行了分析，分析方法能有效地抑制结构的扭转祸联地震反应，值得同行参考。
关键词：电力建筑;离架电气设备;隔震
引言
在电力系统中，高压电气设备安装位置较高，自身的结构形式特殊，有一定的柔韧性;设备阻尼比也较小，很容易在地震中发生共振:设备中的瓷件塑性变形能力较差。这些特点使得高压电气设备的抗展性能较差，是电力系统中的抗展薄弱环节，对其进行隔震控制，保证在强震下的安全是必要的，本文就这方面问题进行探讨。
高架电气设备抗震的重要性分析
当高架电气设备设施遭到地震等破坏后，将给人民生活带来痛苦和灾难，同时还将发生次生灾害，引发火灾、泻毒和疫情传播，使城市瘫痪。如1906年美国的一次地震，三条输水千管破坏，全市50余处起火，消防用水中断，火灾造成的损失比地展直接造成的损失高达三倍。1976年发生的唐山大地震，一些高架电气设备电气设备遭到严重破坏，唐山市区的生命线系统几乎完全瘫痪。又如，1999年台湾集集地震(里氏7.2级)，一批高压变电装置也受到严重的破坏，震中供电被迫中断。通过震害调查，在这些地震中供电的中断主要是由于一些高架电气设备的破坏所造成。
综上所述，对电力建筑及高架电气设施的减震控制研究是非常必要的。

二、高架电气隔震装置

1、隔震装置

在进行高架电气隔震设计时，对于高架电气设备的隔震不但要使隔震层的水平刚度小，最重要的是隔震装置要能抵抗大震下的产生的倾授力矩，然而普通的橡胶隔震装置不能抵抗大展下在隔震层产生的倾覆力矩，因此普通的橡胶隔震装哭不适合应用于高架电气设备的隔展控制。由高架电气设备对隔震装置的力学性能要求可知，隔震装贾必须能够承受大震下电气设备对其产生的拉力，而且必须水平向的刚度较小。故可以采用以下隔震装置如图1所示。该装置在水平向的刚度较小，而竖向的刚度较大，能够提供较大的拉力。该装置的钢材主要采用Q235钢材，以保证水平向刚度较小，而且该装置材料造价较低，材料可以就地取材，因此比较容易实现。

图1 隔震装置示意图

2、电压互感器隔震设计

如图2所示，电压互感器隔震设计时，对于上部结构电压互感器由瓷套组成，下部支架由钢材组成。
图2 互感器隔震图

三、高架电气隔震装置试验探讨

1、试验目的

本次试验的目的是定性分析该新型隔震装置可以增大非隔震结构的自振周期，在较宽的频带内减小结构的动力响应。

2、试验内容

用传递函数法确定隔震模型结构和非隔展模型结构的自振周期及振型。分别测量隔展模型结构和非隔震模型结构在扫频振动台上的动力响应，扫频振动台输入激励的频率从2HZ到25HZ,每0.5HZ扫频一次，每次测量的加速度为结构在各个频率上的稳态加速度响应。试验模型如图2所示。

3、试验步骤

试验用两种激振方法分别激振:
①用力锤在各个激振点对结构进行激振，以测量结构在水平方向的自振周期、阻尼比和振型等振动模态参数。
②通过扫频振动台对隔震结构和非隔展结构傲振，以测盆隔展结构和非隔展结构在扫频振动台激振下的动力响应，扫频频串从2HZ到25HZ，每0.5HZ扫频一次。共有47个工况，即为工况1-47.

4、试验数据处理及结果分析

定义隔震装置的隔展效率为隔震后结构顶点加速度响应最大值除以隔震前结构项点加速度响应最大值，定义结构对输入激励的放大系数为结构顶点加速度最大值除以输入结构激励加速度的最大值，得出实验结果。
通过对结构的隔震效率分析可知，在结构中加入隔震装置，在较宽的频带里，隔震结构能有效地减小结构响应，但在输入激励的频率为隔震结构的基本频率左右一段时，隔震结构增大了结构的响应，因此对于该隔震装置设计时应使隔震结构的基本周期远离输入激励的主要周期。分析可知，非隔震结构放大系数最大值为17.977，此时对应得输入激励频率20HZ，故非隔震结构的基本频率在20HZ左右。隔震结构放大系数最大值为8.767，此时对应得输入激励频率7.5HZ，故隔震结构的频串在7.5HZ左右，与锤击法试验结果基本相吻合。
由于在测量加速度响应的过程中嗓声的影响，采用带通滤波器进行滤波，下限频率为OHZ,上限频

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率为输入频率的

1.5倍。由于篇幅有限，其它试验结果不能在此一一赘述。

结论
高架电气设备由于是悬僻结构，在地震作用下在上部电气设备与下部支架连接将产生较大的拉力，因此普通橡胶隔震装置不能对其隔震。本文通过对新隔展装置的开发实现了对高架电气设备的隔展，仿真结果显示该装置能有效地减小上部电气设备的加速度响应，保证结构在地展作用下的安全，取得一定成效。
参考文献
【1】欧进萍.结构振动控制.北京:科学出版社，2003
【2】杜永峰，吴永诚等.结构地震振动最优控制的目标函数和稳定性.兰州理工大学学报，2004,30(3)

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。