АНАЛИТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (BCS) ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СЕЙСМИЧЕСКОГО ОТКЛИКА ПОДВЕШЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ, РАСКРЕПЛЕННОГО УПРУГОПЛАСТИЧЕСКИМИ ДЕМПФЕРАМИ С МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ КАРКАСАМИ
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (BCS) ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СЕЙСМИЧЕСКОГО ОТКЛИКА ПОДВЕШЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ, РАСКРЕПЛЕННОГО УПРУГОПЛАСТИЧЕСКИМИ ДЕМПФЕРАМИ С МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ КАРКАСАМИ
DOI:
https://doi.org/10.22337/2587-9618-2025-21-3-105-120Ключевые слова:
металлический каркас, подвесной паровой котел, упругопластический демпфер, система контроля перемещений (BCS), сейсмическая реакция, землетрясение, аналитическая модельАннотация
Оборудование, подвешенное к опорным металлических каркасам, например, паровые котлоагрегаты, обычно имеет систему раскрепления, которая снижает амплитуду сейсмических колебаний до технологически приемлемых значений. В качестве элементов раскрепления используются упругопластические демпферы, установка которых влияет на динамические характеристики конструктивной системы. Если напряженно-деформированное состояние элементов металлического каркаса ухудшается при использовании демпферов, рекомендуется дополнительно использовать систему контроля перемещений (BCS), оптимальные параметры которой должны быть определены в процессе проектирования. При этом одновременно обеспечиваются требования к сейсмостойкости конструкций и экономичности принимаемых технических решений. BCS включает в себя блоки пружин – опоры, воспринимающие нагрузку от каркаса и оборудования, и вязкие демпферы, повышающие общее демпфирование системы. Подробные конечно-элементные модели не применимы для целей оптимизационного анализа эффективности BCS, поскольку в условиях нелинейного характера работы системы они требуют значительных временных и программно-вычислительных ресурсов. В данной статье предлагается аналитическая модель системы "подвесное оборудование – каркас" с упругопластическими демпферами и системой BCS, которая легко реализуется алгоритмами программы MathCAD. В статье также анализируется возможность применения BCS с целью сейсмоизоляции подвешенного оборудования (котлов) и каркасов при воздействиях различного частотного состава. Показано, как различные параметры элементов BCS могут влиять на эффективность. Отмечается, что необходимо определить наиболее оптимальное количество вязких демпферов, при котором наблюдается максимальное снижение сейсмического отклика.
Библиографические ссылки
Fan, F., Zhi, X., Li,W. (2022) Analysis of the Acceleration Response Spectra of Single-Layer Spherical Reticulated Shell Structures. Applied Sciences. 12(4):2116. https:// doi.org/10.3390/app12042116
Chiba, T., Fujita, S. (2004) Seismic proving test of equipment and structures in thermal conventional power plant. Journal of Japan Association for Earthquake Engineering. Volume 4, Issue 3. pp. 457-464. https://doi.org/10.5610/jaee.4.3_457
Anuschenko, A.M. (2024). Ensuring Earthquake Resistance of Fossil Power Plants Steel Frames and Steam Boilers. In: Sigaher, A.N., Sutcu, F., Yenidogan, C. (eds) Seismic Isolation, Energy Dissipation and Active Vibration Control of Structures. WCSI 2023. Lecture Notes in Civil Engineering, vol 412. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-71048-3_14
Anushchenko, A.M. (2023) Problemy i osobennosti raschetov metallicheskih karkasov podvesnyh kotlov TES na sejsmicheskie vozdejstviya [Problems and features of calculations of metal frames of suspended boilers of thermal power plants for seismic effects]. Sejsmostojkoe stroitel'stvo. Bezopasnost' sooruzhenij. №6. pp. 53-73.
Muto, K., Shibata, K., Tsugawa, T., Yamada, K. (1988) Earthquake resistant design of boiler building of thermal power plant. Proceedings of 9 World Conference on Earthquake Engineering. Vol.VI. 10-6-7. P. 855-860.
Anushchenko, A.M. (2024) Sejsmostojkost' metallicheskih karkasov podvesnyh parovyh kotlov s uprugoplasticheskimi elementami raskrepleniya [Earthquake resistance of metal frames of suspended steam boilers with elastoplastic release elements]. Dissertation for the degree of Candidate of Sciences. P. 168.
