基于IBC標準的干式變壓器地震計算
根據IBC2012標準進行干式變壓器地震強度計算。
在美國,比較常用的通用結構設計規范有不止一本,如IBC,UBC 和SBC等等,不同的規范出自不同的機構。美國現有三大結構規范出版機構BUILDING OFFICIALS AND CODE ADMINISTRATORS INTERNATIONAL 簡稱:BOCA,INTERNATIONAL CONCFERENCE OF BUILDING OFFICIALS 簡稱:ICBO 和 THE SOUTHEN BUILDING CODE CONGRESS INTERNATIONAL 簡稱:SBCCI。UBC是UNIFORM BUILDING CODE 的簡稱,由美國三大結構規范出版機構之一BOCA 出版的,其抗震設計是基于STRUCTUAL ENGINEERS ASSOCIATION OF CALIFORNIA (SEAOC)。三大結構規范出版機構在1994 年底共同成立了INTERNATIONAL CODE COUNCIL 簡稱ICC, 旨在推行一本全美通用的結構規范并于2000 年出版了第一版,這就是INTERNATIONAL BUILDING CODE 2000(IBC 2000)。IBC 2000 對抗震的設計的描述是主要是基于規范NEHRP1997(NATIONAL EARTHUQAKE HARZARDS REDUCTIONPROGRAM PROVISIONS), 也吸收了少部分UBC97 的內容。目前最新版為IBC 2012。ASCE 7-05,美國結構工程師協會荷載規范,該規范地位相當于中國荷載規范和抗震規范的組合。而IBC中關于地震載荷計算也是根據ASCE 7-05標準進行的。
表1
用于美國的電氣設備往往需要提供給客戶基于IBC的地震載地腳計算,以便客戶設計地基。下面我們就以一個干式變壓器設備為例,根據IBC 2012和ASCE 7-05進行地震強度計算。
已知條件:
干式變壓器容量:5450kVA,
設備總重量:Wp=16550kg,
平均屋頂高度:h=3.568m
附件高度:z=3.568m,(若無附件則等于平均屋頂高度)
設備現場安裝條件:
設防類別:IV,根據IBC2012 表1604.5,見表1。
場地土類別:D,根據IBC2012,表1613.5.2,見表2。
成分類型:8b, 根據ASCE7-02 表9.6.3.2,見表3。
重要系數:Ip=1.5,根據ASCE7-02 表9.6.1.5,見表4。
短周期加速度反映譜:Ss=0.074g
1秒加速度反映譜:S1=0.026g
表2
表3
表4
地震載荷計算過程:
確定場地土類別有關系數:
Fa=1.6,根據場地土類別和Ss值查表1613.5.3,見表5,若Ss值不在表內,則采用插值法求得Fa。
Fv=2.4,根據場地土類別和S1值查表1613.5.3,見表6,若S1值不在表內,則采用插值法求得Fv。
表5
表6
計算最大加速度反應譜
SMS=Fa*Ss=0.12,根據IBC 2012公式 16-36。
SM1=Fv*S1=0.06,根據IBC 2012公式 16-37。
計算設計加速度反應譜
SDS=2/3*SMS=0.08,根據IBC 2012公式 16-38。
SD1=2/3*SM1=0.04,根據IBC 2012公式 16-39。
確定地震設計類別
SDS地震設計類別:A,根據SDS查IBC表格1613.5.6(1),見表7。
SD1地震設計類別:A,根據SD1查IBC表格1613.5.6(2),見表8。
使用地震設計類別:A,使用以上兩地震設計類別中最嚴格類別。
表7
表8
圖1
圖2
確定放大系數和響應修正系數
放大系數,ap=1.0,查ASCE7-02表9.6.3.2,見表3。
響應修正系數,Rp=2.5,查ASCE7-02表9.6.3.2,見表3。
地震載荷計算
Fp= (0.4*ap*SDS*Wp)*(1+2*z/h)/(Rp/Ip)=940.6 kg=9.2 kN。
根據以上地震載荷進行干式變壓器地腳螺栓剪切力和拉拔力計算。
設備外形圖見圖1和圖2:
確定圖一和圖二尺寸。
設備重心高度:Hm=1550mm
地腳孔尺寸:
Lx1=1575mm,Lx1數量 n1=3,
Lx2=0mm,Lx2數量 n2=0,
Ly1=1125mm,Ly1數量 n3=6,
Ly2=0,Ly2數量 n4=0。
Vx=Vy=Fp
計算地腳螺栓剪切力:
Fbx=Vx/(n1+n2+n3+n4)=1.5 kN
Fby= Vy/(n1+n2+n3+n4)=1.5 kN
計算地腳螺栓拉拔力:
根據以上計算結果可以選擇4.8級M16地腳螺栓,該螺栓的抗拉強度為65.9kN,抗剪切強度為18.8kN。
10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.21.017