火电厂主厂房带支撑纵向框架结构弹塑性有限元分析

论文摘要

大型火电厂主厂房高度大、跨度大,纵向为框架结构,在框架柱之间加入消能支撑能更好的满足结构弹塑性和抗震要求。有学者对带支撑纵向框架结构进行了伪静力和拟动力加载试验研究,而用有限元理论对结构受力性能研究较少,对结构中如何确定支撑位置也未做过深入研究,本课题利用ANSYS软件对某电厂主厂房的简化模型进行弹塑性有限元分析。本文对边跨支撑结构、无支撑结构和中跨支撑结构进行有限元模拟,根据模拟计算的结果系统分析了该结构裂缝的发展过程及分布特点、滞回性能、延性、刚度、各层的侧移、钢支撑和消能器的受力情况等。研究表明:水平低周循环荷载作用下底层梁首先出现裂缝,随着荷载的增加柱底依次开裂;第一个塑性铰出现的位置在支撑跨的左端柱底,无支撑结构在右端边跨柱顶;结构的滞回曲线在屈服前为“梭”形,屈服后为“弓”形,有明显的刚度退化现象;加入边跨支撑对结构刚度的提高有很大作用,结构初始刚度提高172%,屈服刚度提高110%;边跨支撑的刚度比中跨支撑结构的刚度大,初始刚度大25%,屈服刚度大17%;结构的二、三层间侧移较小且比较接近,底层侧移较大;消能支撑中的支撑杆所承担的水平剪力与消能器所承担的水平剪力近似,但各阶段两者的位移值相差较大,消能器的位移值大约是支撑杆的2至5倍;结构设置支撑与否和设置支撑在不同位置时受力性能不同。根据研究结果,本文提出了三种结构的相对刚度与相对荷载关系式和结构支撑布置的设计建议,具有重要的理论意义和一定的工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景、研究目的及意义
• 1.1.1 选题背景
• 1.1.2 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 研究状况
• 1.2.2 存在的问题及发展趋势
• 1.3 研究内容及技术路线
• 1.3.1 研究的对象
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 研究的技术方案
• 1.3.4 技术路线
• 1.4 本章小结
• 2 原型、试验结构及模拟结构简介
• 2.1 火电厂主厂房原型结构
• 2.2 试验简化结构
• 2.2.1 试验结构的参数
• 2.2.2 试验结构的加载
• 2.3 单元理论基础及选取
• 2.3.1 钢筋混凝土单元理论基础及选取
• 2.3.2 钢筋混凝土的有限元模型
• 2.3.3 钢筋混凝土单元本构关系及破坏准则
• 2.3.4 钢支撑单元的选取
• 2.3.5 消能器单元的选取
• 2.4 有限元模型的建立
• 2.4.1 单元的参数
• 2.4.2 结构的有限元网格划分
• 2.4.3 模型的加载
• 2.4.4 收敛性问题
• 3 边跨支撑结构的受力性能研究
• 3.1 裂缝开展过程及分布
• 3.1.1 试验结构裂缝开展过程及分布
• 3.1.2 模拟结构裂缝开展过程及分布
• 3.1.3 裂缝开展过程及分布的特点
• 3.2 滞回性能
• 3.2.1 试验结构的滞回曲线
• 3.2.2 模拟结构的滞回曲线
• 3.2.3 滞回性能分析
• 3.3 结构的承载力及延性性能
• 3.3.1 骨架曲线和特征点
• 3.3.2 试验结构各特征点的荷载、变形及延性系数
• 3.3.3 模拟结构各特征点的荷载、变形及延性系数
• 3.3.4 结构各特征点的荷载、变形及延性系数分析
• 3.4 结构刚度
• 3.4.1 试验结构的刚度
• 3.4.2 模拟结构的刚度
• 3.4.3 结构刚度特点
• 3.5 结构各层的侧移
• 3.5.1 试验结构各层的侧移
• 3.5.2 模拟结构各层的侧移
• 3.5.3 结构各层侧移的性能分析
• 3.6 钢支撑、消能器及框架之间的承载力分析
• 3.7 边跨支撑结构的综合分析
• 4 无支撑结构和中跨支撑结构分析
• 4.1 不同支撑情况裂缝开展过程及分布
• 4.1.1 无支撑结构的裂缝开展过程
• 4.1.2 中跨支撑结构裂缝开展过程
• 4.1.3 结构裂缝开展及分布分析
• 4.2 不同支撑情况的滞回性能
• 4.3 不同支撑情况结构承载力及延性
• 4.3.1 结构的骨架曲线
• 4.3.2 结构的变形性能
• 4.3.3 结构变形性能的分析
• 4.4 不同支撑情况的结构刚度
• 4.4.1 无支撑结构各层的刚度
• 4.4.2 中跨支撑结构各层的刚度
• 4.4.3 结构刚度的分析
• 4.5 支撑对结构各层的侧移的影响
• 4.5.1 无支撑结构各层的侧移
• 4.5.2 中跨支撑结构各层的侧移
• 4.5.3 支撑对结构各层的侧移的影响
• 4.6 本章结论
• 5 结论
• 5.1 结论和建议
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录