Anushchenko, A.M. (2024) Effektivnye konstruktivnye meropriyatiya i osobennosti inzhenernyh raschetov pri reshenii zadach obespecheniya sejsmostojkosti energeticheskoj infrastruktury na primere kotel'nyh agregatov TEC [Effective constructive measures and features of engineering calculations in solving the tasks of ensuring the seismic resistance of energy infrastructure using the example of boiler units of thermal power plants]. Prirodnye i tekhnogennye riski. Bezopasnost' sooruzhenij. 5(72). pp. 40-47.
Kasai, K., Nakai, M., Nakamura, Y., Asai, H., Suzuki, Y., Ishii, M. (2009) Building Passive Control in Japan. J. Disaster Res. Vol.4, No.3, pp. 261-269. https://doi.org/10.20965/jdr.2009.p0261
Nishida, E., Suzuki, K., Yasuda, T., Ohwa, Y. (1992) Optimum design of connecting elements in complex structures and its application to seismic design of boiler plant structures. Proceedings of the Earthquake Engineering, Tenth World Conference. Rotterdam. P.2167-2172. Corpus ID: 173984235
Aida, K, Kawate, K, Hiyoshi, Y, Kawamura, K, Fujita, S. (2014) Earthquake Load Reduction Effects of Boiler Structures by High Energy Absorbing Seismic Ties. Proceedings of the ASME 2014 Pressure Vessels and Piping Conference. Volume 8: Seismic Engineering. V008T08A048. https://doi.org/10.1115/PVP2014-28351
Aida, K., Morikawa, S., Shimono, M., Kato, M., Morishita, K., Amano, T. (2017) Elasto-Plastic Finite Element Analysis of Long-Lived Seismic Ties for Thermal Power Boiler Structure // Proceedings of the ASME 2017 Pressure Vessels and Piping Conference. Volume 8: Seismic Engineering. V008T08A036. ASME. https://doi.org/10.1115/PVP2017-65665
Harikrishna, T., Baskar, K. (2015). Comparative Study on Response of Boiler Supporting Structure Designed Using Structural Steel I-Columns and Concrete Filled Square Steel Tubular Columns. In: Matsagar, V. (eds) Advances in Structural Engineering. Springer, New Delhi. https://doi.org/10.1007/978-81-322-2187-6_161
Saito, T. (2015) Behavior of response controlled and seismically isolated buildings during severe earthquakes in Japan. Energia, Ambiente e Innovazione. pp. 31-37. DOI 10.12910/EAI2015-078
Belash, T.A., Smirnova, L.N., Bubis, A.A., Zvezdov, A.I. (2023) Ob osobennostyah ispol'zovaniya special'nyh sredstv sejsmozashchity dlya povysheniya sejsmostojkosti ekspluatiruemyh sooruzhenij [On the specifics of using special seismic protection equipment to increase the seismic resistance of operated structures]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. № 12. pp. 10-16.
Belyaev, V.S., Kostarev, V.V., Vasil'ev, P.S., Kultcep, A.V., Bondarev, D.E. (2023) Sovremennye metody sejsmozashchity zdanij, uchityvayushchie prostranstvennyj harakter sejsmicheskogo vozdejstviya [Modern methods of seismic protection of buildings, taking into account the spatial nature of seismic impact]. Prirodnye i tekhnogennye riski. Bezopasnost' sooruzhenij. 4(65). pp. 38-45.
Kostarev, V., Kultsep, A., Vasilyev, P. (2024). Analysis, Testing and Application of the 3D BCS Base Control Isolation System with 3D Viscodampers. In: Sadan, B., Tuzun, C., Erdik, M. (eds) Seismic Isolation, Energy Dissipation and Active Vibration Control of Structures. WCSI 2023. Lecture Notes in Civil Engineering, vol 533. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-66888-3_20
Nawrotzki, P., Siepe, D. (2015) Seismic protection of machinery, buildings and equipment of nuclear power plants by using 3-D base control systems. Transactions, SMiRT-23. Manchester, United Kingdom - August 10-14, 2015. Division VI.
Parsi, S.S., Lal, K.M., Kosbab, B.D., Ingersoll, E.D., Shirvan, K., Whittaker, A.S. (2022) Seismic isolation: A pathway to standardized advanced nuclear reactors // Nuclear Engineering and Design. Volume 387. 111445. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2021.111445
Tarasov, V.A. (2020) Double Seismic Insulation System of Turbine Unit Foundation. Construction of Unique Buildings and Structures. Volume 91. Article No 9101. DOI: 10.18720/CUBS.91.1
Babskij, A.E., Lalin, V.V., Olejnikov, I.I., Tarasov, V.A. (2021) Sejsmostojkost' vibroizolirovannyh fundamentov turboagregatov v zavisimosti ot chastotnogo sostava sejsmicheskogo vozdejstviya [Seismic resistance of vibration-insulated foundations of turbine units, depending on the frequency composition of the seismic impact]. Stroitel'naya mekhanika inzhenernyh konstrukcij i sooruzhenij. Tom. 17. 1. pp. 30-41.
