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結構工程論文開題報告

時間:2023-03-02 13:40:22 開題報告 我要投稿
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結構工程論文開題報告范文

  開題報告是生畢業(yè)論文工作的環(huán)節(jié),是指為、審核和畢業(yè)論文題目而做的專題書面報告,下面是小編搜集整理的結構工程論文開題報告范文,歡迎閱讀參考。

結構工程論文開題報告范文

  論文題目:乙烯裂解爐鋼板墻結構抗火承載力研究

  一、選題背景

  早自上個世紀90年代,我國的鋼產(chǎn)量就開始迅速增長,在1996年時,鋼的總產(chǎn)量已然躍居世界榜首[1]? 2014年時,根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計,我國鋼產(chǎn)量為11億噸,這樣的大規(guī)模生產(chǎn)足以說明鋼材對我國發(fā)展起著中流砥柱的作用。如今,雖然我國建筑鋼結構產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛,但是鋼結構在建筑領域的用鋼僅占總鋼產(chǎn)量的4%左右,與國外發(fā)達國家10%以上的水平相差甚遠[2]。我國建筑鋼結構目前的發(fā)展雖能得到使用滿足,但未來而言,鋼結構設計理論體系發(fā)展趨勢必然是更為成熟與完善,使其迎來黃金發(fā)展時期。鋼結構的優(yōu)點是強度較其他材料高,與此同時又能保持良好的軔性,但鋼材有個極大的缺點,就是耐火性能較差。雖然鋼的材質屬于非燃燒體,但在火災高溫持續(xù)不斷的作用下,當溫度達到55(rC左右時,鋼材會變軟,其屈服強度急劇下降。當溫度升至80(rC左右時,鋼材基本失去原有形態(tài),剛度和強度幾乎變?yōu)榱鉡3]。處于高溫環(huán)境下,尤其是火災發(fā)生時,鋼結構的承載能力和變形性能都在持續(xù)不斷的發(fā)生著顯著的變化,甚至達到極聚狀態(tài),最終以致結構破壞。發(fā)生此現(xiàn)象@原因主要是由于鋼材本來自身的性能決定的,其中特別是;6學性能,它對溫度的敏感性尤為明顯。經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計,在15-20分鐘內(nèi),不做防火保護的鋼結構就可能倒塌。由于成產(chǎn)環(huán)境的影響,石化鋼結構裝備建(構)筑物極易受到高溫火災的影響,導致其容易遭受更加嚴重的損壞。對于石化裝備鋼結構建筑物的各個部分組成,其主要涵蓋了這樣幾種結合方式:鋼框架與剪力墻結構的結合、設備與管廊鋼框架結構的結合以及箱體鋼板剪力墻結構等。有關統(tǒng)計表明:石油化工企業(yè)的火災約占城市重特大火災的25%以上,數(shù)據(jù)足以表明研究其的重要性。在石油化工裝置的生產(chǎn)過程中,大量易燃、易爆氣體通過管道在大型石化裝備建(構)筑物中傳送,使之成為為火災高危行業(yè)。上世紀80至90年代,有關研究在安全工程學科中發(fā)展出一種"性能化防火設計方法[4],根據(jù)可能發(fā)生火災的場景,確定火災對結構的不利影響,從而設定安全目標。

  二、研究目的和意義

  在建筑鋼結構形式的領域范圍內(nèi),主要是研究材料的抗火性能。結構在火災下的強度、剛度、變形、承載力、整體建筑結構耐火時間以及結構抗火構造等,即:在使用力學工具計算的同時,有依據(jù)的來研究鋼結構建(構)筑物在火災高溫下的安全性能。然而由于有限的結構力學計算模型涵蓋了材料非線性和幾何非線性等內(nèi)容,使結構抗火計算變得極其困難,目前還沒有適合應用于工程設計中的簡單計算方法,所以這方面的工作成為近來結構工程研究的熱點。

  三、本文研究涉及的主要理論

  通過最近幾年眾多研宄對于薄鋼板墻的研宄,都得出了共同的結論那就是其屈曲并不代表它喪失了承載力。研宄結論還表明薄鋼板剪力墻屈曲后,會形成類似于一系列斜撐拉力帶的形狀,真是因為此種特性,薄鋼板墻在屈曲后仍有較大的彈性側移剛度和抗剪承載力。鋼板剪力墻的優(yōu)點可以總結為(1)結構自重相對不是太大,這樣的結構可以有效地減少基礎費用,同時可用于基礎承載力不能得到大幅度提升的加固構筑物中;(2)使得建筑使用空間增大,而結構自身占用建筑面積相對小;、(3)用鋼量比純框架方案要小的多,板厚非常小,高厚比為卻很大;(4)鋼板剪力墻雖然達到了屈曲,但其還能繼續(xù)受到外荷載作用并承擔;(5)鋼板剪力墻的設置可緩解對梁柱節(jié)點區(qū)的延性要求;(6)對于現(xiàn)場施工來說,鋼板墻的安裝速度快,工藝相較簡單。

  鋼板剪力墻的英文名是Steel plate Shear walls (簡稱SPSW),其主要作用是抗剪,而這些剪力主要是由橫向的風載和地震力產(chǎn)生。鋼板剪力墻的主要組成部分是梁柱框架以及其內(nèi)部的填充板。我們把鋼板剪力墻進行簡化(如圖1-3所示),可以將它看成一個底部固定,含有由柱組成的翼緣以及由梁組成的加勁助的懸臂板梁。

