多管式烟囱钢筋混凝土外筒承载力仿真分析.pdf
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1、第 4 0卷 第 4期 2 0 1 3年 4月 建筑技术开发 Bu i l d i n g Te c h ni q ue De v e l o pme nt Vo 1 40, No 4 Ap r 2 01 3 多管式烟囱钢筋混凝土外筒承载力仿真分析 李海建 ( 中煤科 工集 团武 汉设计研 究院 , 武汉4 3 0 0 7 0 ) 摘要 主要 介 绍多 管 式烟 囱钢筋 混 凝土 外 简 和 内筒 的整 体 承 载力 仿 真 分析 。通 过利 用 大 型有 限元 计 算软 件 A B A Q U S , 以某发 电厂 的实际工程为例 , 对烟 囱外筒 和内简整体建模 , 简述 了多管式烟 囱钢
2、筋混凝土外 筒承载 力有 限元分析 的过程 , 通过分析有限元计算 的结果 , 可 以得 出控 制烟 囱钢 筋混凝 土外筒 的控制 因素 , 有 益于 多管式烟 囱钢筋混凝 土外筒 的设计 和优化 。 关键词 钢筋混凝土 ; 烟囱 ; 外筒 ; 承载力 ; 有限元 中图分类号 T U 3 7 5 文献标 志码 A 文章编 号 1 0 0 1 5 2 3 X( 2 0 1 3 ) 0 4 0 0 0 7 0 3 1概述 在 工业 建 筑 当中 , 烟 囱是 极 为常 见 的一种 特 种 建 筑结构 , 特 别 是 在 电厂 当 中 , 烟 囱 的应 用 极 为 广 泛 , 它具有 高度 大 、
3、投 资 大 的特 点 , 是 电厂 设 计 和施 工 中的一个 特 殊 的部 分 。近年 来 , 伴 随着 工 艺 要 求 的提 高及单 机容 量 的 增 大 , 环保 要 求 的不 断 提 高提 高 , 烟 囱正 不 断 的 向高 的方 向 和 多 管 、 多 筒 的方 向 发 展 。 目前 , 对多管式钢内筒烟 囱计算 主要采用分开 计 算 的方法 , 及将 钢 筋 混凝 土 外 筒 和 钢 内筒 分 开 考 虑 , 在进 行钢 筋混凝 土 的外筒 计算 时 , 一般 不考 虑 内 筒抗 弯 刚度 的影 响 , 而仅 在 抗 震 计 算 时把 内筒 当做 附加质量进行考虑 , 进行钢内筒的
4、计算时, 一般把外 筒 的位 移 附加 于 内筒 上 , 以此 来 求 出 内筒 内力 。这 种方 法具 有很 大 的近 似性 , 本 文利 用 大 型 有 限元 计 算软件 A B A Q U S对 多管式 烟 囱进 行仿 真 模 拟 , 对钢 筋 混凝 土外 筒和 钢 内筒 进 行 统 一 建模 , 对其 钢筋 混 凝土外筒承载力进行计算分析。 2工 程概 况 本 论 文 以某 发 电厂 多 管式 烟 囱为 例 , 利 用 有 限 单元 法 , 考虑 钢 内筒对外 筒 的影 响 , 对其 钢筋 混凝 土 外筒 的承 载力 进行仿 真模 拟分 析 。 某 电厂建设 两 台 6 0 0 MW
5、的超 临界燃煤 发 电机 组 , 共 同使用 一座高度为 2 4 0 m、 出 口的直径 为 8 5 m 的烟 囱, 这个烟 囱 由钢筋混凝 土外筒 和钢 内筒 共 同组 成 。该烟 囱的基础为 圆形 承 台结 构 , 直 径 为 3 5 m, 强 收稿 日期 : 2 0 1 3 0 1 1 5 作者简介 : 李海建 ( 1 9 7 5 ) , 男 , 湖北 大冶市人 , 毕业于 武汉 水利 电力 大学 , 本科学历 , 高级工程师 , 现从事建筑结构设计工作。 度 等级为 C 3 0 , 基 础 坐落 在 混凝 土 灌 注桩 上 , 桩底 嵌 入底 层基岩 当中。 烟 囱的外筒 为 C 3
