钢筋混凝土烟囱作用效应及减震的理论研究

论文摘要

钢筋混凝土烟囱作为工业建筑必要的附属建筑，在生产中起着重要的作用。主要承受风荷载、地震作用和温度作用等，本文围绕这几个方面展开研究，主要做了如下几方面的工作： （1） 本文采用有限元法分析烟囱在自重、水平力共同作用下，基础强度和基底反力。对圆形板式基础进行非线性了有限元计算，分析了不同地质条件下基础的应力-应变分布，并与规范计算结果进行比较和分析。分别考虑了单层地基和分层地基两种情况，分析了模型参数对基础应力和基底反力的影响。另外，对空腔壳基础进行了弹塑性全过程分析，得到了空腔壳基础从弹性到弹塑性破坏过程中应力-应变的变化曲线；壳体基础关键部位的载荷-应变（或位移）曲线；不同荷载作用下的应力-应变规律及基础的破裂过程。 烟囱是高柔结构，特别是建立在软弱地基上的烟囱，有必要考虑土-结构的相互作用，因此，本文考虑了土与结构之间的动力相互作用及P-Δ效应对烟囱的影响。另外，烟囱的震害是由水平和竖向地面运动共同作用引起的，本文考虑了水平和竖向地震的耦合。采用集总参数法，在结构的整体水平上考虑P-Δ效应，建立了水平地震作用和竖向耦合地震作用下，土-结构动力相互作用下结构的动力方程。通过对算例的讨论，结果表明由于竖向地震作用以及重力二阶效应，烟囱的内力增加；由于基础与土体的相互作用有可能加大结构的重力二阶效应，对烟囱的稳定性会产生不利影响。 （2） 烟囱基础因其有外围土壤的作用易造成烟囱基础侧壁和底板长期处于高温条件下，导致混凝土烧损、钢筋断裂，故有必要充分了解烟囱地下土壤温度场的分布情况，才有可能设计出合理的烟囱基础埋深、隔热层厚度。根据烟囱基础的温度场的分布受地基影响的特点，本文基于烟囱基础的温度场试验研究结果，对试验结果进行了有限元分析以及参数分析，得到了计算烟囱基础筒壁最高温的简化计算公式。 （3） 有研究表明当配筋率过高或承受高温作用时，由于钢筋与混凝土的线膨胀系数差异而引起的温度应力较大，须认真考虑。长期受高温作用的钢筋混凝土烟囱筒壁结构也存在类似问题，本文建立了考虑线膨胀系数差异及温差作用的轴拉构件的应力和位移之间关系式，分析了构件的应力及位移的变化。 （4） 烟囱属于高耸建筑，因其高宽比较大，作基础隔振的难度较大。本文考虑在烟囱筒身设置竖缝来减小结构刚度以降低烟囱震害，研究设缝后结构的动力性能。通过对两个算例的分析表明可以在烟囱中上部设置少量竖缝来降低结构位移。 （5） 研究了水平地震与竖向地震耦合作用下，考虑土-结构相互作用以及二阶效应

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 烟囱基础温度场的研究概况
• 1.1.1 烟囱基础温度场的研究背景
• 1.1.2 温度场的研究现状
• 1.2 烟囱减震研究概况
• 1.2.1 烟囱减震技术的国内、外研究状况
• 1.2.2 减震技术的国内、外研究状况
• 1.2.3 高层、高耸结构消能减震研究状况
• 1.3 烟囱基础的研究现状与进展
• 1.3.1 烟囱基础的发展现状
• 1.3.2 烟囱基础设计理论的发展现状及存在的问题
• 1.3.3 结构-地基-基础相互作用研究概况
• 1.4 本文的主要工作
• 2 钢筋混凝土烟囱的风载和地震作用效应研究
• 引言
• 2.1 基础应力及基底反力的数值分析
• 2.1.1 规范基底反力计算方法
• 2.1.2 土的非线性本构关系
• 2.1.3 均质地基条件下基础的计算和分析
• 2.1.4 层状地基条件下基础的计算和分析
• 2.1.5 小结
• 2.2 空腔壳基础的有限元分析
• 2.2.1 ANSYS中钢筋混凝土的弹塑性模型
• 2.2.2 空腔壳基础的弹塑性有限元分析
• 2.2.3 计算结果及分析
• 2.2.4 小结
• 2.3 多向地震耦合作用下考虑土-结构动力相互研究
• 2.3.1 土-结构体系的运动方程
• 2.3.2 算例分析
• 2.3.3 小结
• 3 钢筋混凝土烟囱的温度作用效应研究
• 引言
• 3.1 烟囱基础试验研究
• 3.1.1 试验模型制作
• 3.1.2 加温装置、测温仪器及测温点布置
• 3.1.3 加钢筋应力测量方法及测点布置
• 3.1.4 试验过程
• 3.2 烟囱基础温度场的有限元和试验结果对比分析
• 3.2.1 烟囱基础温度场的有限元计算模型
• 3.2.2 烟囱基础温度场的有限元计算原理
• 3.3 烟囱基础温度场的非线性有限元分析
• 3.3.1 利用 ANSYS软件进行数值模拟
• 3.3.2 烟囱基础温度场影响因素分析
• 3.3.3 小结
• 3.4 钢筋混凝土烟囱基础温度场的简化计算方法
• 3.4.1 烟囱基础温度场的有限元模型及材料性能
• 3.4.2 烟囱基础温度场的非线性有限元分析
• 3.4.3 温度场的线性拟合
• 3.4.4 小结
• 3.5 温差作用下钢筋混凝土轴心受拉构件的应力分析
• 3.5.1 温度应力分析的计算模型
• 3.5.2 温度应力微分方程及其解答
• 3.5.3 计算分析
• 3.5.4 小结
• 4 钢筋混凝土烟囱竖缝减震理论研究
• 引言
• 4.1 钢筋混凝土烟囱有限元模型的试验验证
• 4.1.1 试验模型和材料力学参数
• 4.1.2 试验模型的有限元模拟
• 4.2 带竖缝钢筋混凝土烟囱的有限元分析
• 4.2.1 计算方法
• 4.2.2 动力方程
• 4.2.3 算例
• 4.2.4 小结
• 4.3 竖缝的实施措施
• 5 考虑土-结构动力相互作用的烟囱减震的地震反应研究
• 引言
• 5.1 多向地震耦合作用下考虑土-结构动力相互作用的 MRD结构的地震反应
• 5.1.1 多向耦合地震作用下的动力分析模型内
• 5.1.2 恢复力模型
• 5.1.3 竖向运动微分方程的建立
• 5.1.4 水平向运动微分方程的建立
• 5.1.5 算例分析
• 5.1.6 小结
• 结构相互作用下高耸结构 MTMD减震分析'>5.2 土_结构相互作用下高耸结构 MTMD减震分析
• 5.2.1 土-结构-MTMD控制体系的运动方程
• 5.2.2 小结
• 6 结论和展望
• 6.1 本文研究工作的主要结论
• 6.2 有待进一步研究的问题
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
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