基于有限元的自立式钢烟囱结构稳定性分析.pdf

《基于有限元的自立式钢烟囱结构稳定性分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第40卷第4期建筑技术开发Vo1．40，No．42013年4月BuildingTechniqueDevelopmentApr．2013基于有限元的自立式钢烟囱结构稳定性分析李建波(中煤科工集团武汉设计研究院，武汉430070)[摘要]通过利用大型有限元计算软件ABAQUS对某自立式钢烟囱结构稳定性的计算和比较，来进行自立式钢烟囱结构稳定性的分析。主要介绍了自立式钢烟囱结构稳定性的概念及特征值屈曲分析原理，进行了特征值屈曲的有限元计算，分析和比较了影响自立式钢烟囱结构稳定性的主要参数，对自立式钢烟囱的设计和研究有一定的参考作用

2、。[关键词]自立式钢烟囱；稳定性；有限元[中图分类号]TU3l1．2[文献标志码]A[文章编号]1001-523X(2013)04-0001—04自立式钢烟囱结构和传统的塔架式烟囱结构分析。相比，不但可以承受自身的重力荷载，还能够和周该烟囱为240m高四管自立式钢烟囱，烟围的杆件形成巨型空间桁架结构体系，共同抵抗囱钢柱外直径为6m，四根钢柱平面正方形布水平风荷载和地震荷载对结构的作用，自立式钢置，钢柱中心间距18m，四根钢柱通过空间钢桁烟囱结构充分利用了钢材简体材料自身良好的抗架形成塔架结构。烟囱由四根轴心位于正方形弯、抗剪

3、能力，有效地减少了工程的用钢量，节约顶点的钢管通过8层竖向间距为30m的钢架成本。到目前为止，我国还没有专门的钢烟囱结相连。在每根钢柱与钢桁架连接处设置有环构设计规范，对钢烟囱结构的研究十分有限。本板，环板与钢柱为刚性连接。钢管采用变厚度文主要结合工程实例，利用大型有限元计算软件优化设计，通过改进钢架结构提高钢架的刚度，ABAQUS，针对自立式钢烟囱的结构稳定性进行钢柱壁厚度见表1。烟囱平面图见图1。表1钢柱壁厚度标高／m0～2626—5656—8686—1161l6—146146一l76l76～2O6206—236236—

4、240壁厚t／mm2925222017l4121212烟囱设计参数：烟囱设计时基本风压值W。为0．5kN／m；地面粗糙度类别为B类；建筑场地类别为Ⅱ类；抗震设防烈度为7度，地震动峰值加速度为0．1g；设计地震分组为第一组；特征周期为0．35s；钢烟囱阻尼比为0．01。钢烟囱材料选Q345一B钢。钢材质量密度p为7800kg／m。，弹性模量E为206×10MPa，线膨胀系数为10×10一N／ram。图1四管钢烟囱模型平面1稳定性概念在外力作用下，当结构受到的荷载达到某一极收稿日期：2013—01—15限荷载时，如果增加一个非常

5、微小的扰动，结构的稳作者简介：李建波(1979．)，男，湖北房县人，毕业于武汉大学，研究生定平衡状态就开始破坏，而且结构变形迅速发展，最学历，高级工程师，现在从事结构设计及研究工作。后使结构受到破坏，这种现象称做结构失稳，又叫结第4期李建波：基于有限元的自立式钢烟囱结构稳定性分析第40卷构屈曲。根据结构失稳性质的不同，可以将结构的{P}——节点荷载的向量；失稳问题分为三类：{u}——节点位移的向量。第一类的失稳问题可以归纳为，结构所受到的假设结构所受的外荷载为{P。}，与之对应的几荷载达到临界荷载时，结构基本平衡状态的附近存

6、何刚度矩阵为[]。设结构的临界荷载为{P。}的在有第二个相邻近的平衡状态，在分又点处平衡状A倍，则其对应的几何刚度矩阵为[K。]=A[碇]。态发生转变，从原平衡状态改变到不同性质的平衡临界平衡状态下，结构的平衡方程可写为：状态，因此又称分叉点失稳或分枝点失稳。第二类([]+A[K]){U}=A{P。}的失稳问题可以归纳为，当结构所受的荷载达到临此时在任意非零的微小扰动位移{AU}下，结构界荷载后，荷载或位移的微小变化，都将直接导致结的平衡状态将发生转变，而承载力不变。另一平衡构的承载力迅速下降，变形将迅速发展。整个失稳状态对

7、应的平衡方程为：过程中，结构的荷载一位移平衡路径没有分叉点，平([K]+A[K])({}+{AU})=A{P。}衡状态没有发生本质的变化，又称为是极值点失稳。则：([K]+A[醚]){△u}=0第三类的失稳问题可以归纳为是跳跃失稳，这种失干扰位移{△u}有非零解，则：([]+A[])=稳状态不存在平衡分叉点和极值点，是当结构所受0。因此求解结构的临界荷载问题转变为求解刚度矩的荷载值达到极限荷载值时，结构稳定平衡状态有阵的特征值：十分明显的运动，跳跃到非邻近的另外一个有较大([]+A[醚]){}=0的位移的平衡状态。其中A为第

8、i阶屈曲荷载系数；2基于ABAQUS的钢烟囱稳定性计算{i}为与第i阶屈曲荷载对应的屈曲模态。失稳是结构丧失承载能力的一种形式。按l临结构第i阶屈曲荷载为：界平衡状态的特点，失稳主要可以分为分叉点失{P}=A{P}稳和极值点失稳两种形式。ABAQUS中对应的结2．2特征值屈曲有限元计算分析