鄭山鎖，吳星霞，劉曉航，陳點(diǎn)新

（1. 西安建筑科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，陜西 西安 710055；2. 西安建筑科技大學(xué) 結(jié)構(gòu)工程與抗震教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710055）

0 引言

隔離開關(guān)等開關(guān)類設(shè)備是輸變電系統(tǒng)中的重要設(shè)備，國(guó)內(nèi)外歷次地震對(duì)輸變電設(shè)備造成重創(chuàng)，導(dǎo)致大面積的電力癱瘓。在唐山地震中[1]，隔離開關(guān)的損壞率最高達(dá)30%。在汶川地震中[2-3]，隔離開關(guān)等電氣設(shè)備的損壞十分嚴(yán)重，其中252kV 以上隔離開關(guān)損壞40 座，126kV以上損壞51 座。

國(guó)內(nèi)外有關(guān)隔離開關(guān)單體抗震性能的研究比較早。1997 年Thornberry 等人進(jìn)行了隔離開關(guān)的鑒定試驗(yàn)[4]，得出隔離開關(guān)的基頻為5～6 Hz，阻尼比為2%～4%。2000 年Gilani 等對(duì)5 個(gè)230kV隔離開關(guān)進(jìn)行試驗(yàn)，提出了絕緣瓷瓶的單自由度模型，用于估計(jì)在不同高度和剛度的支架上瓷瓶的放大系數(shù)[5]；2018 年，程永峰等人[6]對(duì)隔離設(shè)備做了全尺寸振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，并且設(shè)計(jì)了一種隔震裝置。震害調(diào)查發(fā)現(xiàn)[7-8]，支柱絕緣子及瓷瓶根部折斷是最常見(jiàn)的破壞形式，水平轉(zhuǎn)動(dòng)式隔離開關(guān)瓷瓶底部軸承處于剛度轉(zhuǎn)換處，受力情況復(fù)雜，容易斷裂。雖然目前高壓設(shè)備的抗震及減震研究取得了一定成果，但是當(dāng)前變電站高壓設(shè)備地震響應(yīng)的規(guī)律和及其抗震性能的研究尚不全面。并且在實(shí)際的工程抗震、地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、防災(zāi)規(guī)劃等大量工作中，需要掌握設(shè)備的易損性。本文結(jié)合我國(guó)《電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)指南》（JEAG5003-1980）[9]、《電力設(shè)施抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50260-13）[10]及《國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)》（IEEEStd693-2005）[11]，對(duì)110kV 戶外變電站部分一次典型電氣設(shè)備隔離開關(guān)的抗震能力進(jìn)行了分析。基于ABAQUS 有限元平臺(tái)建立模型，通過(guò)對(duì)22 條地震波7 次不等長(zhǎng)調(diào)幅后，對(duì)24 種110kV 支架-隔離開關(guān)進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析得出了不同材料的支架-隔離開關(guān)頻率，動(dòng)力放大系數(shù)隨支架高度、截面變化規(guī)律，從而給出了設(shè)備支架出廠設(shè)計(jì)等方面的建議。運(yùn)用增量動(dòng)力時(shí)程分析得出了在不同地震波各個(gè)峰值加速度下隔離開關(guān)的地震反應(yīng)，結(jié)合易損性理論，得出隔離開關(guān)地震易損性曲線。本文對(duì)隔離開關(guān)抗震性能進(jìn)行了分析，為電力系統(tǒng)抗震可靠性分析打下了堅(jiān)固基礎(chǔ)，對(duì)今后評(píng)估變電站一次電氣設(shè)備地震災(zāi)害損失，修正高壓電氣設(shè)備抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)有一定的參考價(jià)值。

1 隔離開關(guān)模型的建立

隔離開關(guān)按照安裝場(chǎng)所、使用環(huán)境、電壓等級(jí)和用途的不同，可分為很多系列。其中，雙珠單斷口水平旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，廣泛用于10-220kV 配電裝置中。本文選取110kV 典型三相隔離開關(guān)（GW4-110/2000A），電動(dòng)雙柱水平旋轉(zhuǎn)，雙接地，其主要由絕緣瓷瓶、設(shè)備支架、橫撐和法蘭等構(gòu)件構(gòu)成。為研究不同支架形式對(duì)設(shè)備地震動(dòng)力響應(yīng)的影響，分別建立支架材料、高度和截面尺寸不同的支架-隔離開關(guān)體系。參照《國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計(jì)（110（66）-750kV 變電站分冊(cè)）》[12]，支架高度分別選取2000mm，2500mm，3000mm，3500mm，鋼管截面尺寸選取300mm×8mm，325mm×8mm，350mm×8mm，鋼筋混凝土管截面尺寸選取300mm×50mm，350mm×50mm，400mm×50mm。隔離開關(guān)各構(gòu)件設(shè)備詳細(xì)參數(shù)由西安電力設(shè)計(jì)研究院提供，限于篇幅，本文只列出了簡(jiǎn)化后建模所必須的參數(shù)，如表1 所示。

