桁架式管架跨越结构选型与参数分析

发布时间：2017-03-26 11:05

  本文关键词：桁架式管架跨越结构选型与参数分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大跨度桁架式跨越是石油、天然气管道跨越工程中最常用的结构类型。伴随着石油运输行业的繁荣,越来越多的学者提出了关于大跨度桁架式跨越的研究理论与设计方法。然而,与之形成巨大反差的是管道跨越结构的优化选型与设计的研究并不系统。目前,国内大部分跨越的设计主要是依据工业民用设计和桥梁设计相关规范。在依据已有的桥梁及大跨度桁架、网架的设计经验及规范进行结构设计时,由于功能需求上的不同,大跨度跨越与桥梁在刚度,承受荷载等方面存在着不小的差异,往往会出现结构自重过大、承载能力远超实际需求能力等经济性问题。在当前提倡“低碳环保,节约型社会”的整体大环境下,再不对石油天然气跨越等工业设施建设设计进行针对性研究明显是不符合社会发展要求的。本课题来源是中国石油天然气管道工程有限公司东北分公司。拟在东北地区大力发展石油管道运输工程的建设,因此合作对大跨度桁架式跨越结构的相关性能进行了系统的研究与分析,本文的大部分基础数据由中国石油天然气管道工程有限公司东北分公司提供。经总结—分析,影响桁架式跨越用钢量的因素基本由以下几种因素组成:桁架式跨越横截面的形状、高跨比、宽高比、腹杆布置与形式、杆件截面形状、荷载(作用)、节间距、跨度、杆件的设计应力比、跨中挠度变形等。本文主要研究桁架式跨越的横截面形状、腹杆布置形式、高跨比以及宽高比在不同跨度且其他影响因素完全一致,并保证所得结构在绝对安全的条件下,比较各计算模型的用钢量,找出各因素对桁架跨越用钢量的影响。利用sap2000,分析了截面形状为倒三角形、梯形、矩形的桁架式跨越的有限元模型,并根据结果数据对各跨度下的结构进行了优化设计。比较优化后的桁架式跨越的用钢量,找出了用钢量最少的桁架式跨越型式。确定了横截面形状为倒三角形,更适合大跨度桁架式跨越结构。以此为基础,分析了横截面形状为倒三角形的大跨度桁架式跨越的腹杆布置形式,确定斜腹杆交错式为最合理的结构型式。分析了不同跨度的横截面形状为倒三角形斜腹杆交错式的结构型式取不同宽高比与高跨比时结构的计算模型,比较了用钢量最优的参数取值范围。利用ANSYS对这些结构模型的结构整体稳定性进行分析,区分出了受结构整体稳定性控制和受强度控制的结构参数取值范围。对100m跨度宽高比为1/2,高跨比为1/15的倒三角形斜腹杆交错式桁架式跨越结构的关键节点在workbench中建模,进行了初步分析,研究了这些节点的破坏形式。
【关键词】：桁架式跨越 结构型式 截面参数 整体稳定 相贯节点
【学位授予单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE973
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 研究背景13
• 1.2 工程背景13-15
• 1.3 课题研究目的和意义15-16
• 1.4 管桁架结构的应用及发展16-17
• 1.5 国内外同类课题研究现状17-18
• 1.6 研究内容、方法及创新点18-21
• 1.6.1 研究内容与方法18-19
• 1.6.2 创新点19-21
• 第二章 桁架跨越设计的基本设计数据及依据21-29
• 2.1 钢材选用21
• 2.2 桁架跨越结构设计的一些基本假定21-22
• 2.3 桁架杆件截面的选取原则22
• 2.4 荷载（作用）计算22-23
• 2.4.1 管道自重及结构自重22
• 2.4.2 输送介质重量22
• 2.4.3 检修荷载22-23
• 2.4.4 风荷载23
• 2.4.5 地震作用23
• 2.4.6 温度作用23
• 2.5 荷载组合23-24
• 2.6 边界条件的确定24
• 2.7 基本计算公式及相关规范规定24-26
• 2.7.1 构件强度和稳定性计算24-25
• 2.7.2 桁架杆件容许长细比25
• 2.7.3 振型分解反应谱法25-26
• 2.8 结构稳定问题的计算方法26-27
• 2.9 本章小结27-29
• 第三章 桁架式跨越结构选型的比较29-55
• 3.1 结构截面形状及腹杆布置形式的选择29-31
• 3.1.1 截面形状的选取29-30
• 3.1.2 腹杆布置形式的选取30-31
• 3.2 桁架跨越截面尺寸的确定31
• 3.3 跨越结构截面形状的杆件设计与比较31-41
• 3.3.1 跨度为 60m的桁架式跨越设计31-34
• 3.3.2 跨度为 80m的桁架式跨越设计34-38
• 3.3.3 跨度为 100m的桁架式跨越设计38-41
• 3.4 腹杆布置形式的杆件设计与比较41-49
• 3.4.1 跨度为 60m的桁架式跨越设计41-44
• 3.4.2 跨度为 80m的桁架式跨越设计44-46
• 3.4.3 跨度为 100m的桁架式跨越设计46-49
• 3.5 三种截面外形的桁架用钢量对比分析49-51
• 3.5.1 三种截面形状在不同跨度下的用钢量49-51
• 3.5.2 三种截面形状在50米跨度时的用钢量51
• 3.6 三种腹杆布置形式的桁架用钢量对比分析51-53
• 3.7 本章小结53-55
• 第四章 桁架式跨越结构的截面尺寸参数分析55-71
• 4.1 高跨比与宽高比的确定55
• 4.2 桁架结构杆件设计截面的选用55-56
• 4.3 用钢量的分析与比较56-57
• 4.4 结构整体稳定性分析57-60
• 4.4.1 线性屈曲整体分析的计算原理57-58
• 4.4.2 非线性整体稳定性分析的计算原理58-60
• 4.5 有限元模型的建立60-62
• 4.5.1 单元类型的选择60
• 4.5.2 模型的本构关系60-61
• 4.5.3 初始缺陷的确定61-62
• 4.6 结构整体稳定性分析结果整理62-69
• 4.6.1 线性整体稳定性分析62-63
• 4.6.2 非线性整体稳定性分析63-69
• 4.7 本章小结69-71
• 第五章 关键节点破坏形式初步分析71-81
• 5.1 有限元模型的建立71-73
• 5.1.1 单元的选取71
• 5.1.2 模型的本构关系71
• 5.1.3 边界条件及加载方式71-73
• 5.2 节点模型的分析结果73-78
• 5.2.1 节点破坏形式73
• 5.2.2 有限元结果分析73-78
• 5.3 本章小结78-81
• 第六章 结论与展望81-83
• 6.1 结论81
• 6.2 展望81-83
• 附表（图）83-89
• 参考文献89-93
• 作者简介93-95
• 致谢95-96

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