6、0钢筋 混凝 土 , 高度 为 2 3 3 m, 钢筋 混凝 土外 筒顶 部外 径 为 1 1 5 m, 壁厚 3 0 0 m m, 筒底 外径 为 2 5 m, 壁 厚 为 9 0 0 m m。 在 钢 筋 混凝 土 外筒 当 中 , 有 一个 钢 内筒 , 高 度 为 2 22 4 0 m, 全 长 2 1 8 m。钢 内筒直 径 在 3 01 6 0 m 高程 处 为 1 0 m, 在 1 6 01 7 0 m处 由 1 0 m 渐变 为 8 5 m, 1 7 0 m 以上 直 径 为 8 5 m, 其 壁 厚 在 1 4 71 5 3 m 处 为 2 0 mm, 1 7 71 8 3
7、m处为 1 2 mm, 其余均为 1 0 m m, 钢内筒内 侧 出于 防 腐 的考 虑 , 另 外 设 置 1 2 m m 厚 钛 合 金 。 内径 为 6 m。在 钢 筋 混 凝 土 外 筒 和 钢 内筒 之 间 , 设 置有 8层 钢 平 台 , 平 台 标 高 分 别 为 2 5 m、 6 0 m、 9 0 m、 1 2 0 m、 1 5 0 m、 1 8 0 m、 2 1 0 m 和 2 3 0 m, 钢 内筒 在平 台各 层均设 置 有止晃 点 。 钢 内筒 主要 由 1 5 0 m和 1 8 0 m 高程 的支 承点悬 挂 于 烟 囱钢 筋 混凝 土 外 筒 上 。其 中 , 1
8、 5 0 m 处 的支 承点 约束 钢 内筒 水 平 向位 移 和竖 直 向 位 移 , 1 8 0 m 处支承点只约束钢内筒水平向位移和竖向向下的位 移 , 允许钢内筒竖 向向上的位移。 3有 限元模 型 的建立 利 用 有 限单 元 法 进 行 结 构 仿 真 计 算 和 模 拟 分 析 , 要 将 分析 的结 构物体 分 割成为 有 限个 的单 元体 , 并在 单元 体 的指定 点 设 置 一 些结 合 点 , 从 而 使 相邻 单元有 关 的参数 具 有 一定 连 续 性 , 构 成 一 个 单元 集 合体 , 以此来代替原有的结构。 在利 用 A B A Q U S进 行仿 真 模拟
9、 计算 的过程 中 , 利 用实 体单 元来 模 拟 钢筋 混 凝 土 外 筒 , 利 用壳 单 元 来 模拟 钢 内筒 , 利用 桁 架 单 元来 模 拟 钢 内筒在 各 层 钢平 台 附近 的止 晃点 。参 照多 管式 烟 囱钢 筋混 凝土 7 第4期 李海建 : 多管式烟囱钢 筋混凝 土外筒承 栽力仿真分析 第 4 O卷 外 筒和 钢 内筒 的实 际尺 寸 进行 建 模 , 整 体 计 算模 型 如 图 1 所 示 。 2 3 0 m止 晃点 2 1 0 m止晃点 1 8 0 m支承点 1 5 0 m支承点 1 2 0m止晃点 9 0n l 止晃点 6 0 m止晃点 2 5 m止晃点 整
10、体模型 钢内筒模型 图 1 整体 计算模 型 3 1材料 参数 烟 囱外 筒 材料为 C 3 0混 凝 土 , 采 用 线 弹性 本 构 模型 。止 晃 点 构 件 采 用 Q 2 3 5 B 钢 。钢 内 筒 采 用 Q 3 4 5 B钢 , 考 虑 钢 内筒 内侧 钛 合 金 的 作 用 , 不 对 钛 合金 部分 单独 建模 , 只将 钛 合 金 部分 的重 量 在 钢 内 筒 Q 3 4 5钢 重 度上 进 行 等效 。 Q 3 4 5钢 的 弹性模 量 、 泊松比、 热传导率及热膨胀系数为材料 固有值 。各 材 料参 数分 别见 表 1 。 表 1材 料 参 数 重度 弹性模 量 泊
11、松比 热传 热膨胀 项 目 5 , ( k N m ) 1 MP a 导率 系数 C 3 0 2 5 3 0 0 0 0 O 1 6 7 1 7 4 1 2 1 0- 5 混 凝 土 Q 2 3 5 7 8 5 2 l 0 o o o 0 3 5 8 2 1 2 l O一 Q 3 4 5 ( 含 8 7 9 2 21 0 0 0 0 O 3 5 8 2 1 2 1 0- 5 1 2 m Y l l 合金) Q 3 4 5 7 8 5 21 0 0 0 0 0 3 5 8 2 1 2 1 0一 ( 不 含合金 ) 3 2边 界条件 本 次计算 分 析直接 对烟 囱钢 筋混凝 土外 筒底 部 施
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