表1 等效圓柱體材料參數(shù)

本文為了提高計(jì)算效率和研究的可行性，對(duì)參數(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)化。110kV 電氣設(shè)備瓷套管相對(duì)細(xì)長(zhǎng)，套管兩端通過(guò)法蘭與橫撐、母線固結(jié)，如果將瓷套管建模為實(shí)體齒狀圓管單元，則會(huì)導(dǎo)致瓷套管的傘裙體系難以劃分網(wǎng)格且計(jì)算量過(guò)大，因此有必要對(duì)瓷套管的傘群體系進(jìn)行化簡(jiǎn)等效。將傘裙體系等效為圓柱體，通過(guò)調(diào)整圓柱體密度來(lái)使質(zhì)量相等，即等效后瓷套管的總質(zhì)量保持不變。等效剛度可以在等效質(zhì)量的前提下，使等效圓柱體和瓷套管傘群體系的彈性模量相等，等效剛度應(yīng)與等效質(zhì)量成正比關(guān)系，故等效圓柱體彈性模量取瓷套管傘群體系模量。在質(zhì)量和剛度都等效的前提下同時(shí)達(dá)到等效頻率，這種簡(jiǎn)化將顯著降低計(jì)算量并不影響計(jì)算結(jié)果。直圓管外徑取瓷套管實(shí)體直徑，即傘裙邊內(nèi)徑，等效后的圓柱體材料參數(shù)如表1 所示。

針對(duì)110kV 隔離開關(guān)的數(shù)值模擬采用的單元類型為實(shí)體單元C3D8R，用自由網(wǎng)格劃分方法對(duì)模型進(jìn)行剖分，模型中包括節(jié)點(diǎn)168328個(gè)，單元84323 個(gè)。建立的110kV 隔離開關(guān)有限元模型如圖1 所示。

圖1 110kV 隔離開關(guān)有限元模型Fig.1 Finite element model of 110kV isolator switch

2 易損性理論

2.1 概率地震易損性分析理論

相對(duì)于地震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)（IM），地震需求參數(shù)（EDP）的選取就相對(duì)簡(jiǎn)單。由于隔離開關(guān)瓷套管由脆性材料組成，儲(chǔ)能能力較小，在地震時(shí)只出現(xiàn)很小的變形就發(fā)生斷裂破壞，在瓷套管與法蘭的連接處變形難以協(xié)調(diào)使得此處更容易發(fā)生破壞。因此選取瓷套管根部應(yīng)力作為隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)性能的判別準(zhǔn)則。鑒于此，本文采用隔離開關(guān)瓷套管根部平均應(yīng)力作為概率地震需求參數(shù)，PGA 作為地震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)。

結(jié)構(gòu)地震易損性是一個(gè)概率量，是指結(jié)構(gòu)在不同強(qiáng)度地震作用下達(dá)到或超越某一極限狀態(tài)的概率值[13]：

式中，IM 為地震動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)，本文采用峰值加速度（Peak Ground Acceleration，PGA）；D 表示地震需求；C 表示結(jié)構(gòu)的抗震能力；Pf表示地震易損性函數(shù)。

大量研究表明結(jié)構(gòu)關(guān)于PGA 的易損性曲線通常呈對(duì)數(shù)正態(tài)分布[14]。而對(duì)數(shù)正態(tài)分布的累計(jì)分布函數(shù)的計(jì)算公式如下：

式中，Φ [·] 為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)累積分布函數(shù)，m和σ 分別為中位值和對(duì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差。

概率地震需求分析是通過(guò)線性或者非線性動(dòng)力分析等方法建立結(jié)構(gòu)地震需求參數(shù)與地震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)之間的關(guān)系。文獻(xiàn)[15～16]指出，一般假設(shè)地震需求中位值mD|IM與地震動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)IM 之間服從冪指數(shù)關(guān)系[13]：

