某电站锅炉钢管混凝土框架结构抗连续倒塌性能研究

摘要

在经济不断发展的今天，电力的需求越来越大，组建大型的火电厂势在必行，于此同时，建立与百万千瓦的发电机组相配套的塔式锅炉将成为一项重要的建设项目。与传统的钢结构锅炉塔架相比较，钢管混凝土结构锅炉塔架能大大地降低结构用钢量，带来可观的经济效益。但结构一旦发生连续倒塌，将带来巨大的经济损失和惨重的人员伤亡。因此，自1968年英国Ronan Point公寓因煤气爆炸导致房屋结构发生连续倒塌破坏事故发生后，结构抗连续倒塌性能和设计方法受到了广大学者的高度重视。在日后的近50年里，国外在结构抗连续倒塌方面的研究取得了很大的成果，系统地提出了结构抗连续倒塌的设计方法和建议，以规范《DoD2010》和《GSA2003》为代表的设计规范经过不断地完善得到了广泛的应用。而我国在该方面的研究起步较晚，尚未有完善地设计方法和流程，同时结构在进行连续倒塌分析时，多侧重于钢筋混凝土结构和钢结构的研究，对于超限的巨型钢管混凝土框架结构体系的研究极少。为此，本文利用拆除构件法对一超限钢管混凝土组合框架进行连续倒塌方面的研究，为完善我国设计规范关于结构抗连续倒塌深入研究具有重要的意义。本文主要研究内容如下:
　　(1)结构模型初步设计为钢框架—支撑结构体系，其中大部分杆件根据以往的经验进行初步确定，其弹性设计是在软件STAAD/Pro中完成的。为降低结构的用钢量，获取理想的经济效益，结构模型由钢结构转换为钢管混凝土结构。在截面转换中按照抗弯刚度等效原则进行体系转换并调整，最终得到合理的钢管混凝土框架—钢支撑结构体系。
　　(2)根据上述得到的结构体系分析，在软件ABAQUS中选用合理的钢管混凝土、钢梁、支撑的单元类型，同时确定合理的本构模型和失效准则。并运用本文单元类型、本构关系等对已有文章的试验进行模拟分析，验证本文所选用的相关内容的正确性。
　　(3)利用大型通用有限元分析软件ABAQUS建立超限钢管混凝土框架钢框架—支撑结构体系。结构模型根据工程的实际情况，结合规范《GSA2003》和《DoD2010》的相关规定，分别拆除每层不同部位的主框架角柱和主框架中柱，采用拆除构件法对其进行抗连续倒塌性能中的非线性动力有限元分析，通过分析构件失效后与失效柱上方相连的节点竖向位移和剩余结构的变形及内力情况，对比分析结构的抗连续倒塌能力。
　　(4)参考规范《DoD2010》和《GSA2003》对结构模型进行抗连续倒塌能力进行综合评定。并进行线性静力分析，以结构首层主框架柱失效为例，给出了动力放大系数的计算方法，并得到了线性静力分析时该结构体系的位移放大系数。最后提出该结构抗连续倒塌的措施。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 钢管混凝土结构的特点及发展应用现状

1．2．1 钢管混凝土结构特点

1．2．2 钢管混凝土结构发展及应用现状

1．3 典型连续倒塌事故

1．4 抗连续倒塌国内外研究状况

1．4．1 国外抗连续倒塌研究现状

1．4．2 国内抗连续倒塌研究现状

1．4．3 国外抗连续倒塌设计规范的制定

1．4．4 国内抗连续倒塌设计规范的制定

1．5 本文主要工作和研究内容

2 结构抗连续倒塌设计方法及分析方法

2．1 结构抗连续倒塌主要设计方法

2．1．1 结构抗连续倒塌设计方法概述

2．1．2 概念设计法

2．1．3 拉结强度法

2．1．4 拆除构件法

2．1．5 关键构件法

2．1．6 设计方法在规范中的应用

2．2 结构连续倒塌分析方法

2．2．1 线弹性静力分析法

2．2．2 非线性静力分析法

2．2．3 线性动力分析法

2．2．4 非线性动力分析法

2．3 结构连续性倒塌动力反应分析方法

2．4 结构连续倒塌数值模拟计算方法

2．4．1 有限元法

2．4．2 离散元法

2．5 本章小结

3 某电站锅炉钢管混凝土框架结构模型的建立

3．1 工程概况

3．2 模型的优化设计

3．3 有限元模型建立

3．3．1 ABAQUS软件介绍

3．3．2 单元选取

3．3．3 网格划分及界面模型处理

3．3．4 材料本构模型

3．4 荷载组合

3．5 失效柱的位置与失效准则

3．5．1 失效柱的选择

3．5．2 连续倒塌失效及破坏准则

3．6 本文分析方法

3．7 有限元模型验证

3．8 本章小结

4 某电站锅炉钢管混凝土框架结构抗连续倒塌有限元分析

4．1 主框架柱失效有限元模型工况

4．1．1 首层不同位置主框架柱失效工况

4．1．2 二层不同位置主框架柱失效工况

4．1．3 三层不同位置主框架柱失效工况

4．1．4 四层不同位置主框架柱失效工况

4．1．5 五层不同位置主框架柱失效工况

4．2 主框架柱失效前后相关影响因素分析

4．2．1 主框架柱失效前后节点变化对结构抗连续倒塌性能的影响

4．2．2 主框架柱失效前后梁的变化对结构抗连续倒塌性能的影响

4．2．3 主框架柱失效前后柱的变化对结构抗连续倒塌性能的影响

4．2．4 不同楼层主框架柱失效前后对结构抗连续倒塌的影响

4．3 结构抗连续倒塌能力综合评定

4．4 动力放大系数

4．4．1 线性静力分析

4．4．2 位移动力放大系数

4．5 钢管混凝土结构防连续倒塌设计建议

4．5．1 控制偶然事件的发生

4．5．2 建筑设计

4．5．3 建筑结构设计

4．6 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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