子午向几何缺陷冷却塔的结构性能分析

钢筋混凝土双曲线冷却塔由于施工误差、混凝土长期徐变或收缩将产生不同程度的几何缺陷.为了解子午向几何缺陷对双曲线冷却塔结构性能的影响,采用有限元分析软件ANSYS对产生缺陷前、后2种模型进行各种工况下的计算对比,分析该缺陷对结构动力特性、静力特性及稳定性的影响.计算结果表明,子午向的几何缺陷提高了结构的水平抗侧刚度,提高了一阶振动频率,减小了结构在水平荷载下的变形;在风荷载或自重作用下,缺陷部位均发生应力集中现象.荷载组合后的计算结果表明,环向轴力和子午向弯矩增大,而环向弯矩和子午向轴力变化较小;缺陷对温度作用下结构的性能几乎没有影响.按规范进行的稳定分析表明,缺陷极大地降低了塔筒的局部稳定安全系数.但是特征值屈曲分析表明,在塔筒喉部半径缩小后,在水平荷载作用下的屈曲系数有所提高,而在竖向荷载下的屈曲系数有所降低,双曲线形状的改变对塔筒在不同方向荷载下的屈曲具有不同的影响效果.     

冷却塔的有限元结构分析

应用ANSYS软件对国内最高自然通风冷却塔进行有限元分析,对其在风栽、自重及温度栽荷的作用下进行了子午向内力、环向内力、子午向弯矩、环向弯矩随塔高度的变化的计算分析及线性稳定性分析.计算结果对设计与建造冷却塔具有一定的指导作用.     

冷却塔的有限元结构分析

应用ANSYS软件对国内最高自然通风冷却塔进行有限元分析,对其在风载、自重及温度载荷的作用下进行了子午向内力、环向内力、子午向弯矩、环向弯矩随塔高度的变化的计算分析及线性稳定性分析。计算结果对设计与建造冷却塔具有一定的指导作用。     

超大型冷却塔结构风振与地震作用影响比较

超大型冷却塔属于典型风及地震敏感结构,随着塔高的日益增大这两种作用成为设计的控制因素,为了研究这两种作用在不同部位的控制程度,对某超大型冷却塔进行风洞刚体测压和气弹测振试验,通过加载试验获得的塔筒表面风压分布模式和风振系数进行风载作用下结构响应计算,和冷却塔在七度地震作用下的响应进行比较.对比结果表明:环基和塔筒响应完全受风振控制,其在风载作用下的内力数值远大于地震作用下的数值,其中子午向和环向内力从塔底到塔顶逐渐变小,子午向和环向弯矩最大值均出现在塔筒的中部区域.两者对于人字柱的内力影响相差较小,和自重作用共同控制人字柱响应;采用振型分解法计算结构响应需要考虑前300阶的振型影响,而对于风振作用的频域分析只需考虑前30阶模态数即可满足.     

大型冷却塔风致响应的干扰效应

为了研究渡桥电厂冷却塔的群塔干扰效应,采用呈倒品字型布置的3个冷却塔进行简化分析.变化塔间距和风向角,进行180个工况的风洞试验.基于试验结果进行风致响应的计算和干扰效应分析,将干扰计算结果作为渡桥电厂塔群干扰的参考.研究表明:在单塔情况下,冷却塔横风向底部剪力系数的平均值几乎为零,极大值较大;冷却塔壳体在风荷载作用下拉应力主要出现在迎风面的中下部;在三塔情况下环向薄膜应力的干扰系数均小于1,子午向薄膜应力极大值的干扰系数基本上均大于1,最大值达1.57.     

基于响应目标的特大型冷却塔优选组合方案

现有冷却塔群组合形式选型主要基于荷载干扰因子来考虑,这一做法难以真实反映冷却塔群结构的受力特征.为研究基于静风响应目标的四塔组合优选方案及特大型冷却塔在不同四塔组合下的综合受力性能,本文以在建世界最高冷却塔(220 m)为工程背景,分别对串列、矩形、菱形、L形和斜L型5种典型四塔组合冷却塔群共320个工况进行了同步刚体测压风洞试验.获取了5种四塔组合形式下各工况冷却塔表面风压分布模式,并基于有限元方法建立了"塔筒-支柱-环基"一体化仿真计算模型,分别对不同组合形式、来流风向角和塔群相对位置工况进行了三维非对称风荷载作用下的特大型冷却塔静风响应分析,探讨了7种典型响应目标下四塔干扰作用对特大型冷却塔风致位移响应及内力响应影响规律.在此基础上,综合对比研究了不同静风响应指标的影响程度与分布规律.最终,基于静风响应目标综合定性地给出了四塔组合形式的优选方案,其中的串列组合布置方案抗风性能最优,菱形、斜L形、矩形和L形组合抗风性能依次递减.     

