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变壁厚钢储罐在实测不均匀沉降下的结构性能

作　者: 范博
导　师: 赵阳
学　校: 浙江大学
专　业: 结构工程
关键词: 变壁厚钢储罐 实测沉降 不均匀沉降 有限元分析 傅立叶分解 稳定性 初始几何缺陷 轴向压力 焊缝凹陷
分类号: TU33
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


圆柱形钢储罐通常由底板、圆柱壳、固定或浮动顶盖组成,广泛应用于固体和液体的存储。实际工程中的许多储罐往往是变壁厚的,即壁厚沿储罐高度自下而上递减。建造在软土地基上的大型钢储罐经常会产生各种沉降变形,其中罐周不均匀沉降对结构的影响最为不利,是导致实际储罐工程事故的主要原因。以往对变壁厚钢储罐在不均匀沉降下受力性能的研究大多基于谐波沉降,通过谐波沉降解的叠加得到实际沉降下的结果,但简单的叠加对于高度非线性的薄壁壳体结构并不合适。因此研究变壁厚储罐在实际不均匀沉降下的非线性响应十分必要。本文以8个储罐沉降变形的实测数据为依据,将实际沉降分为整体不均匀沉降和局部不均匀沉降两类。通过非线性有限元分析,系统考察了变壁厚浮顶罐和变壁厚固顶罐在两类不均匀沉降下的稳定性能,分析了各种条件下储罐的屈曲模态,给出相应的设计控制条件。研究还表明,变壁厚钢储罐过大的径向变形主要集中在罐壁上部区域,与等壁厚钢储罐相比,不均匀沉降对变壁厚钢储罐更为不利。本文还考察了周向轴对称分布的焊缝凹陷对实测不均匀沉降下变壁厚钢储罐受力性能的影响,考虑了单条和多条轴对称焊缝两种情况。研究表明焊缝凹陷的影响可以近似为环梁的作用,并没有降低结构的极限沉降值。与等壁厚钢储罐相比,由于焊缝凹陷阻止了不均匀沉降往上传递,最大应力主要集中在壁厚最大的罐壁底部,在一定程度上克服了由于壁厚变化对结构的不利影响。变壁厚储罐在不均匀沉降作用下会产生变形,本文引入此变形作为初始几何缺陷,进一步分析轴压作用下浮顶罐和固顶罐的受力性能。研究表明,浮顶罐对这类沉降变形缺陷十分敏感,固顶罐对这类缺陷则并不十分敏感。

全文目录


致谢  5-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
目次  9-11
第一章 绪论  11-24
  1.1 钢储罐的结构形式  11-14
    1.1.1 概述  11-12
    1.1.2 固定顶盖  12-13
    1.1.3 浮动顶盖  13
    1.1.4 变壁厚钢储罐  13-14
    1.1.5 底板的结构形式  14
  1.2 薄壳理论基本方程  14-17
  1.3 大型钢储罐的沉降类型  17-21
    1.3.1 不均匀沉降的组成及其特点  17-19
    1.3.2 不均匀沉降对储罐结构的影响  19-21
  1.4 不均匀沉降下大型钢储罐的研究现状  21-23
  1.5 本文的主要工作  23-24
第二章 钢储罐在实测不均匀沉降下的非线性分析  24-40
  2.1 概述  24-25
  2.2 浮顶罐结构的分析  25-32
    2.2.1 分析模型  25-26
    2.2.2 整体不均匀沉降下的非线性分析  26-29
    2.2.3 局部不均匀沉降下的非线性分析  29-32
  2.3 固顶罐结构的分析  32-39
    2.3.1 分析模型  32-33
    2.3.2 固顶罐分析的沉降特点  33-34
    2.3.3 整体不均匀沉降下的非线性分析  34-37
    2.3.4 局部不均匀沉降下的非线性分析  37-39
  2.4 本章小结  39-40
第三章 焊缝凹陷对实测沉降下变壁厚钢储罐的影响  40-59
  3.1 概述  40
  3.2 焊缝凹陷对整体不均匀沉降下变壁厚浮顶罐的影响  40-45
    3.2.1 单条焊缝凹陷的情况  41-42
    3.2.2 多条焊缝凹陷的情况  42-44
    3.2.3 讨论  44-45
  3.3 焊缝凹陷对整体不均匀沉降下变壁厚固顶罐的影响  45-51
    3.3.1 单条焊缝凹陷的情况  45-47
    3.3.2 多条焊缝凹陷的情况  47-49
    3.3.3 讨论  49-51
  3.4 焊缝凹陷对局部不均匀沉降下变壁厚浮顶罐的影响  51-55
    3.4.1 单条焊缝凹陷的情况  51-52
    3.4.2 多条焊缝凹陷的情况  52-53
    3.4.3 讨论  53-55
  3.5 焊缝凹陷对局部不均匀沉降下变壁厚固顶罐的影响  55-57
    3.5.1 单条焊缝凹陷的情况  55-56
    3.5.2 多条焊缝凹陷的情况  56
    3.5.3 讨论  56-57
  3.6 本章小结  57-59
第四章 实测沉降对轴压作用下变壁厚钢储罐的影响  59-69
  4.1 概述  59
  4.2 浮顶罐结构的分析  59-64
    4.2.1 整体不均匀沉降的影响  59-62
    4.2.2 局部不均匀沉降的影响  62-64
  4.3 固顶罐结构的分析  64-67
    4.3.1 整体不均匀沉降的影响  64-66
    4.3.2 局部不均匀沉降的影响  66-67
  4.4 本章小结  67-69
第五章 结论和展望  69-72
  5.1 结论  69-70
  5.2 展望  70-72
参考文献  72-75
作者简历  75

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 薄壳结构
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