石化加热炉带壁板钢结构的受力性能研究

摘要

加热炉钢结构是带有壁板的框架围护结构，广泛用于石化行业中，目前对这种带壁板钢结构的研究还较少。对石化加热炉钢结构考虑壁板作用的框架柱计算长度系数取值及其壁板加劲肋的布置现有规范没有完善的设计要求，此类结构的抗震性能及破坏机理也需进行全面、深入的试验研究。
　　 本文通过有限元软件ANSYS分析得出了石化加热炉带壁板钢结构框架柱计算长度系数的取值规律，对壁板加劲肋进行了优化分析，并通过循环加载试验及有限元模拟对此类结构的抗震性能进行了细致深入的研究，为此类结构的设计和工程应用提供一定参考依据。主要研究内容及成果如下:
　　 (1)对一实际工程加热炉两端榀框架结构分别建立了带壁板和纯框架的有限元模型进行分析，计算得到了框架柱的计算长度系数和结构的侧倾刚度，并建议石化加热炉钢结构应考虑壁板对框架柱稳定承载力的有利作用，带壁板框架柱的计算长度宜采用规范中无侧移框架柱的计算长度取值方法，且依然较为安全。
　　 (2)对一实际工程石化加热炉辐射段横向边榀三跨建立了有限元模型进行分析计算，得出在顶点施加水平集中荷载作用能够比较理想的模拟整体结构在侧向荷载作用下的变形，合理的加劲肋布置能有效控制壁板的面外变形，保证结构在设计荷载下的使用要求，且壁板不会先于主体结构失效，并选取石化加热炉结构中常用的参数，建立有限元模型进行优化分析，确定了壁板加劲肋的合理布置，为工程设计提供参考。
　　 (3)对优化后的加热炉带加劲壁板钢结构足尺模型进行水平反复荷载作用下的试验研究，系统分析结构破坏模式和耗能机理，研究其滞回性能，得到了承载力、刚度、延性和耗能能力等指标。结果表明:该种结构具有良好的延性和耗能性能;钢框架和壁板协同工作良好;加劲肋的设置改善了钢板的实际受力，提高墙体的承载力及刚度，滞回曲线饱满呈“梭形”。结构破坏模式为柱的局部屈曲、柱脚开裂、壁板发生加劲区格内的局部屈曲;底层梁柱连接部位形成塑性铰。
　　 (4)运用ANSYS有限元软件分析了石化加热炉带加劲壁板钢结构在循环荷载下的受力性能，并得到了试件的骨架曲线、滞回曲线、应力云图及变形云图。然后对比分析了有限元结果与试验结果，两者吻合较好，因此用ANSYS有限元软件模拟石化加热炉钢结构的受力性能是合理可行的。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 加热炉钢结构壁板单元的构成及优点

1．3 加劲受剪板屈曲形式

1．4 现有理论及研究现状

1．4．1 框架柱计算长度系数

1．4．2 壁板加劲肋设计

1．4．3 加劲钢板墙结构

1．5 课题的提出

第二章 石化加热炉带壁板钢结构框架柱计算长度系数研究

2．1 引言

2．2 工程概况

2．3 分析过程

2．4 有限元分析结果

2．5 结构侧倾刚度的计算

2．6 本章小结

第三章 石化加热炉钢结构壁板加劲肋优化分析

3．1 引言

3．2 工程概况

3．3 分析过程

3．3．1 有限元模型的建立

3．3．2 荷载作用方式的确定

3．3．3 辐射段横向三跨边榀结构的计算

3．3．4 辐射段纵向三跨边榀结构的计算

3．3．5 加劲肋优化

3．4 本章小结

第四章 石化加热炉带加劲壁板钢结构循环加载试验研究

4．1 引言

4．2 试验内容

4．3 试件设计

4．4 材性试验

4．5 试件初始缺陷

4．6 试件装置

4．6．1 试件拼接

4．6．2 试件固定

4．6．3 应变片布置

4．6．4 位移计布置

4．7 加载制度

4．8 试验现象

4．9 试验结果及分析

4．9．1 试验结果汇总

4．9．2 滞回曲线

4．9．3 骨架曲线

4．9．4 试件的延性指标

4．9．5 承载力退化性能

4．9．6 能量耗散系数

4．9．7 刚度退化

4．10 本章小结

第五章 石化加热炉带加劲壁板钢结构循环加载有限元分析

5．1 引言

5．2 有限元建模及求解过程

5．3 有限元计算结果与试验对比

5．3．1 滞回曲线对比

5．3．2 骨架曲线对比

5．3．3 应力发展及分布模式

5．3．4 变形发展及分布模式

5．4 本章小结

第六章 结论及展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