對(duì)式（3）兩邊分別取對(duì)數(shù)可得：

式中，α、β 均為常數(shù)，α=1na，β=b。根據(jù)公式（4），通過(guò)對(duì)增量動(dòng)力時(shí)程分析的結(jié)果Di進(jìn)行對(duì)數(shù)線性擬合可得到參數(shù)α、β 的值，進(jìn)而計(jì)算得到結(jié)構(gòu)地震需求D 的對(duì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差βD|IM。

結(jié)合上文所述模型，并考慮易損性函數(shù)的總不確定性，可得到解析地震易損性模型為：

式中，mD|IM為一定地震強(qiáng)度水平下結(jié)構(gòu)地震需求D 的中位值；mC為不同極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)抗震能力C 的中位值； 式中，βD|M為地震需求不確定性，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)時(shí)程動(dòng)力分析結(jié)果的對(duì)數(shù)線性擬合可得；βC為設(shè)備抗震能力不確定性[17]，可平均取βC=0.25。βM為設(shè)備建模不確定性[18]，取為βM=0.2。

2.2 變形破壞準(zhǔn)則及破壞狀態(tài)的劃分

變形破壞準(zhǔn)則[19]是指結(jié)構(gòu)的某最大地震反應(yīng)不要超過(guò)一個(gè)限值。其具體表述形式為：

式中，Δmax表示最大的地震位移響應(yīng)，［Δ］表示容許的位移限值。

戶外式變電站主要一次高壓電氣設(shè)備除了主變壓器外皆以瓷柱型結(jié)構(gòu)為主，在地震中設(shè)備的破壞通常體現(xiàn)在瓷套管的開裂或折斷，這些破環(huán)一旦發(fā)生便無(wú)法修復(fù)，需要徹底更換破壞構(gòu)件。因此，對(duì)設(shè)備破壞狀態(tài)的劃分不必像建筑結(jié)構(gòu)一樣劃分為五個(gè)破壞等級(jí)，應(yīng)將這些電氣設(shè)備的破壞狀態(tài)分為兩個(gè)級(jí)別（破壞和未破壞）。上文通過(guò)等效和統(tǒng)計(jì)給出普通瓷柱和高硅瓷柱的強(qiáng)度分別為20Mpa 和45Mpa。所以以普通瓷和高強(qiáng)瓷的強(qiáng)度作為臨界破壞狀態(tài)。

3 110kV 支架- 隔離開關(guān)模態(tài)分析

3.1 易損性理論研究

模態(tài)分析用于確定結(jié)構(gòu)本身所固有的振動(dòng)特性，主要包括自振頻率和振型，通過(guò)模態(tài)分析方法得到結(jié)構(gòu)在某一易受影響的頻率范圍內(nèi)的各階主要模態(tài)的特性，就可以預(yù)言結(jié)構(gòu)在此頻段內(nèi)產(chǎn)生的實(shí)際振動(dòng)響應(yīng)，因此，模態(tài)分析對(duì)于正確的進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算和設(shè)計(jì)有著重要意義。

隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)振動(dòng)方程式[20]：

式中，ω 表示體系的自振圓頻率。由于位移可取任意值，故特征值方程應(yīng)滿足：

求解上式方程所得到的n 個(gè)特征值ω1，ω2，……，ωn即代表體系的各階自振圓頻率。將得到的各階振型頻率代入式（9）即可得到相應(yīng)的特征向量｛A ｝i，即體系的自振振型。

3.2 模態(tài)分析結(jié)果

研究發(fā)現(xiàn)瓷柱型電氣設(shè)備的固有頻率接近于地震波的卓越頻率，處于1～10Hz 范圍內(nèi)[21]。地震時(shí)設(shè)備與地震波的共振作用使設(shè)備各個(gè)部位的地震動(dòng)響應(yīng)加大，造成設(shè)備損壞[22]。為了研究不同影響因素對(duì)電氣設(shè)備模態(tài)的影響規(guī)律，本節(jié)對(duì)以材料、高度、截面為變量的24 種不同支架-隔離開關(guān)模型進(jìn)行了模態(tài)分析。運(yùn)用Abaqus 軟件對(duì)實(shí)體進(jìn)行模態(tài)分析時(shí)能準(zhǔn)確得到實(shí)體的模態(tài)振型及各階頻率，故本文模型以實(shí)體單元為主建立。支架在不同材料下110kV 支架-隔離開關(guān)體系前6 階固有頻率隨高度、截面尺寸變化規(guī)律如圖2-3 所示。

