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.     

ANSYS在双曲线型冷却塔分析中的应用

应用ANSYS有限元分析软件对火力发电厂双曲线型冷却塔进行结构分析,主要探讨了在自重、温度和风荷载作用下,双曲线型冷却塔塔筒的位移、应力和内力分布规律.简单介绍了荷载的施加方法并建立了有限元模型,并对自重、温度和风荷载3种工况塔筒的受力特点进行了研究.结果表明:风荷载工况塔筒的喉部位移最大;自重工况塔筒的薄膜力大,且同一位置的子午向薄膜力大于环向薄膜力;温度工况塔筒的弯矩大,且在塔筒的中段弯矩恒定;风荷载工况塔筒同一位置的子午向薄膜力大于环向薄膜力,环向弯矩大于子午向弯矩.分析结果可为双曲线型冷却塔的结构设计提供参考依据.     

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.     

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。     

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.     

内支座为简支、外支座为固支的环板的极限分析

利用极限平衡条件,对内支座为简支、外支座为固支的环板进行了塑性极限分析,假定环板破坏时的塑性铰线为径环向,假定塑性铰线上的径向弯矩、切向弯矩均达到极限弯矩MP,根据力的平衡条件和力的边界条件,得出了环板极限状态时的内力计算公式,并通过试算得出了环板在不同的内外半径之比时,公式中的塑性铰线位置系数0ρ、1ρ的取值,使内支座为简支、外支座为固支的环板按极限状态设计时的计算问题大为简化.本文的环板的设计方法简单可行,便于在工程中应用.     

考虑接头影响的地铁盾构隧道管环力学模型研究

针对接头对盾构隧道衬砌内力和位移的影响,提出了弹性铰管环结构力学改进模型.应用力法,推导出静水压力、水平及竖向地基抗力、土压力、管环自重4种荷载作用下管环内力和位移解析解.以北京地铁十号线为具体工程背景,研究了接头刚度、接头位置和接头数目对管环结构内力的影响规律,并与Lee的模型计算结果进行了对比分析,结果发现,接头刚度对管环弯矩、管环轴力的影响较大;接头数目和接头位置对管环弯矩、轴力的影响较小;两模型计算值差异主要体现在当160°≤φ≤180°时,改进模型计算弯矩呈下降趋势,而Lee的模型计算弯矩呈上升趋势.改进模型的计算结果与实际较为吻合.     

冷却塔定向拆除时剩余支柱的轴力计算方法

为了使冷却塔的定向拆除更加安全可控,对冷却塔保留柱轴向力的计算方法展开研究。根据力的相似关系给出支柱轴向力与其Z向力之间的关系式,基于平截面假定推导保留柱Z向力的计算公式;利用有限元研究环梁和支柱的弹性模量、支柱高度、保留柱数量以及相邻柱柱顶所对应的圆心角5种参数对保留柱Z向力的影响;根据有限元的结果对保留柱Z向力的计算公式进行修正,并研究修正后公式的适用性。结果表明：爆破后的冷却塔在所有保留柱上并不满足平截面假定;在实际工程范围内,上述5种参数不影响保留柱Z向力的分布规律为Z向力沿着y轴方向上的分布形态始终“两端受压,中间受拉”,且保留柱中的最大压力始终出现在第n排保留柱上,最大拉力始终出现在第(n-4)排保留柱上;当爆破圆心角为200°～240°时,修正后计算值的相对误差在21%以内,且该公式在不同冷却塔上具有良好的适用性。保留柱轴向力的计算公式从力学角度为冷却塔的拆除提供了理论支撑,增加了拆除工作的安全性。     

盾构管片结构的力学行为分析

基于弹性理论建立了管片结构环向刚度模型以及管片环向内力模型,并对管片接头部位的各相关参数进行了分析。研究结果表明,管片结构内力模型的理论计算结果与有限元计算结果相吻合,具有较高的精度。刚度计算模型能准确地揭示出管片结构环向变刚度的分布规律。环向最大正弯矩会随着管片接头处刚度的降低而增加。环向弯矩的分布状态也会随着接头数量和锲块位置的改变而改变。     

平面内三向轴压和弯矩共同作用下焊接空心球节点承载力

根据理想弹塑性应力－应变关系和Von-Mises屈服准则，考虑几何非线性影响，建立了焊接空心球节点的有限元分析模型，对在平面内三向轴力作用以及平面内三向轴力与弯矩共同作用下的焊接空心球节点的承载能力进行了非线性有限元分析.参数分析结果表明，在平面内三向轴力作用下，焊接空心球节点的承载力主要和钢管直径与球径的比值、球壁厚以及荷载比值有关；在平面内三向轴力与弯矩共同作用下，焊接空心球节点的承载力主要和钢管直径与球径的比值、偏心距、球壁厚以及荷载比值有关.根据有限元分析结果给出了焊接空心球节点承载力的实用计算公式.当两侧钢管的直径不同时，计算采用较大钢管的直径；当钢管间的夹角为45°～75°时，计算公式仍可以近似采用.     

