高层民用建筑分析论文提纲

论文题目：基于有限元法的高层民用建筑暖通空调管道应力分析及支撑优化研究

摘要：暖通空调通过控制建筑内各区域的空气温度和湿度,提高人们工作和生活的舒适度。而高层建筑暖通空调水循环管路系统具有管道压力等级高、管道管径大、垂直跨度大等特点,这给管道的安全性和稳定性提出了很高的要求。因此以某高层建筑的暖通空调管道系统为研究对象,对管道的应力影响规律以及管系的支撑布置优化进行研究,确保该项目中的管道安全稳定工作,对于高层建筑暖通空调管道的应力校核以及支吊架的布置优化具有重要指导意义。基于有限元方法中的梁单元模型,以某高层建筑暖通空调的服务公寓高低区管道为研究对象,对高层建筑暖通空调管道系统中的高压管道进行了建模和应力分析,研究了管道的基本参数工作温度、工作压力以及管径壁厚对管道应力的影响规律,考察了管径壁厚以及工作压力对管道的最大允许偏移的影响。探究了法兰的安装位置对管道的应力和挠度的影响规律,分析了水平弯头角度以及空间竖直弯头布置形式对管道应力的影响。根据支吊架强度刚度理论研究得到高层建筑暖通管道的支吊架布置参考间距等参数。基于管道系统的应力分析结果对管道的支撑布置中出现的问题如泵口应力过大、支吊架脱空、管道位移过大等实际工程问题进行了研究解决,并应用到实际工程之中。研究结果表明在高层建筑暖通空调管道系统中,较高的管道压力（大于2.5MPa）对于管道应力和位移的影响很大。管道的一次应力随着管道压力的增大而显著增大,高压力等级（5MPa）的管道偏移量比低压（1MPa）管道偏移量大50%。在当管道温度处于35~95℃时,空调管道操作应力随着温度的升高而增大,并且管道整体应力变化幅度很大。管道的一次应力随着管道管径的增大而大幅增大,随着管道壁厚的增大而减小,随着管径壁厚的同时增加,管道的一次应力呈下降趋势,二次应力呈上升趋势。管道的最大允许偏移随着管道长度和壁厚的增大而增大,随着管道管径的增大而减小。法兰安装位置对管道的挠度影响很大。随着法兰位置向管道端点移动,管道的整体挠度减小,水平方向角位移逐渐减小。随着水平弯头角度的增加,管道的一次应力呈线性下降趋势,二次应力也呈下降趋势。弯头的轴向应力先降低后保持稳定,弯头的弯曲应力变化趋势与二次应力相似。135°的竖直上弯头的一次应力较低,90°竖直上弯头的二次应力较低。去除在管道弯头处的支撑架可以增大管道的整体柔性以及自然补偿能力,降低设备管口的应力水平;对于偏移过大的局部管道,在合适位置布置导向支架能够有效限制管道的偏移过大,设备与管道采用硬连接技术在该项目中的应用是可行有效的。

关键词：高层建筑;暖通管道;应力分析;支撑优化;有限元法

学科专业：动力工程（专业学位）

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英文摘要

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 管道应力分析研究现状

1.2.2 研究现状小结

1.3 本文研究的主要内容

2 管道应力分析的数值模拟方法

2.1 管道应力分析的物理对象

2.1.1 温度对管道应力影响研究的物理模型

2.1.2 管径壁厚对管道应力影响研究的物理模型

2.1.3 管径壁厚及管道压强对管道最大允许偏移的影响研究的物理模型

2.1.4 法兰安装位置对管道应力影响研究的物理模型

2.1.5 水平弯头角度对管道应力影响研究的物理模型

2.1.6 空间竖直弯头对管道应力影响研究的物理模型

2.2 管道应力分析的数值方法

2.2.1 单元划分

2.2.2 管系刚度矩阵的建立

2.2.3 管系质量矩阵的建立

2.3 工况选取及数据处理方法

2.3.1 管道参数与载荷工况选取

2.3.2 数据处理方法

2.4 本章小结

3 高层建筑暖通空调管道基本参数对管道应力影响研究

3.1 管道工作温度对管道应力影响

3.1.1 低温区温度对管道应力影响

3.1.2 常温区温度对管道应力影响

3.1.3 中温区温度对管道应力影响

3.1.4 高温区温度对管道应力影响

3.2 管道管径壁厚对管道应力的影响

3.2.1 管径对管道应力的影响

3.2.2 管道壁厚对管道应力的影响

3.2.3 管径壁厚对管道应力的综合影响

3.3 管道长度、管径壁厚及管道压强对管道最大允许偏移的影响

3.3.1 管道长度对管道最大允许偏移的影响

3.3.2 管道管径壁厚对管道最大允许偏移的影响

3.3.3 管道压力对管道最大允许偏移的影响

3.4 本章小结

4 高层建筑暖通空调管道结构参数对管道应力影响研究

4.1 法兰安装位置对管道应力的影响

4.1.1 法兰安装位置对管道一次应力影响

4.1.2 法兰安装位置对管道挠度影响

4.1.3 法兰安装位置对Z向角位移挠度影响

4.2 管道水平弯头角度对管道应力的影响

4.2.1 水平弯头角度对弯头综合应力影响

4.2.2 水平弯头角度对弯头轴向应力影响

4.2.3 水平弯头角度对弯头弯曲应力影响

4.3 管道空间竖直弯头对管道应力的影响

4.3.1 空间竖直弯头的综合应力分布分析

4.3.2 空间竖直弯头角度对管道应力影响

4.3.3 温度对不同角度空间弯头的二次应力影响

4.4 本章小结

5 基于应力分析的高层建筑暖通空调管道支撑布置优化研究

5.1 高层建筑暖通空调管道支吊架布置参数研究

5.1.1 管道支吊架布置参数研究的管道参数选取

5.1.2 管道支吊架布置参数的分析研究依据

5.1.3 管道支吊架布置参数研究结果

5.2 基于应力分析的高层建筑暖通空调管道布置优化研究

5.2.1 管道硬连接泵口应力校核及支撑优化方案

5.2.2 节点支吊架脱空修正

5.2.3 管道直管段位移过大解决方案

5.3 基于整体管系应力分析的高层建筑暖通空调管道硬连接技术应用

5.3.1 管道硬连接技术的实际工程应用

5.3.2 服务公寓高低区空调管道硬连接系统的整体应力分析及校核

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 工作展望

参考文献

C.学位论文数据集

致谢