【摘 要】
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土-井筒-井塔相互作用下煤矿井塔的地震反应明显区别于只考虑井塔的地震反应。然而,在进行煤矿井塔结构设计时,传统的设计方法通常假设井塔为刚性地基,忽略土-井筒-井塔相互作用对井塔地震反应分析的影响。在目前工程背景的基础之上,系统研究了不同场地类别下,考虑土-井筒-井塔相互作用对倒锥台式基础井塔和桩筏基础井塔地震反应分析的影响。考虑相互作用的影响,是合理进行倒锥台式基础井塔及桩筏基础井塔抗震设计的关键
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土-井筒-井塔相互作用下煤矿井塔的地震反应明显区别于只考虑井塔的地震反应。然而,在进行煤矿井塔结构设计时,传统的设计方法通常假设井塔为刚性地基,忽略土-井筒-井塔相互作用对井塔地震反应分析的影响。在目前工程背景的基础之上,系统研究了不同场地类别下,考虑土-井筒-井塔相互作用对倒锥台式基础井塔和桩筏基础井塔地震反应分析的影响。考虑相互作用的影响,是合理进行倒锥台式基础井塔及桩筏基础井塔抗震设计的关键,对于提高新建井塔的地震安全性具有十分重要的意义。具体做了以下研究工作,并得出以下研究结果及结论:1)以Winkler地基梁模型、Penzien集中质量模型为基础,采用理论分析和有限元数值分析两种方法,系统研究了Ⅱ、Ⅲ类场地下,土-井筒-井塔相互作用对倒锥台式基础井塔地震反应分析的影响,弥补并完善了该领域的研究内容。研究结果表明,Ⅱ、Ⅲ类场地下倒锥台式基础井塔的地震作用（塔层加速度）增大系数分别为1.8、2.4,即考虑土-井筒-井塔的相互作用后,井塔的晃动程度得到放大,轻则影响设备的正常使用、人员的舒适性,重则造成井塔结构的损伤、倒塌,直接威胁生命财产的安全。2)考虑土-井筒-井塔的相互作用,提出并建立桩筏基础井塔体系的理论分析简化模型及在时域内的理论运动方程,系统研究了不同地基及基础形式、不同场地类别和不同地震波等因素对桩筏基础井塔地震反应分析的影响,填补了土-井筒-井塔相互作用对桩筏基础井塔地震反应分析影响的研究空白,为相关研究提供了理论依据和支撑;其中井筒与桩筏基础井塔采用非固接的理论分析简化模型及理论运动方程,为相关的研究提供了新思路和新方法。3)与刚性地基井塔相比,考虑土-井筒-井塔的相互作用后,桩筏基础固接井塔与桩筏基础非固接井塔地震反应的增大系数基本一致;Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ类场地对应井塔层间位移增大系数的平均值分别位于1.30～1.61、0.88～1.25和0.73～0.97范围内;塔层位移增大系数在Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ类场地下的平均值分别是1.27～1.41、0.86～0.94和0.72～0.80;塔层加速度增大系数在Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ类场地下的平均值分别位于1.70～1.95、1.20～1.71和1.00～1.40范围内;层间位移、塔层位移和塔层加速度的增大系数分别反应地震作用下,井塔内力、变形和晃动程度的增大幅度,增大系数较小则可能影响井塔及设备的正常使用,增大系数过大则威胁到井塔的安全。4)在Ⅲ类场地,考虑土-井筒-井塔的相互作用,研究基桩数量（12根、22根、44根、66根和88根）对桩筏基础固接井塔体系和桩筏基础非固接井塔体系中井塔地震反应分析的影响,两种体系的井塔地震反应均随着基桩数量增加而增大,基桩数量为88根的桩筏基础井塔体系比12根基桩体系的井塔地震反应大7%～13%左右;并且两种体系层间位移和塔层加速度差值的最大绝对值均小于5%,论证了两种连接形式的结果相差很小,具有重要的理论意义和现实意义。综合以上分析,在倒锥台式基础井塔、桩筏基础井塔的工程抗震设计及地震反应分析中,建议考虑土-井筒-井塔相互作用对煤矿井塔地震反应分析的影响。图56幅;表109个;参131篇。
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