  20世紀中后期,在美國出現(xiàn)了第一種鋼板剪力墻,非加勁厚鋼板墻。當時是以剪切屈曲應力Ter作為承載能力的極限,借鑒美國標準的中國規(guī)范《高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程6(JGJ99)》中鋼板剪力墻的設計也采用這一標準⑷。以剪切屈曲應力作為承載能力的極限即不允許墻板發(fā)生屈曲。經(jīng)過研宄發(fā)現(xiàn),厚板(寬厚比小于或等于100的墻板)的承載力高、剛度大、耗能高,是很好的抗側力構件,但是缺點是消耗材料量過大。

  四、本文研究的主要內(nèi)容

  目前鋼板墻的種類較多,隨著研宄的深入,必將出現(xiàn)更多的鋼板墻類型,但本文僅選擇“非加勁”鋼板墻作為研究對象,至今為止我國始終還沒有應用屈曲后非加勁肋鋼板剪力墻,而這種構造形式在國外已經(jīng)廣泛應用,主要還是因為研究不充分阻礙了其工程應用。為服務設計,本文希望在非加勁墻的設計方法上有所進展。另外,在石化建筑中,有很多用來儲存原料或參與反應的結構,而其大多采用鋼板剪力墻結構作為抗側力結構體系,用其抵抗水平風荷載、地震荷載和火災荷載等,如乙稀裂解爐、化肥轉化爐和煉油常減壓爐等結構。化學反應過程中有大量的易燃、易爆氣液體通過管道在箱體結構里傳輸,一旦發(fā)生事故火災,結構承受的巨大荷載會對其造成很大的威脅。因此,對鋼板剪力墻結構進行耐火方面的研究具有很重要的意義。鑒于課題團隊和石化行業(yè)的接觸較多,筆者的研究主要針對鋼結構的石化裂解爐,在塑性極限理論的基礎上,提出在溫度場下的帶有拉應力的TSM模型,然后根據(jù)中國規(guī)范《建筑結構技術防火規(guī)范》,計算鋼板剪力墻屈曲后的承載力。并通過數(shù)值模擬分別對方形板,窄長形板(板長L大于板高hs)以及豎長型板(板長L小于板高hs)來驗證該公式的有效性。

  五、寫作提綱

  摘要 3-4

  ABSTRACT 4

  第一章 緒論 8-15

  1.1 研究背景與意義 8-9

  1.2 建筑結構抗火設計目標 9-10

  1.3 結構的抗火性能所需的分析程序 10

  1.4 鋼板剪力墻研究現(xiàn)狀 10-13

  1.4.1 鋼板墻的構成與優(yōu)點 10-11

  1.4.2 鋼板墻的功能 11-12

  1.4.3 鋼板墻的分類與其性能 12-13

  1.5 本文研究主要內(nèi)容 13-15

  第二章 基于《建筑鋼結構技術防火規(guī)范》的鋼板墻抗火極限分析方法 15-31

  2.1 鋼板剪力墻抗剪極限承載力理論分析 15-18

  2.1.1 幾何模型 15

  2.1.2 受剪內(nèi)嵌鋼板的極限承載力分析 15-18

  2.2 屈曲理論 18-20

  2.2.1 屈曲基本概念與屈曲理論 18-19

  2.2.2 薄厚板的分類 19

  2.2.3 線性理論與非線性理論 19-20

  2.3 火災高溫下的鋼板剪力墻計算模型 20-23

  2.3.1 拉力帶模型 20-22

  2.3.2 改進拉力帶模型 22

  2.3.3 火災下鋼板剪力墻模型 22-23

  2.4 溫度拉力帶模型的基本假設 23

  2.5 塑性極限分析定理 23-25

  2.6 火災下鋼板剪力墻屈曲后的強度分析 25-29

  2.6.1 拉力帶的傾角α 25-27

  2.6.2 鋼板墻承受的水平力V推導過程(靜力法) 27-29

  2.7 小結 29-31

  第三章 鋼板墻在熱力耦合下的有限元分析 31-36

  3.1 引言 31

  3.2 熱力耦合問題特征 31-32

  3.3 高溫下結構鋼的物理特性 32-33

  3.3.1 熱膨脹系數(shù) 32

  3.3.2 導熱系數(shù) 32

  3.3.3 比熱容 32

  3.3.4 高溫下結構鋼的力學特性 32

  3.3.5 鋼的泊松比 32

  3.3.6 應力-應變關系 32-33

  3.4 求解溫度場(有限元法) 33-35

  3.5 小結 35-36

  第四章 鋼板墻承載力分析 36-56

  4.1 鋼板墻承載力分析 36-39

  4.1.1 實驗數(shù)據(jù)的選取 36

  4.1.2 理論計算 36-37

  4.1.3 ABAQUS有限元分析 37-38

  4.1.4 結果分析 38-39

  4.2 矮形鋼板墻(h_s 39-50

  4.2.1 實例分析背景 39

  4.2.2 矮形鋼板墻(h_s 39-42

  4.2.3 ABAQUS有限元分析 42-49

  4.2.4 小結 49-50

  4.3 高形鋼板墻(hs>L)承載力分析 50-56

  4.3.1 實例分析背景 50

  4.3.2 高形鋼板墻(h_s>L)屈曲后承載力分析 50-51

  4.3.3 ABAQUS有限元分析 51-55

  4.3.4 小結 55-56

  第五章 總結與展望 56-58

  5.1 全文總結 56-57

  5.2 展望 57-58

  參考文獻 58-61

  申請學位期間的研究成果及發(fā)表的學術論文 61-62

  致謝 62

  六、目前已經(jīng)閱讀的主要文獻

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