大跨度钢拱结构温度效应和焊接效应分析

论文摘要

随着大跨度钢结构的不断发展,钢拱结构由于其独特的外观和良好的空间利用越来越被人们接受和采纳,这给结构上带来许多新的问题,温度效应和焊接效应问题便是其中比较突出的问题。在复杂的温度场影响下,由于杆件不能自由热胀冷缩,杆件内会产生温度应力,结构会产生温度变形。而焊接过程产生的不均匀温度场使结构中产生比较复杂的残余应力。本文以内蒙古呼和浩特白塔机场新航站楼为工程背景,对大跨度钢拱结构的温度效应和焊接效应进行了分析和探讨。首先介绍了钢构件中温度作用的种类、温度应力和变形产生的原因等基本概念和基本理论,并在此基础上提出了本文采用的基本假设。继而应用大型通用有限元软件ANSYS的稳态热-结构耦合分析功能,分析了日照温差产生的温度梯度、温度自应力和温度次应力,分析了太阳辐射对钢拱构件的影响。结合工程实际,建立了结构的有限元模型,确定了温差的取值和结构的最不利内力组合,并在此基础上,分析了自重和温度作用对钢拱的影响以及在考虑整体结构和工作荷载时,温度对钢拱结构的影响。本文建立了平板焊接模型和焊缝横截面模型,利用ANSYS的瞬态分析功能和生死单元模拟焊接过程,得到了残余应力的大小以及残余应力沿焊缝长度和板厚方向的分布规律。最后,在以上分析的基础上,对钢拱中应力的发展趋势进行了预测,总结了因温度效应和焊接效应引发的结构破坏的一般特征,并结合工程实际,指出温度效应和焊接残余应力是导致裂缝的主要因素,并提出了完善的技术改善措施。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 工程背景
• 1.3 研究现状
• 1.4 本文研究主要内容
• 第二章 结构温度效应分析的一般理论
• 2.1 温度作用类型及特点
• 2.2 本文主要的基本假设
• 2.3 温度应力产生的条件和分类
• 2.4 温度场分析基本理论
• 2.5 温度应力分析基本理论
• 2.6 本章小结
• 第三章 太阳辐射引起的温度效应分析
• 3.1 钢结构中日照温差影响的研究
• 3.2 太阳辐射下钢拱迎光面表面折算综合温度
• 3.3 结构响应分析
• 3.4 整体结构分析时对太阳辐射的考虑和假设
• 3.5 本章小结
• 第四章 钢拱结构温度应力分析的有限元模型和荷载组合
• 4.1 有限元方法
• 4.2 本文有限元模型
• 4.3 温度荷载工况设计
• 4.4 结构荷载工况
• 4.5 本章小结
• 第五章 温度应力对钢拱静力性能的影响
• 5.1 模型建立
• 5.2 自重下钢拱的静力性能
• 5.3 主拱在温度作用下的受力性能
• 5.4 温度和自重组合效应下钢拱的受力性能
• 5.5 本章小结
• 第六章 温度效应对大跨度钢拱结构的影响
• 6.1 模型建立及荷载工况
• 6.2 不考虑附属结构的分析
• 6.3 考虑附属结构分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 钢拱焊接残余应力的有限元分析
• 7.1 焊接残余应力的概念及产生原因
• 7.2 钢结构焊接分析基本理论
• 7.3 钢结构焊接有限元分析的一般步骤
• 7.4 平板焊接有限元分析
• 7.5 简化的二维焊缝截面有限元分析
• 7.6 本章小结
• 第八章 钢拱应力发展、裂缝原因分析及技术措施
• 8.1 应力发展分析及裂缝产生预测
• 8.2 裂缝产生原因分析
• 8.3 结合本工程的技术改善措施
• 8.4 本章小结
• 第九章 结论与展望
• 9.1 本文结论
• 9.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