双曲冷却塔子午线型对结构受力性能的影响

为优化双曲冷却塔的子午线型, 根据线型斜率对多座冷却塔的受力状态进行了对比分析, 探讨了子午线型对自重和风荷载效应的影响机理, 并据此对渡桥电厂实际圆锥线型的不合理性进行了解释。子午线型对冷却塔受力性能的影响主要集中在三个方面:局部线型的缺陷、直线段的存在以及整体线型的差异。局部线型的缺陷包括线型斜率的波动或跳跃, 会使局部内力恶化, 但通过线型略微调整即可消除。直线段的存在将使风荷载作用下子午向轴力在线型转变位置发生跳跃后再沿直线持续向下积聚, 此影响与直线段的长度以及斜率有关, 并非总是不利的, 适当的直线段甚至会产生优于双曲线的受力性能。另外, 风荷载作用下直线段内的环向轴力幅值会有所增加, 故需要对局部稳定BSS检算格外注意。     

超大型冷却塔风致倒塌全过程数值仿真与受力性能分析

历史上强风作用下大型冷却塔风毁事件多次发生,现有研究关注的重点大多为风致塔筒局部强度超限或失稳破坏,均忽略了由局部损坏引发的整体连续倒塌破坏的后续现象,且难以揭示大型冷却塔风致倒塌过程及作用机制。鉴于此,基于计算流体动力学(CFD)与显式动力分析算法(LS-DYNA)技术提出了大型冷却塔风致倒塌全过程数值仿真模拟方法,并以山西潞安电厂世界最高220 m超大型冷却塔为例,建立了考虑材料非线性塔筒-支柱三维有限元模型,并分析了结构动力特性;基于显示动力时程分析方法,加载基于CFD获得的塔筒三维平均风压进行拟动力分析,数值再现了超大型冷却塔风致倒塌全过程;研究了塔筒应力分布变化规律与倒塌全过程的扭曲变形姿态等特征,提炼出冷却塔风致倒塌的受力特点与作用机制,并讨论了单元失效参数的影响。结果验证了该文数值方法可以有效模拟超大型冷却塔风致倒塌全过程;其倒塌过程始于塔筒喉部迎风面大变形,并在两侧30°范围内呈现褶皱现象,最终因变形不协调而相互牵扯垮塌。研究表明,强风致超大型冷却塔倒塌受力机制可划分为弯拱机制与悬绞线机制,材料模型的单元失效参数对于超大型冷却塔风致倒塌的影响不可忽略。     

略阳电厂84.8m双曲线冷却塔定向爆破拆除

针对略阳电厂双曲线冷却塔高、大、壁薄的结构特点以及爆破周围环境安全要求,通过选定合适的切口形式、切口大小、切口角度以及选择合理的爆破孔网参数,对冷却塔实施了定向爆破.冷却塔起爆后在空中经过短暂的扭曲变形,最后按预计方向倒塌在安全范围内,破碎效果良好,爆堆高度只有4-5 m,达到了预期的爆破效果.爆破实践表明,高大、薄壁双曲线型冷却塔在定向爆破过程中要发生扭曲变形,扭曲是否顺利,直接影响到冷却塔的倒塌方向和破碎效果,值得在类似工程爆破中引起注意.     

下击暴流作用下超大型冷却塔风场驱动机理与风荷载极值模型EI北大核心CSCD

风荷载是超大型冷却塔结构设计的控制荷载,现行规范风压分布模型均针对良态风气候,缺乏下击暴流等特异风作用下的风场作用机理与风荷载分布模型。首先,采用冲击射流模型和大涡模拟(large eddy simulation,LES)技术模拟下击暴流三维非定常风场,分析了涡环运动、风速变化等风场特性;然后,以内蒙金山电厂228m世界最高冷却塔为例,揭示了处于风场不同径向位置处超大型冷却塔流场特性、风压系数瞬态分布,以及升/阻力系数分布特征;最后,与规范良态风作用下的考虑极值风效应的包络风压进行对比分析。研究表明:下击暴流发生过程中会产生一系列径向移动、反向旋转的气流涡环,各径向位置处风速随之呈现波动变化趋势;涡环撞击塔筒在迎风区外表面和背风区内表面形成高压区,在塔筒内部和背风面尾流区形成漩涡;塔筒内、外表面时程风压系数脉动趋势明显,底部区域受涡环影响震荡显著;冷却塔升力系数基本为0,层平均阻力系数自塔顶沿塔高方向逐渐增大,在塔底达到最大值;涡环对冷却塔的冲击作用极有可能引起瞬时极值风荷载超出规范良态风限值,进而易引起结构的破坏。     