某双曲线冷却塔检测鉴定与稳定性分析

某双曲线冷却塔通风筒身外侧出现混凝土剥落和钢筋锈胀等现象,现对其结构外观损伤、混凝土强度等进行检测鉴定,采用有限元ABAQUS分析该双曲线冷却塔在风荷载、温度荷载、自重荷载作用下的内力分布规律。利用特征值屈曲分析原理对冷却塔进行整体稳定性能分析,分析结果表明:该冷却塔的稳定性能满足现行规范,环向裂缝除标高10m外均满足短期裂缝宽度限值。该分析结果为今后冷却塔的设计及加固提供参考依据。     

基于风-雨双向耦合的大型冷却塔结构响应

暴风雨天气下,降雨会直接改变结构表面气动载荷并进一步影响风的湍流作用,然而现行冷却塔结构抗风设计均忽略了降雨带来的附加效应.为探究风-雨作用对冷却塔结构受力性能的影响,以中国西北地区已建成的210 m世界最高冷却塔为例,基于风-雨双向耦合算法,首先采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)技术进行3种典型风速下冷却塔结构周边风场模拟,然后添加离散相模型(discrete phase model,DPM)开展9种不同风速-雨强组合的风雨耦合同步迭代计算.在此基础上,对比研究不同风速-雨强组合对塔筒表面雨滴运行轨迹以及雨量的影响规律,然后提出大型冷却塔风雨耦合等效压力系数的拟合公式.最后,结合有限元方法建立不同工况的大型冷却塔等效荷载耦合模型,对比研究不同风速-雨强组合下大型冷却塔塔筒、支柱和环基的结构响应.研究可为此类大型冷却塔在极端气候和复杂工况下的荷载预测提供参考.     

大型冷却塔风洞试验研究与结构分析

为研究大型冷却塔群在风荷载作用下的受力,以印度某大型冷却塔(塔群)为工程背景,介绍了大型冷却塔(塔群)风洞试验研究和风荷载作用下的结构分析,主要包括:冷却塔单塔雷诺数效应模拟;冷却塔(塔群)1∶[KG-*2]500刚体模型高频天平测力风洞试验;冷却塔(塔群)1∶[KG-*2]200刚体模型测压风洞试验;冷却塔桩基、人字柱、塔筒内力分析;塔筒整体、局部和施工阶段稳定性分析．通过上述风洞试验和结构分析得到了一些有益结论,为类似工程设计提供借鉴．     

双曲冷却塔在自重及集中荷载作用下的内力分析

本文对具有离散支撑的双曲冷却塔在自重及集中荷载作用下的内力、位移作了分析计算,采用半解析有限元法,子午向用Ｈｅｒｍｉｔｅ插值,环向用三角级数展开。集中力用δ函数表示。对于冷却塔边界离散支承,利用等效作用的原则,用方波函数进行二次计算。本文的计算结果对施工中出现的集中力问题,有一定的指导意义。     

平均风速对海上风力机塔架动力响应的影响

以海上风力机塔架为研究对象,给出了考虑几何非线性的塔架结构控制方程,采用SolidWorks软件完成了塔架三维建模,基于ANSYS软件进行了有限元网格的无关性验证。计算并分析了不同平均风速下塔架的位移和Mises应力响应,揭示了塔架最大位移和最大Mises应力随平均风速变化的规律。这可为风机塔架的运行安全和可靠性设计提供指导。     

500kV输电塔承载能力分析及优化设计

研究覆冰情况下输电塔的承载力和合理构造,具有重要的工程和社会意义.本文以500 kV酒杯型输电塔为例,建立有限元分析模型,考虑输电塔结构的几何非线性和材料非线性,计算在自重、覆冰和风荷载及正常与断线导线张力作用下,输电塔结构的承载力.通过比较18种荷载组合下输电塔杆件应力和位移,确定出输电塔结构的薄弱部位,并对其进行优化设计,在横担和塔身处添加斜杆和水平支撑,并调整塔颈形状,验算结果表明,优化设计后的塔型,其整体刚度和承载力均有大幅度提高.     

