基于IBC標準的干式變壓器地震計算

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