超限强风作用下直筒-锥段型钢结构冷却塔风振损伤倒塌分析

摘要

历史上强风作用下的冷却塔风毁事件多次发生,自重更轻、柔性更大、阻尼更小、自振频率更低的钢结构冷却塔相较于双曲线混凝土冷却塔在强风作用下更易受损.为研究强风作用下的直筒-锥段型钢结构冷却塔倒塌全过程,首先基于大涡模拟(LES)技术对直筒-锥段型的近壁面流场进行高精度仿真,以此提炼有效的三维风荷载输入参数;然后基于LS-DYNA二次开发及显示动力分析,通过在考虑材料弹塑性损伤的三维有限元模型上加载所获得的风荷载,数值显现了直筒-锥段型钢结构冷却塔风致倒塌全过程;最后对比分析了钢结构冷却塔的应力分布规律、倒塌全过程的变形姿态及关键单元损伤时程响应,以此提炼了冷却塔风致倒塌的损伤机理.研究表明直筒段取圆截面构筑物规范曲线,在锥段取双曲线冷却塔规范曲线;钢结构冷却塔风致倒塌中,加强桁架与附属桁架的约束区域是薄弱区域;钢结构冷却塔在600s强偶然脉动风作用下,桁架构件中最大损伤率为1.12％.