基于NASTRAN分析的大型薄壁钢结构筒体与桩-土相互作用.pdf.doc.doc
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1、 合肥工业大学硕士学位论文基于NASTRAN分析的大型薄壁钢结构筒体与桩-土相互作用姓名:徐勇申请学位级别:硕士专业:结构工程指导教师:叶献国20071101 本 课题 主 要研 究桩 基 础 、地基 土 对 上部 结 构 动 力 特 性 影响 的 问 题 。 篿 , 甆 籑 图 脱 硫塔 结 构尺寸 图 图 鸵 一 阶振 动 模 态 图图 鸵 二阶振 动 模 态 图图 鸵 三阶振 动 模 态 图图 鸵 四阶振 动 模 态 图图 鸵 五阶振 动 模 态 图 图 鸵 籰、图 鸵 籰、图 鸵 、图 鸵 、图 鸵 籰、图 鸵 、图 鸵 、图 鸵 、图 鸵 、图 鸵 、图 鸵 、图 鸵 籰、图 鸵 、
2、模 型一 畲 蠓 从 笨蘉 应 力图模 型一 畲 蠓 从 笨蘉 应 力图模 型一 畲 蠓 从 笨蘉 应 力图模 型一 畲 蠓 从 笨蘉 应 力图模 型畲 蠓 从 笨蘉 应 力图 表 表 表 向 罕 遏 地震波 或 撰 写 过 的 研究成果 , 也不包含 为 获得签 字日 期: 沙可年, 瑚 弓日学位 论 文作者毕 业后 去 向 : 谢感 谢我的同 学 们 , 是 他 们 的存在才 使 我的研 究 生 生 活更加 充实 和 多姿多彩 。 感 谢 级 班 的其 他 所 有 同 学 , 非 常 荣 幸 能够在这 样一 个 团 结 向 上的集 体中 学 习和 生 活,最 后 祝 愿 每 位 同 学 和
3、 朋 友 能够拥 有 一 个 美 好的未 来。 绪计 地 震标准,而 震害却微 不 足 道 。地 震产 生 的地 面 运 动 差 异以 及 结 构 在 地 震中的 与 自 由场 地 相 比较 , 由于 上部 结构 的 振动反馈 作 用, 改 变 了地 基运 动的 辐值和 频 谱组 成, 使 接 近 结构 自 振频 率 的 分 量 获得 加 强 :同 时 , 地 基的 加 速 度幅 值也较 邻 近 自 由场 地 减小, 部 分 文 献指出 基础的 加 速 度峰 值减少可 达 。 国 内外 多 次 大 地 震 的 实 测 记录也表明:在 建 筑 物 地 下室记录到 的 加 速 度幅 值总是小于邻
4、近 建 筑 物 的 自 由地 表加 速 度记录幅 值峄】 。 记录 对 栋 房屋 进 行分 析 , 结 果显示 地 基 越软相 互 作 用 对 上 部 结 构 动 力反应 影 响越大 : 考 虑 一结 构 动 力相 互 作 用 的 结 构 位移 是 由基 础 平 移 、 基 础 转 动 和结 构 本身 变形 三 部 分 组 成 的 , 与 刚性 地 基 假设 计 算结 果相 比 , 结 构 顶 点 位移 一般都 相 应地 增 大 , 结 构 刚度 越大 , 场 地 越软, 结 构 顶 点 的 位移 增 大 得越多 : 由于底 部 剪 力和层间 剪 力一般是 减 小的, 故 结 构 的 层间 位
5、移 一般也 是 减 小的。 然 而, 不 同 文 献针对 不 同 的计 算对 象 和地 基 条件 、 基 于不 同 的计 算模型, 得出的 结 论 也 不 尽相 同 。 现行土一结 构 相 互作 用 的研究方 法 可 分 为 : 理 论 方 法 、 原 型测 试和室 内试验。其中 室 内试验主 要 是 对 地 基 土的 物 理 力学 性 质 的 测 量 , 以 确定 理 论 分 析 模型的 参数。 由于对 无 限地 基 辐 射 阻抗 模拟 的 困 难 , 土一结 构 动 力相 互 作 用 的 模型试验方法 并 未 得到 充 分 发 展 。 原 型测 试包 括 激振 试验和强 震观 测 两 个
6、方 面 , 近 年 来 得到了 一定 的 发 展 , 但 在验证结 构 一地 基 动 力相 互 作 用 的 理 论 模型方 面 的 研究成 果还不 多 。 理 论 分 析 方 法 包 括 : 直接 法 和子结 构 法 。 下面 将 主 要 针对 上 述 两 种 理 论 分析 方 法 进 行介 绍。 。简 单子 结 构 法 的数 学 模 型是 桩一 土 一 上 部 结 构 动力 相互 作 用 研究 现 状 了 近 似 考 虑 。提 出 : 群 度 时建 造 于 、 类场地 , 采 用 箱 基、刚性较好的筏基和 桩箱 联 合 基础 的钢 筋 混 凝 土 高 层 建 筑 , 当 考 虑 地 基与 结