大型冷却塔倒塌致地面振动影响因素

内陆核电厂中大型冷却塔倒塌可引起地面振动和碎片冲击,危害核设施的安全运行。进行冷却塔倒塌致地面振动及影响因素分析。首先,建立经验证的"冷却塔-土体"数值模型预测地面振动。其次,研究影响地面振动的关键因素,包括塔型、不同偶然荷载引起的倒塌形态、以及场地土性质。结果表明,场地土的软硬是影响振动的最关键因素,倒塌形态和塔型影响次之。最后,基于分析结果给出考虑倒塌致次生灾害的内陆核电厂规划建议,包括冷却塔和核岛的间距确定方法、冷却塔倒塌模式控制、以及土层减振措施。     

不同四塔组合形式对特大型冷却塔局部非高斯风压分布影响研究

非高斯脉动风压是引起冷却塔局部风荷载过大的重要因素之一,群塔干扰会显著改变冷却塔表面风压非高斯分布模式。四塔组合是火/核电厂冷却塔群最常见的组合形式之一,以在建世界最高冷却塔（220 m）为研究对象,针对工程中最典型的串列、矩形、菱形、L形和斜L形五种四塔方案进行刚体测压风洞试验。在此基础上,系统研究不同四塔组合形式冷却塔风压信号的幅域和时域特性,并针对考虑四塔干扰效应的冷却塔二维和三维峰值因子取值问题进行对比探讨,分析不同四塔组合方案对冷却塔风压非高斯特性的影响规律。研究表明,串列、矩形、菱形、L形和斜L形方案分别较单塔工况非高斯区域增加了11%、63%、56%、89%和30%,采用基于高斯分布假定的峰值因子法进行冷却塔群极值风压计算将引起较大的误差。串列和斜L形四塔方案峰值因子分布受塔群干扰影响较小,而矩形、菱形和L形方案峰值因子较单塔明显增大,部分区域峰值因子达到6.5以上。该文研究从机理上分析四塔组合冷却塔群局部风压过大的形成原因,也为进一步探讨不同四塔组合冷却塔群表面极值风压奠定了基础。     

爆破拆除双曲线冷却塔倒塌过程动态仿真

双曲线冷却塔底部坐地面积大、重心低、结构稳定,爆破拆除具有一定的难度。本文利用动力分析有限元程序LS-DYNA,对爆破拆除双曲线冷却塔的倒塌过程进行了动态仿真。模拟计算的结果与真实倒塌过程非常接近,说明通过适当的选取计算参数和计算模型,可以对这种复杂结构的破坏倒塌过程进行模拟和分析,指导爆破方案设计及技术完善。     

爆破拆除双曲线冷却塔倒塌过程动态仿真

双曲线冷却塔底部坐地面积大、重心低、结构稳定,爆破拆除具有一定的难度。本文利用动力分析有限元程序LS-DYNA,对爆破拆除双曲线冷却塔的倒塌过程进行了动态仿真。模拟计算的结果与真实倒塌过程非常接近,说明通过适当的选取计算参数和计算模型,可以对这种复杂结构的破坏倒塌过程进行模拟和分析,指导爆破方案设计及技术完善。     

下击暴流作用下超大型冷却塔倒塌机制与失效准则研究

为研究下击暴流特异风作用下超大型冷却塔响应特征与倒塌机制,以中国西北地区某在建228 m世界最高冷却塔为对象,采用分层壳单元法建立结构多尺度有限元模型,基于LES方法获得超大型冷却塔在下击暴流作用下三种典型工况处的内外面脉动风压,再结合增量动力分析法分析超大型冷却塔风致倒塌全过程变化规律,提炼超大型冷却塔在下击暴流作用下的倒塌机制,最后构建下击暴流风驱下超大型冷却塔倒塌失效准则。研究表明：下击暴流下塔筒表面风压分布模式与良态风差异显著,超大型冷却塔倒塌机制随下击暴流中心距离增大由内凹机制转换为外掀机制,且当能量失效指标K≥2时,超大型冷却塔倒塌破坏。     

