冷却塔风振响应的数值计算.pdf

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1、浙江建筑,第30卷,第3期,2013年3月ZhejiangConstruction,Vo1.30,No.3,Mar.2013冷却塔风振响应的数值计算NumericalComputationofWindVibrationResponseofCoolingTower刘若斐LiuRuofei(浙江大学建筑设计研究院,浙江杭州310027)摘要:针对拟建的大冷却塔,通过ANSYS软件建立了三维有限元模型,采用MATLAB对脉动风荷载编写了基于自回归法的模拟计算曲线,并采用时程分析法对冷却塔整体的风振响应情况进行了计算,在此基础上分析了风振模态和风振系数。关键词:冷却

2、塔;风振响应;有限元中图分类号:TU312.1文献标志码:A文章编号:1008—3707(2013)03—0027—04自然通风冷却塔的组成部分主要包括双曲线旋以及稳定性分析程序LBS、BSD、RBSA等。国内外转薄壳钢筋混凝土通风筒、人字支柱以及基底结构。对冷却塔风振响应问题进行了大量数值及实验的目前冷却塔的建造高度在150~200m之间,属于高研究。许林汕等采用有限元计算分析方法和气耸建筑,其主要承载是自重和风载。由于冷却塔轴弹模型风动实验方法对冷却塔随机风荷载响应及向尺寸远大于径向尺寸,可认为是均匀线弹性各向模态进行了分析。李佳颖等采用有限元分析和同性

3、的壳体建筑。这一特性使得自然通风冷却塔受抗震分析对大型冷却塔的内力分布,抗震特性及风荷载影响较自重和温度的影响更为显著。对冷却稳定性情况进行了分析。塔内力分布、力学行为进行分析研究表明,其破坏的本文针对拟建的大型冷却塔,通过ANSYS软主要原因有两方面:一是最大受力区的应力过大导件建立了三维有限元模型,采用MATLAB对脉动风荷载编写了基于自回归法的模拟计算曲线,并致局部屈曲;二是冷却塔迎风面子午向钢筋最大拉采用时程分析法对冷却塔整体的风振响应情况进力过大而导致破坏⋯。行了计算,在此基础上分析了风振模态和风振双曲冷却塔工程结构的力学分析方法主要有系数。两种。

4、一是按照国内外设计规范推荐,从弹性薄壳体弯曲理论出发对具有旋转壳体结构的双曲冷1数值模型却塔按旋转壳体的矩理论解析计算。二是采用有限元方法,通过大型数值计算风载作用下的冷却1.1有限元模型塔的力学性能。目前随着数值计算方法的不断深入及并行计算能力的不断提高,基于有限元计算计算所需的三维模型建立在圆柱坐标系之上,方法能保证较高的计算精度及效率,已被广泛采见图1。计算尺寸是设计图纸的实际尺寸(按1:1用。大型的商业软件及系列程序不断被开发,其建立)。由文献[4]定义冷却塔的经线(子午线)和中包括有限元分析软件ANSYS、结构动力、静力,纬线,以及子午向、法向和环

5、向。收稿日期:2013一O1—07作者简介:刘若斐(1981一),男,江西广丰人,工程师,从事建筑结构设计工作。30浙江建筑2013年第30卷表2冷却塔塔体前6阶自振模态对应的频率3结语本文基于有限元方法对冷却塔风振响应特性进行了数值模拟研究。首先通过ANSYS软件建立了有限元模型,其次对脉动风荷载采用自回归法给出了模拟曲线,再次采用时程分析法对风振响应情况2.3各分区风振系数分析进行了计算,最后分析了风振模态和风振系数。本文风振响应沿冷却塔高度方向变化显著,本文的研究内容对合理建立冷却塔风振响应的T程实用从合理设计角度出发,将冷却塔按图5所示分为6方法和编

6、制相关规范均有参考价值,主要结论包括:个区间,表3则给出了这6个区间上的风振系数。(1)冷却塔风振响应的自振模态均呈现屈曲变由表3可知,冷却塔塔体底部的风振系数较大,略形,环状对称,整体无竖直方向及水平方向位移,扭高于中上部的风振系数。因此,相对于烟囱类的转现象也不显著。高宽比更大的高耸结构,冷却塔由于自身结构特(2)在横向风载荷作用下冷却塔的位移风振系点,其质量和刚度在高度方向上分布连续,其振动数在整个塔体的大部分节点数值变化不大,在高度方式与烟囱类的高耸结构及普通高层建筑相比有方向上变化也较小,但底部系数略高于顶部。其自身特点。参考文献[1]廖汉,卢文达

7、,刘人怀.双曲冷却塔结构非线性有限元可靠度分析[J].工程力学,1999,16(1):49—55.[2]许林汕,赵林,葛耀君.超大型冷却塔随机风振响应分析[J].振动与冲击,2009,28(4):180—184.[3]李佳颖,任春玲,黄志龙.自然通风冷却塔的实验及有限元分析[J].力学季刊,2007,28(3):443—447.[4]李志悌,华钟南,金喜卿.GB/T50102-2003工业循环水冷却设计规范[S].北京:中国计划出版杜,2003.[5]马咏梅.三维有限元在冷却塔设计中的应用[J].煤矿设计,图5风振系数计算分块图1997(11):23~25.

8、[6]WangKai,SunFengzhong,Zh

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