圖2 鋼管支架- 隔離開關(guān)固有頻率隨高度，截面尺寸變化規(guī)律Fig.2 Natural frequency of steel pipe support-isolator varies with height and section size

圖3 鋼筋混凝土管支架- 隔離開關(guān)固有頻率隨高度，截面尺寸變化規(guī)律Fig.3 Natural frequency of RC pipe support-isolator varies with height and section size

圖2 和圖3 中結(jié)構(gòu)頻率隨截面增大而小幅增大，截面因素遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于高度因素的影響。設(shè)備體系的固有頻率與支架高度呈現(xiàn)明顯的相關(guān)性，支架高度越低，設(shè)備體系的固有頻率越大。所以在設(shè)計(jì)達(dá)到要求的前提下，應(yīng)盡可能降低結(jié)構(gòu)高度，使得模態(tài)頻率盡可能遠(yuǎn)離地震波的卓越頻率范圍進(jìn)而較好的避免共振。通過(guò)對(duì)所有工況進(jìn)行振型分析后發(fā)現(xiàn)，不同類型支架-隔離開關(guān)的振型結(jié)果相似，以3m×300mm×8mm截面鋼管支架-隔離開關(guān)為例，其前6 階振型圖順序依次從左到右如圖4 所示。

圖4 3m×300mm×8mm 110kV 支架- 隔離開關(guān)前6 階振型圖Fig.4 First 6-order vibration pattern of 3m × 300mm × 8mm 110kV support-isolator switch

由圖2，圖3 的分析結(jié)果可以看出，110kV隔離開關(guān)一階最低頻率與西安市電力設(shè)計(jì)院提供資料中的設(shè)備自振頻率相差不大（其中3000×300×8 支架隔離開關(guān)自振頻率為5.7HZ，ABAQUS模擬一階頻率為5.96，誤差為4.3%），通過(guò)結(jié)果對(duì)比可以驗(yàn)證110kV 隔離開關(guān)仿真模擬計(jì)算的精準(zhǔn)性。相比于截面變量，鋼管支架與鋼筋混凝土管支架-隔離開關(guān)的整體1 階頻率隨著支架高度增加而顯著下降。鋼管支架高度為2.5m到3.5m 時(shí)支架-隔離開關(guān)整體1 階頻率皆在地震動(dòng)0.5～10Hz 卓越頻率的范圍內(nèi)，鋼筋混凝土管支架高度為3m 到3.5m 時(shí)支架-隔離開關(guān)整體1 階頻率皆在地震動(dòng)0.5～10Hz 卓越頻率的范圍內(nèi)，固不適合在地震多發(fā)區(qū)安裝。

由圖4 可見(jiàn)，隔離開關(guān)第一階振型為向Y軸方向平移，第二階振型為向X 軸方向平移加輕微扭轉(zhuǎn)，其第三階振型為繞Z 軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，第四階振型為向Y 軸平移加扭轉(zhuǎn)，第五階振型為向X 軸平移加扭轉(zhuǎn)，第六階為雙向平動(dòng)加扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。由此可見(jiàn)，低階振型之間的影響較小，隨階數(shù)增加不同振型之間的影響在增大。

4 110kV 支架- 隔離開關(guān)的動(dòng)力時(shí)程分析

4.1 110kV 支架-隔離開關(guān)不同支架放大系數(shù)分析

本文從PEER 地震動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)中選取了ATC-63 報(bào)告推薦的22 條符合要求的地震動(dòng)記錄，所選取的22 條地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜如圖5所示。

圖5 地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜Fig.5 Ground motion acceleration response spectrum

考慮到本文選取的地震動(dòng)記錄較多，且工作量龐大，為了避免冗余的調(diào)幅過(guò)程，能夠在減少工作量的同時(shí)又保證計(jì)算的精準(zhǔn)性和高效性，不等長(zhǎng)方法體現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)，因此本文選取不等長(zhǎng)方法對(duì)所選取的22 條地震動(dòng)記錄采取了7 次調(diào)幅，即在0～1g 范圍內(nèi)每隔0.2g 取值一次。

動(dòng)力放大系數(shù)表示單質(zhì)點(diǎn)彈性結(jié)構(gòu)在地震作用下的最大水平加速度反應(yīng)與地面最大水平加速度的統(tǒng)計(jì)平均值的比值。因此支架-隔離開關(guān)的放大系數(shù)可以表示為：

