結(jié)構(gòu)工程論文開題報告

結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)工程論文開題報告范文，歡迎閱讀參考。

　　論文題目：乙烯裂解爐鋼板墻結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，但是鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)目前的發(fā)展雖能得到使用滿足，但未來而言，鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(zhì)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)就可能倒塌。由于成產(chǎn)環(huán)境的影響，石化鋼結(jié)構(gòu)裝備建(構(gòu))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(jié)構(gòu)建筑物的各個部分組成，其主要涵蓋了這樣幾種結(jié)合方式：鋼框架與剪力墻結(jié)構(gòu)的結(jié)合、設備與管廊鋼框架結(jié)構(gòu)的結(jié)合以及箱體鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)等。有關(guān)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(gòu))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(guān)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)形式的領域范圍內(nèi)，主要是研究材料的抗火性能。結(jié)構(gòu)在火災下的強度、剛度、變形、承載力、整體建筑結(jié)構(gòu)耐火時間以及結(jié)構(gòu)抗火構(gòu)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(jié)構(gòu)建(構(gòu))筑物在火災高溫下的安全性能。然而由于有限的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)論那就是其屈曲并不代表它喪失了承載力。研宄結(jié)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(cè)移剛度和抗剪承載力。鋼板剪力墻的優(yōu)點可以總結(jié)為(1)結(jié)構(gòu)自重相對不是太大，這樣的結(jié)構(gòu)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(gòu)筑物中;(2)使得建筑使用空間增大，而結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)技術(shù)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(cè)力構(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)，而其大多采用鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)作為抗側(cè)力結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)化爐和煉油常減壓爐等結(jié)構(gòu)�；瘜W反應過程中有大量的易燃、易爆氣液體通過管道在箱體結(jié)構(gòu)里傳輸，一旦發(fā)生事故火災，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)技術(shù)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(jié)構(gòu)抗火設計目標 9-10

　　1.3 結(jié)構(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)技術(shù)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(jié) 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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)鋼的力學特性 32

　　3.3.5 鋼的泊松比 32

　　3.3.6 應力-應變關(guān)系 32-33

　　3.4 求解溫度場(有限元法) 33-35

　　3.5 小結(jié) 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(jié)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(jié) 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(jié) 55-56

　　第五章 總結(jié)與展望 56-58

　　5.1 全文總結(jié) 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(shù)論文 61-62

　　致謝 62

　　六、目前已經(jīng)閱讀的主要文獻

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