地震作用下散体堆料与结构的相互作用研究

摘要

脱硫脱硝工程建筑结构与一般的工业建筑不同，存在其特定的功能性和结构特殊性。在火力发电厂脱硫工艺厂房中，通常用于贮存脱硫石膏的石膏库与脱水楼框架结构一起建设。湿法脱硫的副产品石膏作为一种常见的散粒体材料，与结构相互作用具有普遍性。目前国内外对散粒体与筒仓结构相互作用研究较多，而对散粒体与挡料墙结构相互作用研究较少。本文考虑散粒体堆料与结构相互作用，对脱硫工程中的石膏库挡料墙的设计常见和关键问题进行深入研究。
　　本文采用有限元数值模拟软件ANSYS，对散粒体与结构相互作用进行了分析与探究。研究了静力及动力作用下，墙柱一体式挡料墙、配筋地坪挡料墙和组合受力无基础钢筋混凝土挡料墙三种型式挡料墙，上部框架结构受力特性及墙体受力特性的差异，并研究了地震作用下堆料对上部框架结构受力及墙体受力性能的影响。主要研究结论如下:
　　(1)静力作用下，改变挡料墙的结构型式对上部框架结构的受力几乎无影响，但对墙体以及与墙体连接的底部框架柱影响很大。墙柱一体式挡料墙与组合受力无基础挡料墙相比，框架柱底部剪力减小近1倍。而配筋地坪挡料墙与组合受力无基础挡料墙相比，框架柱底部剪力减小约25％，可在一定程度上改善底部框架柱截面过大的问题。
　　(2)水平地震作用下，堆料的存在影响上部框架结构的受力及变形，但随着结构高度的增加，堆料产生的影响逐渐减小，对于挡料墙上部15m以上框架结构的影响可以忽略不计。但堆料对底部框架柱受力影响很大，堆料使得底部框架柱剪力极值增大了近3倍，弯矩极值增大了2倍左右。
　　(3)由于挡料墙抗侧刚度很大，水平地震作用下，改变挡料墙结构型式对上部框架结构的影响很小，但对于和挡料墙浇筑在一起的底部框架柱影响明显。配筋地坪挡料墙底部剪力极值比组合受力无基础挡料墙减少了约1/3，墙身拉应力极值减小了约50％，压应力极值减小40％左右。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 石膏库挡料墙结构研究

1．2．2 散粒体堆料与结构相互作用研究

1．2．3 结构地震反应分析方法研究

1．3 论文主要工作

2 数值模拟软件ANSYS简介及有限元模型

2．1 有限元软件ANSYS简介

2．2 ANSYS单元简介

2．3 有限元模型

2．3．1 ANSYS中适合散粒体材料的本构模型

2．3．2 散粒体堆料与结构接触的实现

2．3．3 有限元模型的建立

3 考虑散体堆料与结构相互作用时静力分析

3．1 石膏库挡料墙在工程上的应用

3．2 配筋地坪挡料墙

3．3 不同结构型式挡料墙静力特性分析

3．3．1 挡料墙位移模式对比

3．3．2 挡料墙土压力分布对比

3．3．3 挡料墙应力对比

3．3．4 框架柱内力对比

3．4 本章小结

4 考虑散体堆料与结构相互作用时地震响应分析

4．1 模态分析

4．2 瞬态动力分析

4．2．1 阻尼理论

4．2．2 地震波的选用

4．2．3 初始条件施加

4．3．1 结构位移反应对比

4．3．2 结构加速度反应对比

4．3．3 结构内力反应对比

4．3．4 动土压力

4．3．5 挡料墙应力反应对比

4．4 罕遇地震不同堆载情况时结构动力响应分析

4．4．1 结构位移反应对比

4．3．2 结构内力反应对比

4．5 不同挡料墙结构型式动力响应对比

4．5．1 结构位移反应对比

4．5．2 结构加速度反应对比

4．5．3 结构内力响应对比

4．5．4 动土压力对比

4．5．5 挡料墙应力反应对比

4．6 本章小结

5 脱硫石膏厂房在工程设计中的改进

5．1 脱硫石膏厂房工程设计现状

5．2 工程案例

5．3 挡料墙土压力的计算

5．4 内力及配筋对比

5．5 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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