加熱爐鋼結(jié)構(gòu)是一種帶墻板的框架圍護(hù)結(jié)構(gòu),在石油化工行業(yè)應(yīng)用廣泛。目前,對這種帶墻板的鋼結(jié)構(gòu)研究很少。石化加熱爐鋼結(jié)構(gòu)中框架柱的計算長度系數(shù)和面板加勁肋的布置沒有完善的設(shè)計要求,此類結(jié)構(gòu)的抗震性能和破壞機(jī)理有待全面深入的試驗。通過有限元分析軟件ANSYS,得到了石油化工加熱爐帶墻板鋼框架柱計算長度系數(shù)的取值規(guī)律,優(yōu)化了墻板加勁肋,并通過低周反復(fù)荷載試驗和有限元模擬,詳細(xì)研究了該類結(jié)構(gòu)的抗震性能,為該類結(jié)構(gòu)的設(shè)計和工程應(yīng)用提供了一定的參考。主要研究內(nèi)容和成果如下:
(1)對一實(shí)際工程加熱爐兩端榀框架結(jié)構(gòu)分別建立了帶壁板和純框架的有限元模型進(jìn)行分析,計算得到了框架柱的計算長度系數(shù)和結(jié)構(gòu)的側(cè)傾剛度,并建議石化加熱爐鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮壁板對框架柱穩(wěn)定承載力的有利作用,帶壁板框架柱的計算長度宜采用規(guī)范中無側(cè)移框架柱的計算長度取值方法,且依然較為安全。
(2)對一實(shí)際工程石化加熱爐輻射段橫向邊榀三跨建立了有限元模型進(jìn)行分析計算,得出在頂點(diǎn)施加水平集中荷載作用能夠比較理想的模擬整體結(jié)構(gòu)在側(cè)向荷載作用下的變形,合理的加勁肋布置能有效控制壁板的面外變形,保證結(jié)構(gòu)在設(shè)計荷載下的使用要求,且壁板不會先于主體結(jié)構(gòu)失效,并選取石化加熱爐結(jié)構(gòu)中常用的參數(shù),建立有限元模型進(jìn)行優(yōu)化分析,確定了壁板加勁肋的合理布置,為工程設(shè)計提供參考。
(3)對優(yōu)化后的加熱爐帶加勁壁板鋼結(jié)構(gòu)足尺模型進(jìn)行水平反復(fù)荷載作用下的試驗研究,系統(tǒng)分析結(jié)構(gòu)破壞模式和耗能機(jī)理,研究其滯回性能,得到了承載力,剛度,延性和耗能能力等指標(biāo)。結(jié)果表明:該種結(jié)構(gòu)具有良好的延性和耗能性能;鋼框架和壁板協(xié)同工作良好;加勁肋的設(shè)置改善了鋼板的實(shí)際受力,提高墻體的承載力及剛度,滯回曲線飽滿呈"梭形"。結(jié)構(gòu)破壞模式為柱的局部屈曲,柱腳開裂,壁板發(fā)生加勁區(qū)格內(nèi)的局部屈曲;底層梁柱連接部位形成塑性鉸。
(4)運(yùn)用ANSYS有限元軟件分析了石化加熱爐帶加勁壁板鋼結(jié)構(gòu)在循環(huán)荷載下的受力性能,并得到了試件的骨架曲線,滯回曲線,應(yīng)力云圖及變形云圖。然后對比分析了有限元結(jié)果與試驗結(jié)果,兩者吻合較好,因此用ANSYS有限元軟件模擬石化加熱爐鋼結(jié)構(gòu)的受力性能是合理可行的。
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