煤气化高层厂房振动台模型试验设计及有限元分析

论文摘要

为了利用煤炭缓解石油紧张的状况，我国2001年正式实施了“煤代油”计划，“煤代油”是能源领域的重点发展对象。《煤炭工业“十一五”发展规划》提出要有序推进煤炭转化示范工程建设，为今后十年产业化发展奠定基础。“煤代油”工程的工艺特点和使用要求决定了其厂房结构高大，而且设备具有很大的质量和刚度。传统的设计方法没有考虑地震作用下设备与结构的动力相互作用，往往将设备作为等效荷载处理，直接施加在结构的相关部位，这样不能反应结构与设备在地震作用下的真实动力反应。鉴于煤气化高层厂房的重要性及存在的设计缺陷，本文从试验角度对煤气化高层厂房与大型设备的动力相互作用进行研究。本文对某煤气化高层厂房进行振动台模型试验设计，以相似原理为基础，采用结构的静、动力特性等效原则，提出了1：25的简化结构模型和设备模型，并完成了地震波加载和测试方案设计。利用有限元软件ANSYS对简化的结构模型和设备模型进行仿真模拟，与原型的抗侧刚度、动力特性、水平地震作用下的动力反应进行对比验证。对振动台模型输入不同场地特征周期的地震波，并改变地震波的作用方向，利用ANSYS对结构模型构件和设备模型进行抗震验算，并分别进行忽略设备和考虑设备对结构的动力作用等两种情况的对比计算和分析，探讨了在水平地震作用下模型的动力反应，分析了结构与设备的动力相互作用关系。通过利用有限元软件ANSYS对简化的振动台模型与原型进行对比分析，证明了模型简化方案的可行性，为简化模型的制作和验证提供有益的思路。通过不同场地特征周期的地震波作用下弹性阶段的时程分析，验证了振动台模型没有发生屈服或破坏，并得到了振动台模型的地震反应。考虑相互作用后，结构的动力反应得到了降低，而设备的反应发生了放大。振动台模型试验设计方案及有限元计算结果为下一步的振动台试验打下基础，有关方法和结论对今后的试验工作和类似工程有一定的参考价值。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 理论研究
• 1.2.2 试验研究
• 1.3 工程概况及论文主要工作
• 第2章 振动台模型试验设计
• 2.1 相似理论
• 2.2 振动台模型设计
• 2.2.1 几何尺寸的确定
• 2.2.2 模型材料的确定
• 2.2.3 配重计算
• 2.3 振动台试验加载方案和测试方案
• 2.3.1 地震波选取和调整
• 2.3.2 振动台试验加载方案
• 2.3.3 振动台试验测试方案
• 2.4 小结
• 第3章 简化振动台模型的有限元验证
• 3.1 ANSYS简介
• 3.2 有限元模型的建立
• 3.2.1 单元类型选取及材料属性定义
• 3.2.2 有限元模型
• 3.2.3 关于建模其他的说明
• 3.3 设备模型的验证
• 3.4 模型Ⅰ的验证
• 3.4.1 抗侧刚度的计算对比
• 3.4.2 动力特性的对比
• 3.4.3 时程分析的对比
• 3.5 模型Ⅱ的等效的验证
• 3.5.1 抗侧刚度的计算对比
• 3.5.2 动力特性的对比
• 3.5.3 时程分析的对比
• 3.6 小结
• 第4章 振动台模型的有限元计算及分析
• 4.1 振动台模型的抗震验算
• 4.1.1 框架柱的截面承载力验算
• 4.1.2 框架梁的截面承载力验算
• 4.1.3 模型的最大倾覆弯矩
• 4.1.4 设备应力
• 4.1.5 抗震变形验算
• 4.2 模态分析
• 4.3 时程分析
• 4.3.1 地震作用方向对模型的影响
• 4.3.2 场地特征周期对模型的影响
• 4.3.3 位移和加速度时程反应
• 4.4 小结
• 第5章 结论及展望
• 5.1 本文的主要结论
• 5.2 后续工作的展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间公开发表的论文
• 攻读硕士学位期间参与的研究课题
• 致谢