预拆除对薄壁双曲型冷却塔爆破拆除的影响

针对贵阳发电厂内冷却塔是由钢筋混凝土构成的薄壁双曲型圆筒,具有底部直径大,垂直高度高,塔壁外部没有施工条件且周边环境较为复杂的特点,采用预拆除技术,以确保冷却塔爆破拆除顺利实施并取得良好的效果。预拆除技术主要由3个部分组成:冷却塔内部支撑、倒塌方向薄壁的减荷槽以及倒塌反向的泄压窗。通过理论计算设计出正梯形爆破切口的参数,在人字形柱上同时采用开设减荷槽(13个)的方法,来保证冷却塔筒壁在倒塌过程中的屈服破碎效果,为了进一步减小爆炸冲击波对冷却塔筒壁的破坏作用,在倒塌方向的反方向开出一个2m×4m的矩形泄压窗。根据现场实验结果和冷却塔整体爆破效果,预拆除技术对薄壁双曲型冷却塔爆破起到了良好的作用,达到了冷却塔整体失稳倒塌,精确定向以及整体不下坐的效果。     

基于配筋率包络指标的冷却塔群塔风致干扰准则

风荷载条件冷却塔群塔干扰效应为结构设计关键控制因素。为考虑群塔条件绕流形态改变引起的复杂三维风压分布形式及数值大小变化对结构内力及配筋的影响,现行国内外水工行业规范采用单一的群塔比例系数放大无干扰圆柱扰流简化的二维风压分布。为评价其精度、合理性和经济性,该项研究以某超大型冷却塔六塔典型布置为例,基于风洞试验、结构有限元分析和结构设计配筋方案,选择干扰效应表现明显的代表性受扰塔作为研究对象,分析了塔筒不同高度处的平均风压分布规律并与单塔结果作对比;计算了其在16个风向角20种设计荷载组合下的塔筒子午向外侧、子午向内侧、环向外侧、环向内侧理论配筋量并将其包络线与单塔结果作对比,提出基于配筋包络的沿塔筒高度变化的分项群塔比例系数用于工程实践。研究表明:基于水工荷载规范建议的单一群塔系数难于涵盖干扰效应导致的复杂三维风压分布变化,推荐沿塔高变化的分项比例系数可以兼顾结构设计过程的便捷、经济和合理性。     

冷却塔拆除爆破切口参数研究

采用控制爆破技术拆除高大薄壁筒式结构时,爆破切口的形状和大小是决定筒体结构能否按设计顺利倒塌、不发生后坐或偏移现象、保证拆除质量和爆破安全的核心与关键。本文以薄壁双曲线冷却塔拆除爆破为例,通过对切口长度、高度等参数进行理论分析,合理选取切口大小,成功地拆除了两座钢筋混凝土冷却塔,为工程实践提供了理论依据和经验参考。     

双曲冷却塔等效静力风荷载中国规范适应性研究

中国规范关于大型双曲冷却塔等效静力风荷载的条文仅适用于高度小于165m的冷却塔,在缺少系统研究的情况下,可借鉴国外规范的相关条文。首先,本文以单塔为例对德国规范等效静力风荷载计算公式进行适当变换,得到了与中国规范完全一致的表达形式,且公式中只有风振系数和平均风压分布系数取值有差异,对两国规范中上述二参数的取值进行了比较;然后,采用有限元计算方法,对3座不同高度的冷却塔在中、德规范等效静风荷载作用下的内力及变形分布进行计算分析,结果表明,即使对200m高的冷却塔,中国规范关于等效静力风荷载的条文规定也是适应的。     

双曲壳结构非均匀风压作用局部稳定验算

风荷载条件大型双曲旋转壳体结构局部稳定性为结构设计关键控制因素。为考虑双曲旋转壳体结构在风载荷作用下的局部稳定性问题,现行国内外水工规范多采用20世纪70年代提出的基于环向均匀荷载加载试验方案的Mungan局部稳定验算公式（亦称为Buckling Stress State（BSS）方法）。首先,以Mungan提出的静水压力试验为基础,基于结构有限元分析算法,构建了早期壳体物理试验模型的有限元模型,分析了双曲旋转壳体在环向均布平均风压作用下的稳定性与试验结果的差异,验证了早期试验在特定条件下的正确性。为进一步评价该算法应用于以超大型冷却塔为代表的壳体结构设计的适用性和合理性,计算了水工规范（GB/T 50102-2003）中21种线型的双曲旋转壳体在环向非均布风压作用下的极限荷载,探讨了Mungan局部稳定验算公式有待改进的方向,提出了适用于非均布荷载作用下环向应力临界荷载计算公式,拟合得到改进的局部稳定验算公式。研究表明:水工规范建议的双曲旋转壳体结构局部稳定验算公式难于描述壳体实际情况下的非均布风压变化受力特征,推荐适用于非均匀风压分布变化的更新局部稳定验算公式,可以兼顾结构设计过程的便捷性与合理性。     

