超大跨度干煤棚网壳结构设计及优化研究

摘要

随着电厂规模的扩大和环保要求的提升，大量露天储煤方式需要转换为封闭储煤，干煤棚结构得到快速地推广应用。由于干煤棚需要具有较大的储存和作业空间，因而结构跨度大、高度高、覆盖面积广，空间网壳结构凭借整体性能好和用钢量少等优点成为干煤棚优先考虑的结构形式。
　　本文结合河南利源大跨度干煤棚工程实例，对超大跨度的干煤棚网壳结构进行设计及优化研究。首先，结合工程实际情况，确定最不利荷载组合，并依据规范要求明确结构的设计参数，初步确定结构选型为柱面双层网壳结构，用有限元软件ANSYS对其进行静力分析、特征值屈曲分析和几何非线性分析，发现结构的强度、刚度和稳定性均满足规范要求，但是总体用钢量偏高，稳定系数较小，本文又从以下四个方面对该超大跨干煤棚结构进行优化研究：
　　（1）在柱面双层网壳结构的基础上提出折柱面双层网壳结构，以结构极限承载力为主要目标优化函数，以折线坡度、网壳厚度作为优化变量，在用钢量相同的情况下对结构进行优化分析，得到最优的结构几何参数。
　　（2）在折柱面双层网壳结构的基础上，通过引入拉索，形成拉索网壳结构，以结构极限承载力作为目标优化函数，以对拉索施加的预应力作为优化变量，分析结构的力学性能，发现拉索对网壳结构的力学性能有明显改善作用，并结合干煤棚施工工艺的需求以及对结构内部空间的影响，综合对比确定最佳水平拉索布置的位置。
　　（3）在拉索网壳的基础上，利用张弦梁原理，引入撑杆，形成张弦柱面网壳结构，在满足结构净空要求的同时，通过对拉索施加合理的预应力，有效提升结构的极限承载能力。
　　（4）引入FRP索替代钢索，多次验算确定FRP索最佳预应力，并对结构进行静力分析、特征值屈曲分析和几何非线性分析，和钢索结构对比分析，结果表明，FRP索结构的工程应用价值更强。针对FRP拉索和结构的连接问题，提出一种新型FRP索的连接接头，组装方便，牢固可靠。
　　本文通过对河南利源大跨度干煤棚网壳结构设计及优化研究，为该工程实际方案的确定提供了技术支撑，并为类似超大跨度干煤棚网壳结构设计及优化提供参考。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外大跨度干煤棚结构的发展和研究现状

1.3 本文的主要研究内容

1.4 本文的特色与创新之处

第2章 工程概况及初步方案分析

2.1工程概况

2.2 结构方案与特点

2.3 荷载及其组合

2.4 设计参数

2.5结构受力性能分析

2.6 本章小结

第3章 基于折面网壳结构的优化设计

3.1 引言

3.2折线坡度的优化设计

3.3网壳厚度的优化设计

3.4本章小结

第4章 基于张弦网壳结构的优化设计

4.1 拉索预应力大小的优化设计

4.2水平拉索位置的优化设计

4.3张弦柱面网壳的优化设计

4.4本章小结

第5章 基于FRP索的结构优化设计

5.1 FRP材料的特性及应用

5.2 结构受力性能分析

5.3 FRP索连接接头设计研究

5.4 本章小结

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间论文及专利