水泥厂窑尾塔架结构的动力特性以及地震响应分析

摘要

水泥厂烧成窑尾工程为新型干法生产水泥厂的核心工程，窑尾塔架高度大，平面尺寸较小，受工艺设备条件限制，结构布置复杂。目前窑尾塔架设计存在诸多难题，我国尚没有专门的设计规范或规程，尤其是在地震作用计算方面缺乏必要的理论分析和指导，在很大程度上依赖于工程经验，影响了设计的合理性和安全性。 本文以某水泥厂6000t/d窑尾塔架为例，运用大型有限元分析软件Patran-Nastrn建立了三维有限元分析模型，通过对计算模型的简化处理，并根据结构的实际荷载情况选取适当的基本荷载工况，然后进行荷载组合，考虑了三种情况计算了窑尾塔架结构的动力特性，根据动力特性分析结果，初步对结构的刚度和质量分布特点作出判断。 根据模态分析的结果，选择了其中考虑楼面钢板和不考虑楼面钢板两种模型进行了多遇和罕遇地震作用下的时程分析。比较了两种模型在三种地震波作用下顶部最大水平位移、加速度和基底剪力，通过对比分析楼面钢板在地震作用下对结构的刚度是否有贡献；计算结果还表明在罕遇地震下不会发生较大的位移。 计算分析结果表明，框架．支撑这种结构受力体系，抗侧刚度大，结构在地震作用下产生的侧移较小，因此比较适合窑尾塔架这种特殊结构类型。但是由于楼面大开洞，楼面钢板对楼层刚度的贡献并不明显。

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致谢

第一章绪论

1.1窑尾塔架简介

1.1.1窑尾塔架的发展过程以及课题研究意义

1.1.2窑尾塔架的结构特征

1.2窑尾塔架设计目前存在的问题

1.2.1窑尾塔架设计的特点和存在的问题

1.2.2窑尾框架结构体系选型时需研究的问题

1.3所用软件介绍以及本文研究的内容

1.3.1所用软件介绍

1.3.2本文的主要研究工作

1.3.3本文的内容安排

第二章动力学基本理论及地震响应分析方法

2.1动力有限单元法的基本概念

2.2特征值问题的基本解法

2.3运动方程的解法

2.3.1威尔逊(Wilson)-θ法

2.3.2纽马克(Newmark)-β法

2.4地震响应分析方法

第三章窑尾塔架有限元计算模型的建立

3.1窑尾塔架的工程概况

3.2窑尾相关设计参数

3.2.1钢筋混凝土等效模量的确定

3.2.2钢管混凝土等效模量的确定

3.3几何模型的建立

3.4有限元单元网格划分

3.4.1单元的选择

3.4.2分网的基本原则

3.5材料的定义和有限元单元的属性

3.5.1材料的定义

3.5.2有限元单元属性的定义

3.6荷载与边界的定义

3.6.1不同工况荷载的定义

3.6.2边界条件的假定

第四章窑尾塔架的动力特性及地震响应分析

4.1动力特性分析概述

4.1.1 NASTRAN的模态分析简介

4.1.2窑尾塔架的模态分析

4.2窑尾塔架有限元模型的时程分析

4.2.1地震波的选取及调整

4.2.2有限元模型的时程分析

4.3多遇地震下响应计算结果

4.3.1顶部位移时程响应

4.3.2顶部加速度时程响应

4.3.3基底剪力时程响应

4.3.4模型1和模型3响应分析结果比较

4.3.5结论

4.4罕遇地震下响应计算结果

4.4.1顶部位移时程响应

4.4.2顶部加速度时程响应

4.4.3基底剪力时程响应

4.4.4模型1和模型3响应分析结果比较

4.4.5罕遇地震作用下的层间位移验算

4.4.6结论

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献