基于IBC标准的干式变压器地震计算

基于IBC标准的干式变压器地震计算

根据IBC2012标准进行干式变压器地震强度计算。

在美国，比较常用的通用结构设计规范有不止一本，如IBC，UBC 和SBC等等，不同的规范出自不同的机构。美国现有三大结构规范出版机构BUILDING OFFICIALS AND CODE ADMINISTRATORS INTERNATIONAL 简称：BOCA，INTERNATIONAL CONCFERENCE OF BUILDING OFFICIALS 简称：ICBO 和 THE SOUTHEN BUILDING CODE CONGRESS INTERNATIONAL 简称：SBCCI。UBC是UNIFORM BUILDING CODE 的简称，由美国三大结构规范出版机构之一BOCA 出版的，其抗震设计是基于STRUCTUAL ENGINEERS ASSOCIATION OF CALIFORNIA （SEAOC）。三大结构规范出版机构在1994 年底共同成立了INTERNATIONAL CODE COUNCIL 简称ICC， 旨在推行一本全美通用的结构规范并于2000 年出版了第一版，这就是INTERNATIONAL BUILDING CODE 2000（IBC 2000）。IBC 2000 对抗震的设计的描述是主要是基于规范NEHRP1997（NATIONAL EARTHUQAKE HARZARDS REDUCTIONPROGRAM PROVISIONS）， 也吸收了少部分UBC97 的内容。目前最新版为IBC 2012。ASCE 7-05，美国结构工程师协会荷载规范，该规范地位相当于中国荷载规范和抗震规范的组合。而IBC中关于地震载荷计算也是根据ASCE 7-05标准进行的。

表1

用于美国的电气设备往往需要提供给客户基于IBC的地震载地脚计算，以便客户设计地基。下面我们就以一个干式变压器设备为例，根据IBC 2012和ASCE 7-05进行地震强度计算。

已知条件：

干式变压器容量：5450kVA，

设备总重量：Wp=16550kg，

平均屋顶高度：h=3.568m

附件高度：z=3.568m，（若无附件则等于平均屋顶高度）

设备现场安装条件：

设防类别：IV，根据IBC2012 表1604.5，见表1。

场地土类别：D，根据IBC2012，表1613.5.2，见表2。

成分类型：8b， 根据ASCE7-02 表9.6.3.2，见表3。

重要系数：Ip=1.5，根据ASCE7-02 表9.6.1.5，见表4。

短周期加速度反映谱：Ss=0.074g

1秒加速度反映谱：S1=0.026g

表2

表3

表4

地震载荷计算过程：

确定场地土类别有关系数：

Fa=1.6，根据场地土类别和Ss值查表1613.5.3，见表5，若Ss值不在表内，则采用插值法求得Fa。

Fv=2.4，根据场地土类别和S1值查表1613.5.3，见表6，若S1值不在表内，则采用插值法求得Fv。

表5

表6

计算最大加速度反应谱

SMS=Fa*Ss=0.12，根据IBC 2012公式 16-36。

SM1=Fv*S1=0.06，根据IBC 2012公式 16-37。

计算设计加速度反应谱

SDS=2/3*SMS=0.08，根据IBC 2012公式 16-38。

SD1=2/3*SM1=0.04，根据IBC 2012公式 16-39。

确定地震设计类别

SDS地震设计类别：A，根据SDS查IBC表格1613.5.6（1），见表7。

SD1地震设计类别：A，根据SD1查IBC表格1613.5.6（2），见表8。

使用地震设计类别：A，使用以上两地震设计类别中最严格类别。

表7

表8

图1

图2

确定放大系数和响应修正系数

放大系数，ap=1.0，查ASCE7-02表9.6.3.2，见表3。

响应修正系数，Rp=2.5，查ASCE7-02表9.6.3.2，见表3。

地震载荷计算

Fp= （0.4*ap*SDS*Wp）*（1+2*z/h）/（Rp/Ip）=940.6 kg=9.2 kN。

根据以上地震载荷进行干式变压器地脚螺栓剪切力和拉拔力计算。

设备外形图见图1和图2：

确定图一和图二尺寸。

设备重心高度：Hm=1550mm

地脚孔尺寸：

Lx1=1575mm，Lx1数量 n1=3，

Lx2=0mm，Lx2数量 n2=0，

Ly1=1125mm，Ly1数量 n3=6，

Ly2=0，Ly2数量 n4=0。

Vx=Vy=Fp

计算地脚螺栓剪切力：

Fbx=Vx/（n1+n2+n3+n4）=1.5 kN

Fby= Vy/（n1+n2+n3+n4）=1.5 kN

计算地脚螺栓拉拔力：

根据以上计算结果可以选择4.8级M16地脚螺栓，该螺栓的抗拉强度为65.9kN，抗剪切强度为18.8kN。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.21.017