前言

在电力、冶金、矿山等钢筋混凝土工业厂房结构中，由于生产工艺的需求，在同一幢厂房中，多层除氧间、煤仓间与大跨度的单层汽机房相连，形成部分为多层、部分为单层的大空间体系，这就是设计中常见的多层框架、单层排架连成一体的钢筋混凝土框排架结构体系。大型火力发电厂是重要的生命线工程，应具有较高的抗震性能，但由于重型设备或贮料仓偏置于厂房的一端，以致质心偏离结构刚心，形成空间非对称结构。特殊的生产工艺要求造成这种框排架结构体系空旷、布置复杂，空间整体性差，荷载传递路径不明确、不直接，从而导致抗震性能差。在我国，由于经济、技术方面的原因，今后相当长的时期内还不得不继续应用钢筋混凝土结构。另外，随着自动化水平的提高，主厂房体型及单机容量不断增大，主体结构的跨度、高度、相邻结构的高差，以及整体结构的不规则程度都将继续加大。因而，针对工业生产需求，研究这类特殊结构形式的抗震性能具有重要的实际意义，并且对于不规则结构的弹塑性地震反应分析也是近年来国内外研究的一个重点课题。

基于大量研究成果，各行业、部门根据自身的行业要求和结构特点，对钢筋混凝土框排架结构的设计与施工，制定出了相应行业规程，如《火力发电厂土建结构设计技术规程》（DL 5022—2012），但总体而言，结构的安全水准偏低，与该类结构较高的抗震等级相比还需要进一步提高其抗震性能。目前，国内学者通过一系列的理论研究和震害分析已取得了许多有益的结论，但还不够全面，对于结构的不规则性及多维地震输入下的空间地震反应研究还很少涉及。由于该类结构的复杂性和专业性，目前对框排架结构的研究仍有许多问题亟待解决。

本书以已建成投产的单机容量600MW某火力发电厂主厂房为原型，选取含有汽机跨、除氧间及煤仓间3跨8榀框排架空间模型进行地震反应分析，研究结构在双向地震动输入下的受力性能以及影响结构平扭耦联反应的因素。

第1章，介绍钢筋混凝土框排架结构的研究概况，以及国内外对于多维地震输入、不规则结构抗扭性能等课题的研究现状。

第2章，建立钢筋混凝土框排架结构非线性有限元模型，以及研究平面框排架、空间框排架结构的动力特性。

第3章，利用ANSYS软件的用户可编辑特性（UPFs）进行二次开发，修改构件的混凝土弹塑性材料模型，建立整体结构的空间计算模型，在不同的水平双向地震波输入下，利用APDL语言对结构进行平扭耦联的弹塑性时程分析，与结构平面模型的时程分析结果进行比较，探讨整体结构的空间性能。

第4章，通过水平单向和双向地震作用下的结构弹性和弹塑性时程分析，对比单、双向地震作用下的结构空间反应性能及扭转特性，推导结构的最不利输入方向计算公式；对比单、双向地震作用效应最大值，并将比例值进行统计，对抗震规范中相应的双向地震效应组合公式进行系数修正。

第5章，讨论结构在水平双向地震作用下的扭转变形指标，讨论影响多层偏心结构地震反应的各因素对框排架结构的影响。分析空间框排架结构的不规则性，探讨不同因素对结构的影响，提出结构的扭转控制措施。

第6章，建立双向水平地震作用下，空间框排架结构的振型分解反应谱法，选取不同振型组合方法计算结构的地震响应，提出满足计算精度要求的振型组合数目。针对抗震规范中对于振型组合方法的规定，讨论框排架结构振型间的扭转耦联效应，提出适用于此结构的振型组合方法。

第7章，介绍结构的空间模型拟动力试验和伪静力试验，对比理论分析和试验结论，为使用钢筋混凝土框排架结构的各个行业提供参考。

第8章，给出本书研究结论和需要进一步研究的问题。

本书是作者在博士研究生学习阶段及河南科技大学任教期间工作的结晶，其间得到了很多同学、朋友的帮助，特别是我的导师白国良教授以及吴涛师兄，在此对他们表示诚挚的谢意。由于作者水平有限及时间紧迫，书中难免会有错误与不足之处，恳请读者赐正。

白晓红

2015年7月

于河南科技大学