带加强环的中空筒体钢结构的整体性能分析-结构工程专业论文.docx

西安建筑科技大学硕士学位论文 空间街架结构，材料多用角钢、铜管、因钢、单管塔等，主体结构轩件一般为-力 杆，只能受拉或受压，一般构件的布置在空间内没有限制，可以在结构横截面内以 设置横隔(3)、也可以在外围采用塔架、设置拉索等方式维持在塔的斜平面外稳定性， 改善传统塔式结构的受力性能。 塔式造粒过程因工艺简单、易于操作、运行可靠、经久耐用而被广泛应用。这 种高塔造粒方活要求塔高一般为 45-125m. 直径为 9-24m. 目前建造这种高塔大多采 用钢筋混凝土结构，但由于其施工速度慢且施工麻烦 ，自重大，立面变化较少，受 季节影响大等缺点，又加上钢结构建筑的大量使用，出现的一种新型的结构形式一 中空筒体钢结构，并得到了应用。 中空筒体钢结构，这种 结构形式目前在国内外采用 的较少，由于其底部有很大 的净空要求，而不能在结构内部设置横向支撑等构造措施，这样一来结构的法向支撑 较弱，使得稳定计算成为结构设计的关键。因此在满足经济方面要求的基础上，要 使结构安全可靠 ，就要采取一定可靠的措施;又由于结构的高径比相对较大，就产 生了铜管混凝土柱高而且较柔的问题。本文拟采用在结构柱子外周设置加强环的方 法，来保证结构的整体稳定性，同时它还能为施工阶段提供了可靠的附着点 。并为 今后类似工程的设计提供一定的参考。 图 1.2 为 已建成的兴平市某厂的造粒塔 外形图，可以看出该结构设置了两道加强 环。图1.3为加强环的结构形式，由环梁和支撑组成的柿架。 飞、 图 1.2 兴平市某厂的选粒塔外形图 图 1.3 加强环的结构形式 2 西安建筑科技大学硕 上 学位论文 1.2 国内外关于加强层的研究与应用 加强环类似于箍的作用， 在国内外的一些工程以及在航天、 轮船、机械等中 已经得到广泛应用，在压力容器使用中它也被称作为加强圈，在潜艇中也称作为肋 骨，在套管式烟囱中加强环为制晃装置 。它们的材料多采用有扁钢、角钢、工字钢 等，直接和筒壁相连，可以焊接在筒壁外部或者筒的内部。利用加强圈对筒壁的支 撑作用，可以提高困筒的|临界力，从而提高其工作外压和提高结构的稳定性。其工 作重点放在加强圈的设计计算以及使用加强圈对结构稳定等影响。 本文所研究的加强环其截而采用 H 型钢组成空间珩架直接与各塔柱相连，到目 前为止，对加强环的作用以及对结构性能影响的研究的思路及机理的认识，主要从加 强层的设置中得到启示 。所以在研究加强环前，要先了解加强层的研究状况及应用。 加强层主要应用 于高层建筑中的框架一核心筒中。自 Barkacki 于 1962 年提出加 强层的概念并首次应用于实际结构中以来，各国学者和工程师在总结前人研究成果的 基础上，不断发展和完善这种结构形式。起初的研究 主要集中在对加强层的位置和刚 度的优化方面，后来开始对带加强层结构的受力性能进行研究 ，对受力性能的研究大 部分针对设置加强层结构的 工程实例开展的，对加强层的研究各有侧重点，因此本文 根据各侧重点的不同进行了分类，类比加强层的研究方法来讨论加强环对结构的具体 影响作分析与研究。 1.2.1 加强层的位置优化研究 早在 1975 年，美国学者 Taranath[巧就将复杂的带加强层框架-核心筒结构简化为 简单计算模型 ，Taranath 用这种仰臂刚度为无穷大的模型，考虑风荷载作用下加强层 的位置优化问题，并得到此时加强层位置接近结构巾部，位于离顶层 0.455 倍全高位 置的结论。此后这种简化模型被各国学者广泛接受 ，用于对带加强层框架一核心筒结 构的设计和研究。 Mcnabb 和 Muvdi(6J 证实了 T衍anath 分析设置 一道加强层的结构所得的结论，井 进一步求得带两道加强层的结构的加强层最优位置在距离结构顶部 0.312 和 0.685 倍 的全高处。 80年代初，加拿大人 B.S.Smith 教授提出了均匀加强层结构的近似分析方法(7J ， 所谓均匀加强层结构是指沿房屋高度方向构件刚度保持不变，用变形协调方法(即加 强层位置处核心筒的转角与对应的加强层相同)得出了内力、位移的解析解，通过位 移函数求导，可得出加强层的最优位置，再通过不同数量的加强层房屋顶点侧移比较， 得出加强层最佳数量。该法简单实用，概念清晰，但其缺点也是显而易见的 ，它没有 考虑楼层梁的影响以及房屋沿高度方向的刚度变化。 西安建筑科技大 西安建筑科技大 学硕士学位论文 1981 年，加拿大人 Stafford Smith[4j对这一模型进行 了修正，认为仰臂刚度是有 限的。在此基础上给出了带多道加强 层 的框架-核心筒结构内力及位移的计算公 式，用求极值法求得带多道加强层结构的加强 层最优位置 ，分析了影响带加强层框 架一核心筒结构内力和位移的 主要因素，认为加