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。     

钢筋混凝土圆形地下粮仓仓壁承载力计算方法研究

钢筋混凝土地下粮仓仓壁承受贮料压力、土压力、水压力及结构自重等多种荷载的作用,其承载特性复杂.选取水土压力作用下的空仓状态作为最不利受力条件,分别采用下端固定、上端简支圆柱壳模型分析法和有限元分析法计算仓壁承载力.基于这两种方法的计算结果,研究钢筋混凝土圆形地下粮仓仓壁承载特性,分析仓壁竖向弯矩和环向力分布规律.结果表明:钢筋混凝土地下粮仓仓壁与仓顶、仓底连接处因边缘约束效应的影响,受力状况比较复杂,建议采用有限元分析法对其进行结构计算分析.     

冷却塔的冷却特性

为了研究冷却塔的冷却特性,首先根据热湿交换的理论建立了热湿交换的相关方程,并据此计算了在不同条件下在逆流式冷却塔内单个下落的水滴与周围空气所进行的热湿交换的效果,并对计算结果逐项进行了分析.然后建立了冷却塔的一维换热模型,通过该模型分析了冷却塔内的填料层的高度、水降落所持续的时间及空气和水的质量流量对冷却塔性能的影响情况.     

冷却塔的冷却特性

为了研究冷却塔的冷却特性,首先根据热湿交换的理论建立了热湿交换的相关方程,并据此计算了在不同条件下在逆流式冷却塔内单个下落的水滴与周围空气所进行的热湿交换的效果,并对计算结果逐项进行了分析。然后建立了冷却塔的一维换热模型,通过该模型分析了冷却塔内的填料层的高度、水降落所持续的时间及空气和水的质量流量对冷却塔性能的影响情况。     

圆钢管混凝土截面轴力-弯矩-曲率关系实用计算方法

为便于有限元分析,建立圆钢管混凝土压弯构件截面轴力-弯矩-曲率关系实用计算方法,基于合理的钢管混凝土数值本构模型,利用截面分层法对圆钢管混凝土压弯构件截面轴力-弯矩-曲率关系进行全过程分析,根据轴压比、钢管屈服强度、混凝土强度等级和含钢率等各主要因素对轴力-弯矩-曲率关系的影响,通过大量参数分析,分别建立圆钢管混凝土压弯构件截面轴力-弯矩相关方程实用计算公式和轴力-弯矩-曲率关系实用计算方法.通过与圆钢管混凝土压弯构件截面轴力-弯矩相关承载力和轴力-弯矩-曲率关系曲线试验结果的对比,验证该实用计算公式和实用计算方法的正确性.研究结果为圆钢管混凝土结构非线性有限元分析奠定基础.测试结果显示了方法的有效性.     

钢骨-钢管混凝土柱正截面承载力计算与分析

目的得到钢骨-钢管混凝土柱正截面承载力计算表达式.方法分别考虑钢骨混凝土部分和钢管混凝土部分各自承担的轴力和弯矩,将这两部分的轴力、弯矩叠加.钢管混凝土部分按照现行的钢管混凝土公式计算;钢骨混凝土部分采用简化分析,按照忽略环箍效应和考虑环箍效应两种情况计算,同时和按照叠加方法计算的钢管混凝土组合柱承载力进行比较.结果钢骨-钢管混凝土柱正截面承载力比钢管混凝土组合柱承载力提高约15%,叠加的计算方法可以适用于钢骨-钢管混凝土柱.结论钢骨-钢管混凝土柱具有更高的承载力能力和更好的延性.     

矩形钢管焊接球节点的有限元分析与试验研究

为了解轴力、弯矩及两者共同作用下矩形钢管焊接空心球节点的受力性能与承载能力，进行了有限元分析和试验研究.采用理想弹塑性应力-应变关系、Von-Mises屈服准则，建立了基于几何非线性的有限元模型，对承受轴力、弯矩及它们共同作用的矩形钢管焊接球节点进行了大量的有限元参数分析.对4个典型足尺节点进行了试验研究，直观了解节点的受力性能和破坏机理，并验证了有限元模型的可靠性.研究表明，轴力和弯矩共同作用的焊接球节点的轴力-弯矩相关关系与节点的几何参数无关，极大地简化节点承载力的计算方法.     

钢筋混凝土圆形浅仓仓顶结构优化设计研究

以顺德粮食产业园项目为背景,对圆形浅仓仓顶结构进行了优化设计研究。通过理论计算和数值模拟两种计算方法,对锥形壳体壳壁在不同倾角下的结构内力进行了系统研究和对比分析。研究结果表明:锥形壳体环向力上部为压应力下部为拉应力,径向力为压应力,理论计算方法的环向力计算结果与实际不符,建议修正相关理论计算方法;随着倾角的减小,环向力、径向力增大且变化速率加快,综合考虑结构受力、施工和使用情况,以将倾角控制在18°~25°为宜;壳体下部环向受拉区及外环梁需按计算配置受拉钢筋。研究结果对RC圆形浅仓仓顶结构优化设计有所裨益。     

双曲线冷却塔风筒几何缺陷分析

由于施工放样原因,双曲线冷却塔风筒发生移位变形,筒壁出现初始几何缺陷,偏差超出规范允许值,造成冷却塔应力状态改变.利用冷却塔专用计算软件对冷却塔结构进行静力计算,根据计算的内力对强度进行验算,分析初始几何缺陷对冷却塔应力状态的影响,评价冷却塔结构安全性及是否需要进行加固处理,并对冷却塔后期维护提出建议.