纤绳初应力及倾角影响下拉索式钢烟囱的整体稳定研究

论文摘要

当钢烟囱的高度与直径之比大于20的时候,需要在其周围沿高度方向斜向布置数层纤绳,称之为拉索式钢烟囱,也是一种杆身为圆筒形截面的桅杆结构。由于纤绳的几何非线性和杆身的P-△效应,此类结构有着强烈的非线性,属于大变形,小应变。在桅杆结构中有不少是由于大风引起了桅杆某些杆件和局部区域的失稳,从而导致整个结构的失稳破坏。因此,拉索式钢烟囱结构在风荷载作用下的整体稳定问题值得研究。通过以往的实际工程经验,我们得知桅杆的一些结构参数对其强度、刚度、整体稳定等工作性能有着重大影响。在实际工程中,为了施工和设计人员的方便,桅杆结构的布置和构造常取一些默认的数值,如纤绳倾角取45°,纤绳初应力取200 N /mm2-250 N /mm2等等。本课题使用通用有限元程序ANSYS来分析这些结构参数对拉索式钢烟囱这种圆筒式桅杆结构的整体稳定是否合理,如果不合理,就要提出更为优化,更加具体的取值。本文首先回顾了桅杆结构的研究现状。在纤绳和杆身静力计算的基础上,介绍了结构的静力整体稳定的分析方法。接着介绍了使用有限元软件ANSYS建立拉索式钢烟囱模型的方法,并通过与经典桅杆结构算法的比较,证实了结构计算的可靠性。本文分别研究了三方纤绳布置情况下拉索式钢烟囱的纤绳初应力、纤绳倾角、纤绳层次对拉索式钢烟囱受力性能的影响。主要考虑了各类初参数对以下几方面性能的影响:纤绳节点位移、纤绳节点刚度、整体稳定安全系数K。通过大量的数值计算和对比,本文对最常用的三方纤绳布置情况下的拉索式钢烟囱提出一系列有利于整体稳定性的结构参数,为以后实际工程中的设计人员提供参考。最后,简要讨论了进一步工作的方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 本课题的研究意义
• 1.2 桅杆结构的破坏研究
• 1.3 发展趋势
• 1.4 本文的主要工作
• 2 拉索式钢烟囱结构静力分析和静力稳定的基本理论
• 2.1 概述
• 2.2 纤绳计算理论
• 2.2.1 索单元的力学模型
• 2.2.2 纤绳的静力计算
• 2.3 烟囱筒身计算理论
• 2.3.1 概述
• 2.3.2 弹性支座连续梁法
• 2.3.3 空间杆单元理论
• 2.4 结构静力整体稳定理论
• 2.4.1 概述
• 2.4.2 临界力法计算静力整体稳定
• 2.4.3 极限位移法计算静力整体稳定
• 2.4.4 全过程位移跟踪法计算静力整体稳定
• 2.5 结构非线性有限元分析理论
• 2.5.1 有限单元法的理论基础
• 2.5.2 有限单元法的基本概念
• 2.5.3 有限元法的典型分析步骤
• 2.6 算例
• 3 结构的建模与算例
• 3.1 ANSYS 中拉索式钢烟囱的建模方法
• 3.2 建模需要注意的几点
• 3.3 算例
• 4 参数对拉索式钢烟囱结构的整体稳定性的影响
• 4.1 前言
• 4.2 纤绳初应力对结构受力性能的影响
• 4.2.1 二层纤绳各层取相同初应力时的比较分析
• 4.2.2 三层纤绳各层取相同初应力时的比较分析
• 4.2.3 四层纤绳各层取相同初应力时的比较分析
• 4.2.4 四层纤绳各层取不同初应力时的比较分析
• 4.3 纤绳倾角对结构受力性能的影响分析
• 4.3.1 二层纤绳相互平行时纤绳倾角的比较
• 4.3.2 三层纤绳相互平行时纤绳倾角的比较
• 4.3.3 四层纤绳相互平行时纤绳倾角的比较
• 4.3.4 每两层纤绳共用同一地锚时纤绳倾角的比较
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 进一步研究的方向
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读研期间发表的学术论文与研究成果