大型煤气柜结构风荷载及干扰效应研究

【摘要】：随着我国煤气业和大型企业的发展，对大型煤气柜等储气结构的需求不断增大。大型煤气柜一般设计成外壁厚很薄、外尺寸巨大的圆筒型结构，在强风作用下，煤气柜筒体会产生变形，风荷载成为其主要的控制荷载。鉴于煤气柜在日常的生产和生活中发挥着重大的作用，因此，全面掌握这类结构的表面风压分布规律、双柜干扰效应以及等效风荷载与风致响应的计算，以便提出有效的抗风措施非常必要。 本文以上海宝钢煤气柜为工程研究背景，开展了一系列研究并取得了一些有意义的研究成果。首先介绍了基于随机振动理论的风荷载及其风振响应的分析方法以及由Davenport提出的经典抗风设计方法——阵风荷载因子法。 其次，详细介绍了有、无周边建筑物干扰两种工况下煤气柜的刚性模型风洞测压试验概况，并通过风洞试验获得了煤气柜表面的风压分布特性。既具体分析了煤气柜每层测点的平均风压系数及体型系数沿柜体环向的变化规律，也详细分析测点的平均风压系数及体型系数沿柜体高度的变化规律。并通过两种不同的煤气柜柜体之间的间距，详细探讨了双柜体之间的干扰效应。 然后，通过建立煤气柜结构的ANSYS有限元模型，分析了该煤气柜的自振特性；提出了采用阵风荷载因子法来计算煤气柜结构的等效风荷载及其风致响应。根据风洞试验结果，对煤气柜顶部的风致加速度响应以及煤气柜底部的基底剪力、基底弯矩随风向角的变化规律进行了分析与总结，并讨论了有、无周边建筑干扰下计算结果的差异及原因。 最后对煤气柜分别又进行了有、无周边建筑干扰的刚性模型天平测力试验，得到煤气柜两个主轴方向基底剪力均值、均方根值以及基底弯矩均值、均方根值随风向角的变化情况，通过对比分析表明双柜体之间存在一定的干扰影响；并计算分析得到煤气柜的整体风载体型系数，并将其与荷载规范进行了对比。 【关键词】：煤气柜结构 风洞试验 干扰效应 等效风荷载 风致响应 刚性模型 天平测力
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ547.91;TU312.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 插图索引11-13
• 附表索引13-14
• 第1章 绪论14-23
• 1.1 特殊煤气柜结构及风灾介绍14-15
• 1.2 结构风工程概述15-18
• 1.2.1 风及风特性15
• 1.2.2 风对结构的作用15-16
• 1.2.3 风工程的主要研究方法16-18
• 1.3 建筑群干扰效应的研究历史及现状18-19
• 1.3.1 研究历史18
• 1.3.2 研究现状18-19
• 1.4 高层结构静力等效风荷载及其响应的研究概述19-22
• 1.4.1 顺风向荷载及其响应19
• 1.4.2 横风向荷载及其响应19-20
• 1.4.3 扭转荷载及其响应20
• 1.4.4 国内外风荷载规范概述20-21
• 1.4.5 等效静力风荷载及响应研究存在的不足21-22
• 1.5 本文的主要内容和研究工作22-23
• 第2章 高层抗风设计理论及方法研究23-35
• 2.1 随机振动理论23-26
• 2.2 平均风荷载作用及其响应26-27
• 2.3 脉动风荷载作用及其响应27-29
• 2.4 高层静力等效风荷载及其响应的计算方法29-33
• 2.4.1 概述29
• 2.4.2 阵风荷载因子(GLF)法29-31
• 2.4.3 惯性风荷载(IWL)法31
• 2.4.4 荷载响应相关(LRC)法31-33
• 2.4.5 弯矩阵风荷载因子(MGLF)法33
• 2.5 本章小结33-35
• 第3章 煤气柜刚性模型风洞试验35-45
• 3.1 前言35
• 3.2 工程简介35-36
• 3.3 风洞试验设备36-37
• 3.3.1 风洞介绍36-37
• 3.3.2 试验设备及测压系统37
• 3.4 大气边界层风场的模拟37-39
• 3.4.1 平均风速37-38
• 3.4.2 湍流强度38-39
• 3.5 试验设计39-44
• 3.5.1 试验模型设计和测压点布置39-42
• 3.5.2 试验概况42-43
• 3.5.3 试验工况43
• 3.5.4 参考点位置43-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第4章 煤气柜表面风压分布特性及干扰效应研究45-63
• 4.1 试验数据处理45-47
• 4.1.1 风压系数45-46
• 4.1.2 风压系数与建筑物局部体型系数的转换46-47
• 4.2 刚性模型测压试验结果及分析47-51
• 4.2.1 风压系数变化规律47-50
• 4.2.2 体型系数变化规律50-51
• 4.3 邻近柜体的干扰效应分析51-61
• 4.3.1 双柜体间距 233m 干扰效应分析52-55
• 4.3.2 双柜体间距 108m 干扰效应分析55-58
• 4.3.3 不同双柜体间距干扰效应对比分析58-61
• 4.4 本章小结61-63
• 第5章 煤气柜等效风荷载分析研究63-75
• 5.1 背景工程设计风压及结构阻尼63
• 5.2 结构动力特性分析63-65
• 5.3 等效风荷载及风致响应计算65-74
• 5.3.1 风荷载时程计算65-66
• 5.3.2 等效风荷载及风致响应计算66-68
• 5.3.3 风致加速度响应分析68-70
• 5.3.4 等效风荷载分析70-74
• 5.4 本章小结74-75
• 第6章 煤气柜测力试验及整体体型系数研究75-86
• 6.1 煤气柜测力试验概况75-77
• 6.1.1 测力试验模型75-76
• 6.1.2 测力系统及数据采集系统76
• 6.1.3 试验风向角及体轴坐标系76-77
• 6.1.4 试验工况77
• 6.2 煤气柜气动力系数研究77-80
• 6.2.1 气动力系数的计算77-78
• 6.2.2 气动力系数的变化规律78-80
• 6.3 周边柜体对测力结果的干扰影响80-82
• 6.4 整体风载体型系数的计算与分析82-85
• 6.4.1 整体风载体型系数的计算方法83
• 6.4.2 整体风载体型系数分析83-85
• 6.5 本章小结85-86
• 结论与展望86-89
• 参考文献89-93
• 致谢93-94
• 附录A (攻读学位期间主持和参加的科研项目)94

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