双曲冷却塔的脉动风荷载模拟和风致响应

采用线性滤波法中的自回归模型(AR)法对冷却塔表面空间相关的多点脉动风压时程进行模拟,分析脉动风压在时域和频域上的分布特征,发现准定常假设不够准确.同时采用有限元方法对冷却塔的自振频率分布和模态特征进行讨论,发现冷却塔的自振频率较为密集,前40阶自振频率为1.0～2.2Hz.通过冷却塔在脉动风压作用下的瞬态响应分析,得到冷却塔各响应的时域和频域特征,描述响应中的背景分量和共振分量的分布特点,并探讨AR法中采样间隔的合理取值.通过对有限元瞬态分析的结果分析指出,风致位移响应在塔身颈部附近达到最大,Mises应力响应则在塔底附近达到最大值.     

风载对某传输塔影响的研究

首先通过MARC软件建立传输塔模型,并对其进行模态分析,求出结构的基本自振周期;然后,利用MARC软件求出传输塔在只承受自重和电缆载荷情况下的应力和位移,并找出危险点;最后,将传输塔分层,根据风载荷的计算机理和有限元理论,用MARC软件对传输塔在各级风载荷作用下的情况进行静力分析。根据应力、变形情况观察危险点,并将在各级风载作用下的结果与无风载荷时进行比较,得出结论。     

大型冷却塔风致响应极值现场实测和有限元对比

通过现场实测数据分析发现冷却塔局部加速度响应呈现显著的非高斯分布,而基于高斯假定的风致响应极值估算方法已不能完全适用.为研究考虑非高斯特性的风致响应极值分布,以西北地区某179 m高大型冷却塔为研究对象,通过现场实测获取环境激励下塔筒典型部位的加速度振动信号,首先结合随机减量法和自然激励技术对信号进行预处理,再采用ARMA、ITD和STD三种模态识别方法获取了冷却塔前10阶自振频率和阻尼比,并与有限元动力特性结果进行对比验证,再借鉴振型组合思路提出结构等效综合阻尼比.采用两种极值估算方法(峰值因子法和Sadek-Simiu法)计算了不同样本的峰值因子和加速度响应极值,并给出了实测响应极值单一取值.最后基于完全瞬态时域法进行了实测阻尼比2%和规范阻尼比5%下的风振响应分析,并将有限元与实测响应极值进行对比和误差分析.实测和有限元分析对比研究表明:实测和有限元分析的结构前10阶自振频率结果较为一致,最大相差9%;两种极值估算方法获得的实测加速度响应极值最大相差32.02%;局部测点在实测阻尼比下的有限元风振响应极值与实测极值较为一致.     

8 MW风机塔筒振动响应分析

为获取8 MW风机塔筒的振动响应特性,建立了塔筒的有限元分析模型,对塔筒开展了模态分析、谐响应分析和瞬态响应分析。模态分析结果表明,塔筒的前四阶模态振型均为弯曲振动,风机工作在额定转速时,塔筒不会发生共振。谐响应分析结果表明,当载荷频率为0～2 Hz时,塔筒频域响应曲线存在2个共振频率,分别对应塔筒的第一阶模态频率、第三阶模态频率;塔筒发生三阶共振时,塔筒顶部Z向的位移超过4.5 m,已处于非安全工作状态,在工作中要避免出现。瞬态响应分析结果表明,在允许的工作风速范围内,塔筒的最大位移和最大应力变化不明显;在极限载荷工况下,塔筒的最大位移和最大应力显著增加,塔筒不会发生强度失效。     

大型双曲冷却塔内表面风荷载的数值模拟

为了获得大型冷却塔的内表面风压,应用CFD数值模拟方法进行计算,分别采用可实现的κ-ε湍流模型和多相流模型计算由外风场作用和冷热空气自循环系统产生的内压,并分析这2种内压沿高度和纬度的分布规律,进行2种内压的合成计算,最后给出冷却塔内压的建议值.计算结果表明:外风场作用产生的内压随高度和纬度变化明显,自循环系统产生的内...     

受平稳强风载作用时旋转壳的非线性随机响应

根据结构非线性随机响应的理论分析 ,针对工业冷却塔结构受强风作用时产生大变形的工程实际随机动力问题 ,利用统计摄动方法 ,考虑几何非线性及平稳随机强风载作用 ,研究并分析了冷却塔旋转壳的非线性随机响应 .通过数值计算 ,给出了关于法向位移等统计平均值和非线性作用因子 β等的结果