Charalampakis, A.E. (2015) The response and dissipated energy of Bouc - Wen hysteretic model revisited. Arch Appl Mech. 85. pp. 1209–1223. https://doi.org/10.1007/s00419-014-0937-8
Grimmer, M. (2017) Analysis of Hysteretic Systems: Preisach Formalism and Bouk-Wen Modeling. A thesis submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree Master of Science. Texas. 91 p.
Wen, Y.K. (1976) Method of random vibration of hysteretic systems. ASCE J. Eng. Mech. 102(2). pp. 249-263.
Boccamazzo, A., Carboni, B., Quaranta, G., Lacarbonara, W. (2020). Optimization Strategies of Hysteretic Tuned Mass Dampers for Seismic Control. In: Lacarbonara, W., Balachandran, B., Ma, J., Tenreiro Machado, J., Stepan, G. (eds) Nonlinear Dynamics and Control. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-34747-5_10
Maldonado, G.O., Singh, M.P., Casciati, F., Faravelli, L. (1987) Stochastic response of single degree of freedom hysteretic oscillators. Technical Report of Research Supported by The National Science Foundation Under Grant Number CEE-8412830. Department of Engineering Science and Mechanics Virginia Polytechnic Institute and State University Blacksburg. VA 24061. 85 p.
Noori, M. (1984) Random Vibration of Degrading Systems with General Hysteretic Behavior: Doctoral dissertation. University of Virginia. 206 p.
Aida, K., Kawamura, K., Maruyama, N., Suzuki, K., Fujita, S., Chiba, T. (2000) Proving Tests of Energy Absorbing Seismic Ties for Aseismic Design of Boiler Plant Structures. 12th World Conference on Earthquake Engineering. New Zealand. Paper No. 2588.
Chen, B.G., Wu. J. (1999) Transfer-Function-Based Criteria for Decoupling of Secondary Systems. Journal of engineering mechanics. Vol. 125. Issue 3. pp. 340-346. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9399(1999)125:3(340)
Chaudhuri, S.R., Gupta, V.K. (2002) A response-based decoupling criterion for multiply-supported secondary systems. Earthquake engineering and structural dynamics. 31. pp. 1541–1562. https://doi.org/10.1002/eqe.175
Fouquiau, P.-V., Frederic, B., Chatzigogos, C.T. (2018). New dynamic decoupling criteria for secondary systems // Proceedings of 16th European Conference on Earthquake Engineering.
Kostarev, V.V., Petrenko, A.V., Vasilyev, P.S., Reinsch, K.-H. (2005) Adaptation of high viscous dampers (HVD) for essential decreasing of in-structure floor response spectra. Proceedings of SMiRT18-K11-6. pp. 3423-3434. https://api.semanticscholar.org/CorpusID:55256766
Tamura, I., Kuramasu, M., Barutzki, F., Fischer, D., Kostarev, V., Berkovskiy, A., Vasiliev, P., Inoue, T., Okita, S., Namita, Y. (2016) Dynamic Analysis of NPP Piping Systems and Components With Viscoelastic Dampers Subjected to Severe Earthquake Motions. Proceedings of the ASME 2016 Pressure Vessels and Piping Conference. Volume 8: Seismic Engineering. Vancouver, British Columbia, Canada. July 17–21, 2016. V008T08A022. ASME. https://doi.org/10.1115/PVP2016-64029
Technical specifications TU 4192-001-20503039-01 (2011) Viscoelastic dampers of the VD series. Technical specifications. CKTI-VIBROSEISM Co. Ltd. Saint-Petersburg.
Bondarev, D.E. (2023) Stenovoj dempfer «WD CVS» kak effektivnoe sredstvo povysheniya sejsmostojkosti karkasnyh metallicheskih zdanij [Wall damper "WD CVS" as an effective means of increasing the seismic resistance of framed metal buildings]. Sejsmostojkoe stroitel'stvo. Bezopasnost' sooruzhenij. №5. pp.74-90.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2025 International Journal for Computational Civil and Structural Engineering
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-ShareAlike» («Атрибуция — Некоммерческое использование — На тех же условиях») 4.0 Всемирная.
