烟囱竖向地震作用下抗震性能分析

论文摘要

地震是一种突发式的自然灾害,给人类带来了巨大的生命财产和经济损失。传统抗震观点认为水平地震是引起结构破坏的主要原因,但近年来数次大地震显示:竖向地震作用是使某些高耸高柔结构遭受破坏的主要原因。烟囱作为一种重要的工业高耸构筑物,其结构抗震安全性能不仅直接关系到附近建筑结构的安全,而且关系到城市抗震减灾生命线的功能。但多年以来对烟囱结构在地震作用下动态响应特性的研究较少,特别是对竖向动力响应特性的认识还不够充分。烟囱作为对竖向地震作用比较敏感的高耸高柔结构,对其进行竖向地震反应分析具有非常重要的意义。本文的目的在于应用ANSYS有限元程序研究竖向地震作用下烟囱结构的动力响应特性和破坏规律,为高耸烟囱结构的抗震设计提供参考。但考虑到地震作用的复杂性,研究不仅仅局限于竖向地震作用,而从整体上着眼分析三维地震作用下烟囱结构的抗震性能。1.概括叙述了国内外关于烟囱结构竖向地震作用的研究进展,并对各种计算方法进行了简要的对比和总结。2.利用ANSYS建立了某烟囱结构的有限元模型,并对其进行了静力分析、模态分析、竖向地震反应谱分析及竖向地震作用弹性时程分析,研究了烟囱结构在竖向地震作用下的静动力响应特性。计算结果表明:竖向地震作用对烟囱结构的抗震性能起重要作用,不容忽视。但在地震作用下对烟囱结构的动力响应特性起主要作用的仍是水平地震作用。3.在不同高度和配筋率下对烟囱结构进行了三维地震作用下弹塑性反应分析,并研究了地震波强弱、输入维数、二阶效应以及阻尼比对烟囱结构弹塑性分析的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 结构抗震理论的发展阶段
• 1.3 竖向地震作用概述
• 1.3.1 竖向地震波
• 1.3.2 竖向地震反应谱
• 1.3.3 水平地震与竖向地震相对重要性
• 1.3.4 竖向地震震害现象
• 1.3.5 结构竖向反应
• 1.3.6 竖向地震作用的研究意义
• 1.3.7 现行规范对结构竖向地震作用计算的规定
• 1.4 本文的主体工作及研究内容
• 参考文献
• 2 烟囱竖向地震作用研究概述
• 2.1 烟囱竖向地震作用研究进展
• 2.2 烟囱竖向地震作用计算方法综述
• 2.2.1 竖向地震作用系数法
• 2.2.2 振型分解法
• 2.2.3 纵波应力法
• 2.2.4 行波分析法
• 2.2.5 半有限元-半解析法
• 2.2.6 拟静力法
• 2.2.7 冲量法
• 参考文献
• 3 烟囱竖向地震作用数值分析理论
• 3.1 钢筋混凝土结构有限元分析理论
• 3.1.1 钢筋混凝土有限元模型
• 3.1.2 本构关系和破坏准则
• 3.1.3 塑性理论
• 3.1.4 钢筋混凝土开裂后的裂缝处理
• 3.1.5 钢筋混凝土有限元数值计算方法
• 3.1.6 钢筋混凝土动力有限元分析的基本要求
• 3.2 模态分析
• 3.3 振型分解反应谱法
• 3.4 时程分析法
• 3.4.1 烟囱结构振动方程及其求解
• 3.4.2 结构的振动模型
• 3.4.3 结构的阻尼研究
• 3.4.4 输入地震波的选择
• 3.4.5 恢复力特性曲线计算模型
• 参考文献
• 4 烟囱竖向地震作用下弹性反应分析
• 4.1 ANSYS线性分析基础
• 4.1.1 单元类型
• 4.1.2 材料本构关系
• 4.2 烟囱结构静力分析
• 4.2.1 烟囱结构有限元模型
• 4.2.2 静力加载计算结果分析
• 4.3 烟囱模态分析
• 4.3.1 ANSYS模态分析
• 4.3.2 模态计算结果分析
• 4.4 烟囱结构竖向地震反应谱分析
• 4.4.1 ANSYS反应谱分析
• 4.4.2 反应谱理论基础
• 4.4.3 烟囱竖向地震反应谱分析计算结果
• 4.4.4 烟囱地震反应谱比较分析
• 4.5 烟囱竖向地震作用弹性时程分析
• 4.5.1 ANSYS瞬态动力学分析
• 4.5.2 地震波的选取
• 4.5.3 阻尼的取值
• 4.5.4 烟囱竖向地震作用弹性时程分析
• 4.5.5 反应谱法与弹性时程分析比较
• 4.5.6 冲量法与弹性时程分析的比较
• 4.6 本章小结
• 参考文献
• 5 烟囱三维地震作用下弹塑性反应分析
• 5.1 ANSYS非线性分析基础
• 5.1.1 混凝土的材料性能
• 5.1.2 钢筋的材料性能
• 5.2 烟囱弹塑性地震反应分析
• 5.2.1 不同高度与筒径尺寸
• 5.2.2 不同配筋率
• 5.3 烟囱弹塑性分析影响因素研究
• 5.3.1 地震波强弱
• 5.3.2 地震波输入维数
• 5.3.3 二阶效应
• 5.3.4 阻尼比
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 附录