通過(guò)對(duì)22 條地震波7 次不等長(zhǎng)調(diào)幅后，對(duì)24 種110kV 支架-隔離開關(guān)進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析，得出在不同材料下動(dòng)力放大系數(shù)及其非線性擬合模型隨支架高度、截面變化規(guī)律結(jié)果如圖6和圖7 所示。

圖6 和圖7 對(duì)每個(gè)支架-隔離開關(guān)體系的88 個(gè)散點(diǎn)擬合后可以得到鋼管支架和鋼筋混凝土支架的動(dòng)力放大系數(shù)隨支架高度基本符合一元二次關(guān)系，高度越高動(dòng)力放大系數(shù)增加的越快，模擬結(jié)果與以往給定某一放大系數(shù)相比精準(zhǔn)性大大提高。

從圖6 和圖7 可知支架放大系數(shù)隨截面的變化遠(yuǎn)小于隨高度的變化，相比于高度因素變化不明顯?？梢缘玫脚c模態(tài)分析結(jié)果相似的判斷，即滿足工程要求的前提下盡可能降低支架的高度。22 條地震波作用下支架動(dòng)力放大系數(shù)約為0.95～1.848，平均動(dòng)力放大系數(shù)為1.203～1.546，大部分工況下的動(dòng)力放大系數(shù)大于規(guī)范所限定的最小值1.2。

4.2 110kV 支架-隔離開關(guān)瓷套管根部應(yīng)力應(yīng)變分析

瓷套管由脆性材料組成，儲(chǔ)能能力較小，在地震時(shí)只出現(xiàn)很小的變形就發(fā)生斷裂破壞，在瓷套管與法蘭的連接處變形難以協(xié)調(diào)使得此處更容易發(fā)生破壞，因此選取瓷套管根部進(jìn)行應(yīng)力分析。此外，震害統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，高壓電氣設(shè)備除了會(huì)發(fā)生因強(qiáng)度不夠造成的破壞，還有可能因?yàn)榇商坠茼敳课灰七^(guò)大而發(fā)生碰撞。因此，給予瓷套管頂部位移一定關(guān)注。

圖6 鋼管支架動(dòng)力放大系數(shù)隨高度變化規(guī)律Fig. 6 Dynamic amplification coefficient of steel pipe support varying with height

圖7 鋼筋混凝土管支架動(dòng)力放大系數(shù)隨高度變化規(guī)律Fig.7 Dynamic amplification coefficient of reinforced concrete pipe support varying with height

表2 舉例列出了運(yùn)用調(diào)幅后地震波進(jìn)行地震動(dòng)模擬試驗(yàn)得到的兩種支架-隔離開關(guān)頂端平均最大位移和設(shè)備瓷套管根部平均最大應(yīng)力。限于篇幅，本文列出了3m 高300mm 直徑支架不同材料隔離開關(guān)瓷套管應(yīng)力特性，如表2所示。

表2 高3m 直徑300mm 的支架- 隔離開關(guān)瓷套管應(yīng)力特性

5 110kV 支架- 隔離開關(guān)易損性分析

為了建立設(shè)備的地震需求模型，依據(jù)隔離開關(guān)IDA 分析結(jié)果，對(duì)地震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)PGA 取對(duì)數(shù)作為橫坐標(biāo)，對(duì)設(shè)備地震響應(yīng)結(jié)果取對(duì)數(shù)作為縱坐標(biāo)得到散點(diǎn)圖，按式（5）對(duì)IDA 分析結(jié)果采取對(duì)數(shù)線性回歸分析，進(jìn)而得到了設(shè)備以PGA 作為地震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)的概率地震需求模型。由于篇幅限制，本文僅列出不同支架高度300mm×8mm 截面尺寸的高硅瓷材料隔離開關(guān)對(duì)數(shù)線性擬合結(jié)果如圖（8）所示。

在不同材料、高度、截面尺寸下支架-隔離開關(guān)不同瓷套管材料強(qiáng)度的需求模型對(duì)數(shù)線性回歸結(jié)果如表5-6 所示。根據(jù)表3-4 的擬合數(shù)據(jù)代入公式（5），并繪制出相應(yīng)的地震易損性曲線，如圖9-10 所示。

