除尘器钢支架支撑体系结构稳定性分析与抗震性能研究

论文摘要

随着环保要求的日趋严格，电厂对烟气除尘要求越来越高，除尘器是电厂除尘系统不可缺少的重要设备，除尘器钢支架作为电厂设备的重要支撑结构，其应用也将越来越广泛，研究其静力、动力特性对工程实际具有重要的意义和价值。目前已有研究主要集中在除尘器部件的分析及优化上，对设备钢支架整体结构的全面研究还较少，本文采用有限元法对除尘器钢支架整体结构的静力、动力特性进行了研究，并对支架结构整体稳定性进行了分析。钢支架属于双重抗侧力钢框架体系，本文在对已有钢框架研究总结的基础上，运用大型ANSYS有限元软件建立了某电厂除尘器钢支架三维有限元模型，考虑恒载、活荷载、风荷载和地震荷载的组合，对整体结构进行了静力工况计算，对比分析了不同荷载工况组合的结果，得到了结构受力性能及不利工况，并对不利工况进行了全面分析，结果表明结构在各种荷载工况下均工作在弹性范围内，各项反应都满足设计要求，分析结果可为工程实际提供参考。对于钢支架的整体稳定性问题目前还没有足够有效的设计与分析方法，多是利用计算柱子的稳定性来设计。本文研究了在竖向荷载作用下框架柱的稳定性，利用计算长度系数法，得到了钢支架框架柱的屈曲荷载，并利用有限元分析了结构的整体稳定性，考虑二阶效应，即几何非线性对结构的影响，通过ANSYS程序进行整体结构的特征值和非线性屈曲分析，得到了结构的整体屈曲荷载。设计不当的钢框架结构在罕遇地震中容易遭到严重破坏，因此有必要对除尘器钢支架结构进行地震反应分析。本文对除尘器钢支架结构进行了自振特性分析和罕遇地震下的时程反应分析，利用ANSYS的模态分析功能，采用子空间法进行了钢支架的自振特性分析，得到了结构的自振周期及振动模态。在地震时程分析中，采用了典型实际地震动记录，对结构整体进行了弹性时程分析，考虑不同输入方向的影响，分析了结构的各项地震响应，并对比研究了输入方向对结构抗震性能的影响。通过时程分析可得出结构弱方向为X方向，地震动沿此方向输入对结构不利，结构各项响应均满足要求，具有较好的抗震性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 除尘器简介及其钢支架结构特点
• 1.2.1 除尘器简介
• 1.2.2 除尘器钢支架结构特点
• 1.3 钢支架体系研究意义
• 1.4 本文研究的主要内容
• 2 钢框架体系研究
• 2.1 钢框架体系的种类及主要分析问题
• 2.2 刚性连接钢框架研究现状
• 2.2.1 国外对刚性连接钢框架的研究
• 2.2.2 国内对刚性连接钢框架的研究
• 2.3 钢框架整体稳定性研究现状
• 2.4 钢框架抗震设计研究
• 2.4.1 地震反应分析方法
• 2.4.2 钢框架抗震设计原则
• 2.5 有限元法在钢框架分析中的应用研究
• 3 除尘器钢支架体系有限元静力分析
• 3.1 工程概况
• 3.2 荷载计算及荷载组合
• 3.2.1 荷载计算
• 3.2.2 荷载组合
• 3.3 除尘器钢支架有限元模型的建立
• 3.3.1 有限元模型参数选取
• 3.3.2 网格划分
• 3.3.3 荷载的施加
• 3.4 钢支架结构有限元静力分析
• 3.4.1 钢支架安全性判定准则
• 3.4.2 各工况比较分析
• 3.4.3 最不利工况下结构性能研究
• 3.5 本章小结
• 4 除尘器钢支架体系弹性稳定性分析
• 4.1 竖向荷载作用下钢支架柱的弹性稳定研究
• 4.1.1 钢支架失稳形式的判别
• 4.1.2 多层多跨框架柱的弹性屈曲荷载求解方法
• 4.1.3 钢支架框架柱屈曲荷载计算
• 4.2 钢支架构件稳定计算
• 4.2.1 压弯构件整体稳定性
• 4.2.2 钢支架构件稳定性计算
• 4.3 钢支架有限元整体屈曲特性研究
• 4.3.1 有限元屈曲分析方法
• 4.3.2 钢支架特征值屈曲分析
• 4.3.3 钢支架整体非线性屈曲分析
• 4.4 本章小结
• 5 除尘器钢支架体系动力特性研究
• 5.1 除尘器钢支架体系动力分析模型
• 5.2 除尘器钢支架体系自振特性分析
• 5.2.1 有限元模态分析方法
• 5.2.2 除尘器钢支架体系模态分析
• 5.3 地震反应参数选择
• 5.3.1 地震波选取原则
• 5.3.2 地震波的选取和调整
• 5.4 罕遇地震作用下除尘器钢支架体系抗震性能研究
• 5.4.1 地震波 X 向激励结构响应分析
• 5.4.2 地震波 Y 向激励结构响应分析
• 5.4.3 地震波输入方向对结构抗震性能的影响
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