考虑材料非线性的RC双曲冷却塔风致破坏过程

为明确RC双曲冷却塔的极限静风荷载及其风致破坏过程,以一座大型冷却塔为例,采用ABAQUS中分层壳单元模拟塔筒的混凝土和双向钢筋网,在线性计算和非线性计算验证的基础上,采用弥撒开裂模型和双线性模型模拟混凝土和钢筋的非线性受力特征,分析了自重+风荷载(工况Ⅰ)和自重+冬温+风荷载(工况Ⅱ)两种工况下的静风破坏过程,并结合荷载位移曲线、内力、应变和应力的发展和分布探究了其破坏机理。结果表明:对于工况Ⅰ,风荷载系数为λ=1.384时,首先在迎风子午线相对高度h_s/H_s=0.37位置因子午向受拉出现环向裂缝且为贯通裂缝,之后整个迎风区的环向裂缝不断增加并沿环向扩展,迎风区内表面和侧风区外表面也因环向弯矩而出现子午向裂缝,开裂位置的钢筋应力迅速增加,荷载-位移曲线也由线性进入非线性并且迎风区和侧风区位移迅速增加,迎风区和侧风区内力也表现出明显的重分布特征,最后因混凝土持续开裂和喉部区域双向钢筋屈服而破坏,极限风荷载系数为λ=2.007;对于工况Ⅱ,温度效应的计入使λ=1.0时即在侧风区上部首先出现子午向裂缝,子午向裂缝开展也较工况Ⅰ略严重,但因温度的弯矩效应有限,其荷载位移曲线和工况Ⅰ基本一致,且仍以迎风区环向开裂最为显著,结构破坏依然由风荷载控制,最终的极限荷载荷载系数为λ=1.842。     

基于风洞试验的双曲冷却塔静风整体稳定研究

针对双曲壳体冷却塔的静风整体稳定进行研究,介绍了现行规范条款的试验背景,探讨了其试验方法和结果,并对试验结果和计算结果进行比较分析。以现阶段代表性大型双曲壳体冷却塔为例,在动力特性分析的基础上,研究了其分支点和极值点整体失稳特征和内压取值及加劲环设置对整体稳定性的影响。研究发现:冷却塔塔筒的振型可以看作是上下弹性支撑水平圆环结构和左右弹性支撑子午向悬臂结构振型的耦合;其风压作用下的几何非线性特征并不明显,结构的失稳是突然发生的,极值点失稳形态既表现出静力计算的变形特征,又带有分支点屈曲模态的倾斜谐波;冷却塔整体稳定性随内压取值的增加而显著下降,而增设加劲环能够增加和协调塔筒刚度分布从而提高结构的稳定性,并且加劲环设置在失稳形态变形最大的位置效果最为显著。     

大型冷却塔群塔组合（六塔双列）风致干扰准则综合评价

为量化风荷载条件冷却塔群塔干扰效应,形成了众多干扰效应定义准则,派生出数值结果差异性较大的荷载比例放大因子--群塔比例系数,认识和评判准则存在明显的差异。为了系统地研究冷却塔复杂群塔条件荷载干扰效应,本项研究以某超大型冷却塔为例,基于风洞试验、结构有限元分析和结构设计配筋方案,系统分析了六塔典型布置条件的群塔干扰效应,详细比较了不同塔矩条件矩阵、菱形布置方案的基于荷载、受力和设计配筋3个比较准则层面的群塔干扰效应。试验和分析过程涉及15个冷却塔表面同步测压试验工况（计240个来流角度）、20组三维荷载组合条件静动力分析和配筋计算,共计比较了25种群塔比例系数定义准则和数值结果。研究表明:群塔系数波动性在荷载层面最大,内力层面居中,配筋层面最小,不同准则条件群塔干扰系数的离散度最大可以达到49%;最不利风向角和群塔干扰效应大小均与群塔布置形式明显相关,受扰塔在矩形塔位组合的迎风向位置和菱形塔位组合的背风向位置更加不利,六塔组合条件冷却塔承受气动力荷载在菱形布置相比矩形布置更加不利。     

大型冷却塔风荷载的数值模拟研究

针对单体和双塔情况下冷却塔的风荷载进行CFD数值模拟计算,获得冷却塔表面的压力系数。单个冷却塔CFD模拟的结果与规范数据比较接近,说明CFD方法的准确性,同时也发现一些偏差,并对偏差产生的原因进行分析。研究了因雷诺数不同而导致的单塔缩尺效应,发现实尺和缩尺模型的计算结果在最大正压和平台区有差别。分析双塔之间的干扰作用,针对不同风向角可分为尾流直接作用、尾流和临近干扰共同作用、临近干扰作用三个区域。