含偏心支撑窑尾结构抗震性能分析及常规窑尾检测

摘要

预热器窑尾塔架结构是新型干法水泥生产线中的重要部分，由于荷载较大，导致结构在地震作用下动力响应较大，极易造成结构损坏导致设备无法正常工作。从近几年震害观察发现，窑尾塔架结构往往受损较为严重，甚至发生倒塌，因此对窑尾结构采用偏心支撑进行支撑体系改造并对其进行抗震性能研究很有必要。
　　 偏心支撑是近年来发展起来的新型支撑体系，相较于中心支撑具有更好的抗震性能。本文在已有研究基础上，使用ANSYS软件对含中心支撑和偏心支撑窑尾结构进行弹塑性动力时程分析，并对不同支撑体系窑尾结构抗震性能进行了探讨。本文主要研究内容如下:
　　 1、单层偏心支撑框架耗能研究。建立单层单榀偏心支撑有限元模型，改变支撑与耗能梁段连接方式，在同一种连接形式前提下改变耗能梁段长度，分别形成刚接和铰接两个框架系列。对两类偏心支撑框架均进行低周往复位移加载，得到滞回曲线进而分析耗能能力;对两类偏心支撑框架施加静力荷载，分析两类框架极限弹性抗侧刚度、等效应力分布和最佳耗能梁段长度等参数的差异。
　　 2、分析支撑体系变化对窑尾整体结构抗震性能的影响。以某4000t/d水泥厂窑尾塔架工程为背景，分别建立含中心支撑的常规塔架模型和含偏心支撑的改进塔架模型。对两个模型进行自振特性分析，对比两种模型前三阶模态振动特性，分析支撑形式变化对结构振动特性的影响。对两种支撑体系窑尾整体模型进行弹塑性动力时程分析，按照《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)选取七种地震作用工况输入地震波，比较在各地震工况下不同支撑体系对窑尾结构抗震性能的影响，尤其是大震作用下的影响。通过对两种支撑体系窑尾结构最大位移、层间位移角分布及支撑轴力与轴向变形间关系等参数的对比，综合评价中心支撑体系与偏心支撑体系的抗震性能。
　　 3、对多座4000t/d水泥厂窑尾塔架结构进行现场动力特性测试。采集窑尾结构控制点加速度时程数据，通过频域分析得到结构的自振频率和阻尼比，为设计和研究提供依据，同时为验证有限元模型正确性提供依据。测量底层柱动应变，分析设备振动引起结构动应力。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 窑尾结构简介

1．2 工程概况

1．3 存在的问题

1．4 本文研究内容和目的

第二章 偏心支撑框架发展情况与计算原理

2．1 偏心支撑发展背景和发展情况

2．1．1 偏心支撑形成背景

2．1．2 偏心支撑发展情况

2．1．3 偏心支撑常见形式

2．2 计算原理

2．2．1 偏心支撑的受力特点和耗能梁段屈服类型

2．2．2 关于确定合理耗能梁段长度的几种方法

2．2．3 其它因素对偏心支撑钢框架性能的影响

第三章 单层偏心支撑框架有限元分析

3．1 引言

3．2 有限元法与ANSYS软件介绍

3．3 有限元模型的建立

3．3．1 模型几何尺寸

3．3．2 单元选择

3．3．3 模型近似处理

3．3．4 材料本构关系

3．3．5 边界条件和加载制度

3．3．6 模型分析中的变量

3．4 计算结果分析

3．4．1 弹性抗侧刚度

3．4．2 塑性区分布

3．4．3 耗能能力分析

3．5 本章小结

第四章 窑尾整体结构抗震性能分析

4．1 引言

4．2 模型的建立

4．2．1 计算模型的几何尺寸

4．2．2 单元介绍

4．2．3 材料特性

4．2．4 地震波的选取及处理

4．2．5 分析工况

4．3 计算结果及其分析

4．3．1 结构自振特性

4．3．2 楼层最大位移

4．3．3 层间位移角

4．3．4 支撑轴力及轴向变形

4．4 本章小结

第五章 含中心支撑常规窑尾现场动力测试

5．1 测试目的

5．2 测试内容介绍

5．2．1 脉动测试介绍

5．2．2 主应力测试介绍

5．3 测试仪器及相关软件的准备

5．4 测试与分析步骤

5．4．1 采集流程

5．5 脉动测试测点的布置和数据整理分析

5．5．1 大连天瑞水泥厂1号线

5．5．2 大连天瑞水泥厂2号线

5．5．3 大连天瑞水泥厂3号线

5．5．4 脉动测试小结

5．6 动应力测点的布置和数据整理分析

5．6．1 大连天瑞水泥厂2号线

5．6．2 六盘水瑞安水泥厂1号线

5．6．3 河南豫龙水泥厂1号线

5．6．4 动应力测试小结

5．7 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 本文结论

6．2 展望

参考文献

致谢