應(yīng)用相對剛度相似法優(yōu)化大型塔內(nèi)桁架梁結(jié)構(gòu).pdf

1、桁架梁是橋梁、建筑中廣泛應(yīng)用的一種結(jié)構(gòu),隨著石油化工行業(yè)中塔的大型化發(fā)展,桁架梁以其優(yōu)良的抗彎性能和較強(qiáng)的變形協(xié)調(diào)能力作為大型塔內(nèi)件支撐結(jié)構(gòu)被引進(jìn)這一行業(yè)。但是桁架梁的基本尺寸都是靠經(jīng)驗(yàn)給出,有時(shí)會出現(xiàn)應(yīng)力分布不合理的現(xiàn)象。此外,支撐結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性又直接影響著填料床層和液體分布器中液體的均勻分布性。因此,優(yōu)化桁架梁的結(jié)構(gòu),改善其應(yīng)力分布規(guī)律,提高其抗彎剛度,實(shí)現(xiàn)其具體力學(xué)行為的可描述性已成為亟待研究的課題。本論文利用ANSYS有限元優(yōu)化

2、模塊,從截面組合形式、桁架梁高度以及腹桿對數(shù)三方面對跨度為11000mm的桁架梁進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)及局部補(bǔ)強(qiáng);而有限元模擬結(jié)果不能詳細(xì)描述桁架梁在塔中的具體力學(xué)行為,本文針對桁架梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),在剛度相似法的基礎(chǔ)上,借鑒橋梁和建筑行業(yè)的相似結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念,提出“相對剛度相似”模型試驗(yàn)法,對改進(jìn)桁架梁進(jìn)行了縮小模型試驗(yàn),探索了桁架梁在大型塔中理論分析加異材縮微實(shí)驗(yàn)用于確定最優(yōu)桁架結(jié)構(gòu)的方法,得到了沿跨度方向的應(yīng)變、應(yīng)力分布規(guī)律,失效力學(xué)機(jī)制并明確

3、了缺陷對桁架梁力學(xué)性能的影響。
　　由于桁架梁是薄壁結(jié)構(gòu),且焊接點(diǎn)較多。因此,試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒捎弥谱鞣奖恪r(jià)格低廉的有機(jī)玻璃作為其材料,能夠有效降低由于縮小尺寸焊接對試驗(yàn)結(jié)果造成的影響,然后按照“相對剛度”相似原理制作了有機(jī)玻璃試驗(yàn)?zāi)Ｐ?。通過對模型施加逐級增加的均布載荷,得出桁架梁在塔內(nèi)的沿跨度方向應(yīng)變分布均勻,但跨中和四分之一段對載荷的變化較敏感,且四分之一段焊接處首先局部斷裂破壞。比較各測點(diǎn)的試驗(yàn)應(yīng)變值與模擬值發(fā)現(xiàn),兩者吻合性較好,

4、驗(yàn)證了有限元模型的正確性。同時(shí)考慮到桁架梁腹桿與連接板處易產(chǎn)生縫隙、氣泡等缺陷,本文還對四種缺陷下的桁架梁進(jìn)行了研究,得出敏感區(qū)域的缺陷對桁架梁的力學(xué)性能影響較大,而不敏感區(qū)域的缺陷則影響不大,并且強(qiáng)調(diào)桁架梁的四分之一段的焊接點(diǎn)需加強(qiáng)檢測和提高焊接工藝。
　　為進(jìn)一步驗(yàn)證“相對剛度相似法”的可行性,本文采用此方法對大型填料塔中由格柵、主桁架梁、輔桁架梁組成的桁架梁體系進(jìn)行了縮小模型試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果與ANSYS數(shù)值模擬結(jié)果吻合性較