7、 构 相互 作 用 时, 按 刚性地 基假定 分析 得 到 的水 平地 震 作 用 可根据 结 构 和 场地 的不 同进 行 折 减 。事 实上 , 国 内 外 的大 量 理 论 、试验研究 均 发 现 , 基于 刚性地 基假定 的结 构 抗 震 计算不一 定 都 是 安 全的, 故 桩一 土 一 结 构 动力 相互 作 用 对 结 构 动力 反应的影 响 不 容忽 视 蘑裢 一 土 系 统 课题 的 研 究 背 景我 国电 力 工 业现在 仍以 煤 电 为 主,这一 格局在 相当 长 时 间 内 难以 根 本 改变 。截 至 对 于 解决火电厂 二 氧化硫污 染问 题 提 出了 指 导 性意
8、 见 , 这 是国 家 主 管 部 门 对 加 强脱 硫监管 的 一 项有力 政 策。此前不 久, 国 家 环 保 总 局在 “十 一 五”期 间 的 重 点任务 中重 申 : 新建燃煤 电厂 必 须同 步 建设 脱硫设 施 , 老 电厂 分 阶段 建设 脱硫设 施 。并且 公 布了 全 国 几 十家 电厂 名 单 , 要求 其 必 须在 规定 的 期 限内 完 成脱 硫主 体工程 建设 。脱硫吸收 塔 为大 型薄 壁 钢 制圆 筒 形结 构 , 有烟 气的 进 、出口 通 道 , 开 孔率 大 , 有时最 大 开 孔宽 度 达 塔 径 的 左 右 , 内 部 有多 层 的 喷 淋和喷 雾 装
9、 置 且 设 有支撑 粱 , 设 备尺 寸大 , 负 荷 范 围 宽 且 种 类多, 防腐 要求 高 , 结 构 形式 特 殊 且 复 杂 , 在 结 构 分 析中存 在很 多值 得 研究的 技术难题 。同 时 , 在 结 构 设 计 中。塔 体的 抗 震 性能 评 价和地 震 作 用的 计算 也 是最 棘手的 问 题 , 地 震 作 用是导 致 吸收 塔 整体结 构 破 坏 的 最 大 威胁 因素。因此, 对脱硫塔 结 构 进 行抗 震 设 计 研究与抗 震 性能 评 价, 具有十 分 明显的 工程意 义 和实用价值 。除 了 薄壁 和大 直 径 外 , 烟 道 的 横 向开 口 和塔 体上
10、 部 的 集 中质量 是影 响 吸收 塔 结 构 稳 定 性的 关键 因素。 有 限元的 发 展现状 叫有 限元 法 的 基 本 思 想 是将 连 续 的 求 解区 域 离 散成为 一组 有 限个 且按 一定方 式相 互区 域 上的 分片 连 续 函 数和最 小位 能原 理相 结合 , 来 求 解 扭转问 题。 年 可 将 工 程 设 计 、 工 程 分析、 结果 评 估 、 用 户 化 和交 互图 形 界 面 集 于 一身 , 构成一个 完 整的 苫 肪 场 胨 那 昂 蟠 砥鱉 可 以 帮助 产 品 开 发 者实现从 设 计 到 制 造 全过程 的 产 品 性 能仿 真 , 其 主要 特
11、点包 括 : 直 接模 型 访问 、 智能化 模 型 处 理、 自 动有 限元 建 模 、 完 全的 分析集 成、 结果 可 视 化 处 理等 等 , 其 功能得到 世界 的 公 认, 吸 收 塔 是烟 气 脱 硫工 艺 的主 体 结 构, 脱 硫吸 收 塔 为大 型 薄 壁 钢制 圆 筒 形 结构, 钢制 圆 筒 是由不 同 厚 度 的钢板卷 制 、 焊 接 而 成 。 目 前许多作者 用 用 有限元软件 对 该 种结 构进行了静 力、 动力特性分 析 , 分 析 时 , 为简 化 计算 直 接 把该 结 构的筒 体 底 部 约 束 住 , 而 不 考 虑 桩 一 土一 结 构共 同 作用
12、对 结 构的动力特性影响, 显 然 这与实 际 结 构的动力特性会 有区 别 。 笔 者 主 要在以 下 几方 面做 了一 定 的研 究工 作: 肗 大 型 通 用 有限元软 件 建 立 两 种模型 :不 考 虑 桩 一 土一 结 构共同 作用 和 考 虑 桩 一 士 一 结 构共 同 作用 模型 ; 第 二章 工 程结构 抗 震 基 本原 型 单质 点 弹 性体 系 的 地 震 反应研膏。 ,指 向 与 地 面 运 动 加速度 方 向 相 反。 因此 ,膏 量 口 C 式 , 是 一个二阶 常系 数 线 性非 齐 次微 分方 程,它 的 解 包 含两个部 分: 鱼竺 題二墅 隿 , 蝮 米
13、线 于 是 ,方 程 娜 庥 墒 和 式 叠 加而成 :蚋 换 鹘趴 伞 住雓 灿 去 :墨扩口【 甪 猺矗一鼠雄一口荆 猺咳 鏻一周期牡 杂 啥忍 逑 担 谙嗤 牡孛 嬖 硕 禄 嵊 胁煌牡卣 鸱 从 阻 尼 比善 对 体系的 地 震反应 有直 接 的 影 响 ,阻 尼 比愈大 刚 弹性反应 愈小 。前面 讨论 了 单质 点 弹性体 系的地 震 反应 。 在 实际 工 程 中 ,除 有些结构 可 以简 化 成单质 点 体 系外 ,很多工 程 结构 ,像多层 或 高 层 工 业 与民用 建筑和 本 项目 研 究 的 脱硫 塔 结构 等 ,则 应 简 化 成多质 点 体 系来 计算 ,这 样 才
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