【摘要】：作為一種新穎的典型風敏感結(jié)構(gòu),直筒-錐段型鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔的動力特性和風致受力性能亟待研究。以國內(nèi)擬建的某超大型鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔(189 m)為例,基于有限元方法分別建立主筒、主筒+加強桁架、主筒+加強桁架+附屬桁架(鉸接)、主筒+加強桁架+附屬桁架(固接)四種鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔模型,并對比分析其動力特性及傳力路徑;然后基于計算流體動力學(CFD)技術進行直筒-錐段型冷卻塔表面平均風荷載數(shù)值模擬,有分別加載規(guī)范和數(shù)值模擬風壓對四種模型進行風致響應分析,對比研究增設加強桁架、附屬桁架及與主筒和地面不同連接方式對直筒-錐段型鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔動力特性和靜風響應的影響。主要研究結(jié)論可為我國此類超大型鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔的結(jié)構(gòu)選型和抗風設計提供依據(jù)。
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圖片說明： 附屬桁架及與地面不同連接方式對直筒－錐段型鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔動力特性和靜風響應的影響，主要結(jié)論可為此類超大型鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔的抗風設計提供參考依據(jù)。1動力特性分析1．1工程簡介及有限元建模該大型鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔整體塔高189m，由主筒、加強桁架和附屬桁架組成，主要構(gòu)件信息如表1所示。為便于表達，將主筒、主筒+加強桁架、主筒+加強桁架+附屬桁架(鉸接)、主筒+加強桁架+附屬桁架(固接)四種結(jié)構(gòu)形式對應的計算模型分別簡稱為模型一、模型二、模型三和模型四。采用大型通用軟件ANSYS進行四種模型的有限元建模，分別如圖1所示，所有桿件均采用BEAM188單元，主筒底部斜桿與地面固接，模型二中加強桁架外圍節(jié)點與主筒對應節(jié)點共用，模型三中附屬桁架上部和下部分別與主筒和地面鉸接，模型四中附屬桁架上部和下部分別與主筒和地面固接。表1大型鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔構(gòu)件信息列表Tab．1Thestructureinformationoflargecoolingtowerforsteelstructure結(jié)構(gòu)信息結(jié)構(gòu)組成主筒加強桁架附屬桁架鋼材等級Q345Q345Q235B半徑/m50．542．572．25數(shù)量18層5層30榀構(gòu)成桿件斜桿、橫桿橫桿、腹桿、支撐腹桿、斜桿、橫桿圖1鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔有限元模型示意圖Fig．1Thefiniteelementmodelofcoolingtowerforsteelstructure1．2動力特性分析考慮到表面蒙皮的重量會對后續(xù)模態(tài)和靜風響應分析造成一定影響，通過增大密度的方法考慮其附加質(zhì)量，將鋼的密度乘以1．15的系數(shù)后作為鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔的等效密度［13］。圖2和圖3分別給出了四組鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔模型基階和第50階典型振型圖。由圖可見，，模型一振型復雜且變形較大，并呈現(xiàn)出明顯的三維特征，環(huán)向和豎向諧波數(shù)隨振型階數(shù)的增大而增多;增設加強桁架使得模型環(huán)向和豎向變形約束明顯;由于附屬桁架每榀之
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圖片說明： 1Thestructureinformationoflargecoolingtowerforsteelstructure結(jié)構(gòu)信息結(jié)構(gòu)組成主筒加強桁架附屬桁架鋼材等級Q345Q345Q235B半徑/m50．542．572．25數(shù)量18層5層30榀構(gòu)成桿件斜桿、橫桿橫桿、腹桿、支撐腹桿、斜桿、橫桿圖1鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔有限元模型示意圖Fig．1Thefiniteelementmodelofcoolingtowerforsteelstructure1．2動力特性分析考慮到表面蒙皮的重量會對后續(xù)模態(tài)和靜風響應分析造成一定影響，通過增大密度的方法考慮其附加質(zhì)量，將鋼的密度乘以1．15的系數(shù)后作為鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔的等效密度［13］。圖2和圖3分別給出了四組鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔模型基階和第50階典型振型圖。由圖可見，模型一振型復雜且變形較大，并呈現(xiàn)出明顯的三維特征，環(huán)向和豎向諧波數(shù)隨振型階數(shù)的增大而增多;增設加強桁架使得模型環(huán)向和豎向變形約束明顯;由于附屬桁架每榀之間的聯(lián)系橫桿剛度較弱，使得模型三和模型四的主要變形明顯從主筒轉(zhuǎn)移到附屬桁架，其表現(xiàn)為附屬桁架的環(huán)向扭轉(zhuǎn)，且固接相對鉸接變形略校圖2四種不同模型基階振型示意圖Fig．2Thefirststepvibrationchartoffourmodels150振動與沖擊2017年第36卷
【作者單位】： 南京航空航天大學土木工程系;廣東省電力設計研究院有限公司土木工程技術部;
【基金】：國家自然科學基金(51208254) 中央高�；究蒲袠I(yè)務費專項資金資助(NS2016019) 中國博士后科學基金(2013M530255;1202006B) 江蘇省優(yōu)秀青年基金(BK20160083)
【分類號】：TU391

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本文編號：2513005