如圖9 當(dāng)PGA 為1g 時(shí)，鋼管混凝土支架高度為2m，截面尺寸分別為300mm×50mm，350mm×50mm，400mm×50mm 的高硅瓷隔離開關(guān)的破壞超越概率分別為70%，69%，65%?？傻贸?，同一PGA 下，支架截面尺寸越大，破壞概率越小。但是截面尺寸對(duì)隔離開關(guān)抗震性能的影響遠(yuǎn)小于支架高度對(duì)隔離開關(guān)破壞概率的影響。如圖10（a），當(dāng)PGA 為0.5g 時(shí)2m，2.5m，3m，3.5m 的普通瓷隔離開關(guān)的破壞超越概率分別為88%，85%，75%，65%。其他易損性曲線的趨勢(shì)相似，可知同一材質(zhì)隔離開關(guān)，高度越高，越容易破壞。如圖10（a）PGA 為0.5g 時(shí)，支架截面尺寸為300mm×50mm，高2m的普通瓷柱和高硅瓷柱的破壞概率分別為88%和12%。同一等級(jí)的地震下，高硅瓷柱的抗震性能比普通瓷柱的抗震性能更好。

綜上易損性結(jié)論，支架截面對(duì)易損性曲線影響遠(yuǎn)小于支架高度對(duì)易損性的影響，高度越高，隔離開關(guān)的超越概率越高，支架更容易破壞。且同一PGA 下，高硅瓷的破壞概率遠(yuǎn)小于普通瓷的破壞概率，所以在滿足使用要求和在預(yù)算之內(nèi)的情況下，適當(dāng)?shù)牟捎酶吖璐刹牧虾徒档椭Ъ芨叨?，?huì)增強(qiáng)隔離開關(guān)的抗震性能。

圖8 300mm×8mm 截面鋼管支架不同高度概率地震需求分析Fig.8 Probabilistic seismic demand analysis of different heights for 300mm×8mm section steel pipe supports

表3 變參數(shù)鋼管支架- 隔離開關(guān)地震需求參數(shù)表

表4 變參數(shù)鋼筋混凝土管支架- 隔離開關(guān)地震需求參數(shù)表

圖9 鋼筋混凝土管支架- 隔離開關(guān)地震易損性曲線隨高度，截面尺寸變化規(guī)律Fig.9 Seismic vulnerability curve of RC pipe support-disconnector varying with height and section size

圖10 鋼管支架- 隔離開關(guān)地震易損性曲線隨高度，截面尺寸變化規(guī)律Fig.10 Seismic vulnerability curve of steel pipe support-disconnector varying with height and section size

6 結(jié)論

利用有限元軟件建立了不同材料，不同高度，不同截面尺寸的支架-隔離開關(guān)有限元模型，對(duì)其進(jìn)行了模態(tài)分析、增量動(dòng)力時(shí)程分析，在以上研究結(jié)果的基礎(chǔ)上揭示并建立了支架不同材料、高度、截面尺寸對(duì)支架-隔離開關(guān)體系固有頻率及動(dòng)力放大系數(shù)的影響規(guī)律。進(jìn)一步分析不同類型隔離開關(guān)的易損性。

（1）結(jié)構(gòu)頻率隨截面增大而小幅增大，截面因素遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于高度因素對(duì)結(jié)構(gòu)頻率的影響。設(shè)備體系的固有頻率與支架高度呈現(xiàn)明顯的相關(guān)性，支架高度越低，設(shè)備體系的固有頻率越大。鋼管支架高度為2.5 m 到3.5 m 時(shí)支架-隔離開關(guān)整體1 階頻率和鋼筋混凝土管支架高度為3 m 到3.5 m 時(shí)支架-隔離開關(guān)整體1 階頻率皆在地震動(dòng)0.5～10 Hz 卓越頻率的范圍內(nèi)，不適合在地震多發(fā)區(qū)安裝。

（2）鋼管支架和鋼筋混凝土支架的動(dòng)力放大系數(shù)隨支架高度基本符合一元二次關(guān)系，高度越高動(dòng)力放大系數(shù)增加的越快，模擬結(jié)果與以往給定某一放大系數(shù)相比精準(zhǔn)性大大提高。

（3）支架截面對(duì)易損性曲線影響遠(yuǎn)小于支架高度對(duì)易損性的影響，高度越高，隔離開關(guān)的超越概率越高，支架更容易破壞。且同一PGA 下，高硅瓷的破壞概率遠(yuǎn)小于普通瓷的破壞概率，所以在滿足使用要求和在預(yù)算之內(nèi)的情況下，適當(dāng)?shù)牟捎酶吖璐刹牧虾徒档椭Ъ芨叨龋瑫?huì)增強(qiáng)隔離開關(guān)的抗震性能。