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化工设备支撑框架结构在爆炸作用下的动力响应与损伤分析

作　者: 刘传明
导　师: 郝进锋
学　校: 东北石油大学
专　业: 油气田防灾减灾工程及防护工程
关键词: 框架结构 爆炸冲击 SAP2000 动力响应分析
分类号: TU375
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 22次
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内容摘要


石油化工企业由于其具有重要的经济地位和位置,往往是恐怖爆炸袭击的主要目标之一。另外,石油化工设备内部具有高温高压特点,受外界因素影响较大,操作不慎,有可能引起爆炸。爆炸不仅造成财产损失和人员伤亡,而且还会造成其他连锁反应。因此,化工设备支撑结构应该具有一定的抵御爆炸荷载冲击的能力,以保证化工设备支撑结构安全可靠。为找到框架结构受爆炸冲击作用下的反应,本文先从爆炸理论出发,选取爆炸荷载工况,并施加给已建立好的钢筋混凝土结构模型,运用SAP2000有限元软件对结构进行动力响应分析,得出了爆炸荷载对结构产生动力响应的规律,为工程设计和结构维护提供了参考。研究表明,在受水平爆炸冲击荷载的作用下,结构很容易达到塑性状态,甚至会导致结构构件失效。边柱比中柱更容易发生破坏,底层柱的接地点最先发生塑性变化,塑性铰由结构的底部向上发展。结构采取大截面、高强度混凝土作为结构构件以及增加结构柱的数量等措施来提高结构的水平刚度,能较好的提高结构的抗爆能力。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
创新点摘要  6-10
绪论  10-17
  0.1 课题背景  10-11
  0.2 爆炸冲击分析国内外研究现状  11-13
    0.2.1 国外研究现状  11-12
    0.2.2 国内研究现状  12-13
  0.3 动力分析研究概况  13-15
    0.3.1 结构动力响应的研究方法  14
    0.3.2 动力分析的分类  14-15
  0.4 本论文主要工作和技术线路  15-17
    0.4.1 主要工作  15-16
    0.4.2 研究过程及技术路线  16-17
第一章 爆炸基础理论与化工设备支撑结构概述  17-29
  1.1 爆炸的概念  17-20
    1.1.1 爆炸特性  17
    1.1.2 爆炸机理学说  17-18
    1.1.3 爆炸的分类  18-20
  1.2 爆炸冲击波的传播与冲量  20-23
    1.2.1 爆炸冲击波的传播  20-21
    1.2.2 爆炸冲击波的冲量  21-23
  1.3 爆炸荷载的动力响应  23-28
    1.3.1 自振体系为单自由度的振动方程  23-24
    1.3.2 体系无阻尼的自由振动  24-25
    1.3.3 结构在爆炸荷载作用下有阻尼的自由振动  25
    1.3.4 结构在爆炸荷载作用下的无阻尼受迫振动  25-27
    1.3.5 结构在爆炸荷载作用下的有阻尼受迫振动  27
    1.3.6 爆炸荷载曲线的选定  27-28
  1.4 化工设备支撑结构概述  28-29
第二章 有限元数值计算与动力时程分析  29-43
  2.1 SAP2000 软件及相关定义介绍  29-32
  2.2 数值分析方法  32-34
    2.2.1 Newmart 法  32-33
    2.2.2 Wilson 法  33
    2.2.3 HHT 法  33-34
  2.3 非线性动力时程分析  34-40
    2.3.1 物理非线性问题  34-35
    2.3.2 动力几何非线性问题  35-37
    2.3.3 非线性动力时程分析工况的定义  37-40
  2.4 框架中塑性铰的定义  40-43
    2.4.1 定义塑性铰  40-41
    2.4.2 塑性铰属性  41-43
第三章 结构的模态分析  43-51
  3.1 模态分析的基本理论  43-45
    3.1.1 模态分析中质量源的定义  44
    3.1.2 质量参与系数  44-45
  3.2 不同形式结构的模态分析  45-51
    3.2.1 第一种形式结构的模态分析  45-48
    3.2.2 第二种形式结构的模态分析  48-51
第四章 化工设备支撑结构在爆炸荷载作用下的动力响应分析  51-78
  4.1 工程基本资料  51-52
    4.1.1 工程概况  51
    4.1.2 钢筋混凝土材料参数的选择  51
    4.1.3 荷载工况  51-52
  4.2 结构底层在受爆炸荷载作用的响应分析  52-57
    4.2.1 荷载大小及作用位置选取  52
    4.2.2 结构柱的动力响应  52-54
    4.2.3 结构梁的竖向动力响应  54-55
    4.2.4 结构出现塑性铰分布  55-57
  4.3 结构同一位置受不同爆炸峰值荷载作用的动力响应  57-63
    4.3.1 爆炸荷载大小及作用位置的选取  57
    4.3.2 结构柱的动力响应  57-58
    4.3.3 结构梁的竖向动力响应  58-60
    4.3.4 结构出现塑性铰分布  60-63
    4.3.5 结构损伤受力分析  63
  4.4 结构在不同高度受同一爆炸荷载作用的动力响应  63-66
    4.4.1 爆炸荷载大小及作用位置的选取  63-64
    4.4.2 结构柱的动力响应  64-65
    4.4.3 结构梁的竖向动力响应  65-66
    4.4.4 结构出现塑性铰分布  66
  4.5 不同梁柱截面结构受同一爆炸荷载作用的动力响应  66-69
    4.5.1 不同梁柱截面类型、荷载大小作用位置选取  66
    4.5.2 结构柱的动力分析  66-67
    4.5.3 结构梁的竖向动力分析  67-68
    4.5.4 结构出现塑性铰分布  68-69
  4.6 同一截面尺寸不同材质结构受同一爆炸荷载作用的动力分析  69-71
    4.6.1 截面尺寸、材质类别、爆炸荷载大小及作用位置选取  69
    4.6.2 结构柱的动力分析  69-70
    4.6.3 结构梁的竖向动力分析  70-71
    4.6.4 结构出现塑性铰分布  71
  4.7 不同结构形式受同一爆炸荷载作用的动力分析  71-75
    4.7.1 结构形式、爆炸荷载大小及作用位置选取  71-72
    4.7.2 结构柱的动力分析  72-73
    4.7.3 各形式结构出现塑性铰分布  73-75
  4.8 结构内外部受同一爆炸荷载作用的动力分析  75-78
    4.8.1 结构形式、爆炸荷载大小及作用位置选取  75
    4.8.2 结构柱的动力分析  75-76
    4.8.3 结构梁的竖向动力分析  76-77
    4.8.4 结构出现塑性铰分布  77-78
结论  78-80
参考文献  80-83
发表文章目录  83-84
致谢  84-85
详细摘要  85-93

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 混凝土结构、钢筋混凝土结构 > 钢筋混凝土结构
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