异型双管组合烟囱钢筋混凝土外筒的有限元分析与性能研究

摘要

烟囱是工业和民用建筑中常见的重要高耸构筑物，在火力发电工程中，烟囱是标志性建筑之一，也是三大主体建筑之一，为电厂高度之最。随着工业的不断发展以及国家对环境保护的重视，多管式钢筋混凝土烟囱在国内的应用也逐渐增多，并且烟囱结构形式也逐渐多样化，这也日渐显示出烟囱设计的重要性和复杂性，所以提供较精确的计算研究方法对推广此类烟囱的发展具有重大意义。
　　 本文以淮北虎山发电厂2×600MW超临界燃煤发电机组建设工程设计研究为背景，对其子项目结构新颖造型独特的240m高异型混凝土双管组合烟囱进行有限元分析与性能研究。
　　 本文对有限元理论进行了阐述，选择ANSYS做为本工程有限元研究软件。首先建立了烟囱结构三维有限元模型，根据高耸结构受力特点，从模态特性、抗风性能、抗震性能三个方面对结构展开受力了性能分析。模态分析为动力分析提供了结构基本振型、频率等参数;风荷载是结构决定性荷载，分别进行了强风荷载静力分析和横风向风振时程分析，结构响应强烈;地震作用采用反应谱法进行分析，结构响应非常弱，抗震性能好。
　　 接着，按照规范要求，分别考虑烟囱结构混凝土外筒在自重、地震荷载、风荷载、温度荷载以及地基倾斜作用下结构响应分析，选取不利工况组合进行正常使用极限状态和承载力极限状态结构位移、应力响应分析，得出了结构整体应力、位移响应规律，指出了结构薄弱处并提出改善建议，提高结构的整体安全可靠性。并且，以各工况有限元分析结果为基础，计算提取结构反力和筒壁截面内力，对结构进行了整体抗倾覆验算和截面配筋设计。
　　 最后，提出了此类异型混凝土烟囱需要进一步研究探讨的问题。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 钢筋混凝土烟囱的概述

1．2 研究背景与意义

1．3 钢筋混凝土烟囱设计理论研究现状

1．4 本文主要研究内容

1．4．1 有限元建模和模态分析

1．4．2 风荷载作用下结构响应分析

1．4．3 地震作用下的结构响应分析

1．4．4 混凝土外筒特定截面配筋推导计算

1．4．5 最终目标以及可能达到的水平

参考文献

第二章 有限元建模以及模态分析

2．1 有限元法基本原理

2．1．1 有限元分析方法的简介

2．1．2 有限元法的基本分析过程

2．1．3 有限元静力问题求解方法

2．1．4 有限元动力问题求解方法

2．2 烟囱结构有限元的建模

2．2．1 单元以及材料的选择

2．2．2 ANSYS几何模型

2．2．3 模型网格划分

2．3 高耸烟囱结构性能概述

2．3．1 烟囱结构模态特征

2．3．2 烟囱结构抗风性能

2．3．3 烟囱结构抗震性能

2．4 烟囱结构模态分析

2．4．1 ANSYS模态分析理论简介

2．4．2 烟囱结构模态分析

2．5 本章小结

参考文献

第三章 混凝土外筒结构性能研究

3．1 结构基本荷载

3．1．1 永久荷载(恒载)

3．1．2 可变荷载(活载)

3．2 静力风荷载作用下结构响应分析

3．2．1 不考虑附加弯矩时风荷载作用下结构响应分析

3．2．3 考虑附加弯矩时风荷载作用下结构响应分析

3．2．4 横风向风振作用下烟囱结构弹性时程分析

3．3 地震作用下结构响应分析

3．3．1 地震分析方法

3．3．2 振型分解反应谱法

3．3．3 烟囱结构地震反应谱分析

3．4 本章小结

参考文献

第四章 荷载工况组合计算分析

4．1 荷载工况组合

4．1．1 荷载分项系数的取值

4．1．2 荷载效应的基本组合

4．1．3 各种工况组合下结构响应分析

4．2 结构内力计算

4．2．1 各工况竖向内力计算

4．2．2 结构环向内力计算

4．3 结构抗倾覆计算

4．3．1 基础设计条件

4．3．2 地基承载力验算

4．3．3 结构整体抗倾覆验算

4．4 本章小结

参考文献

第五章 结构各截面配筋计算

5．1 双偏心受压截面配筋理论概述

5．1．1 规范公式理论

5．1．2 等效截面转换理论

5．2 筒壁竖向配筋计算

5．2．1 竖向截面承载力计算

5．2．2 竖向异型截面配筋公式推导

5．2．3 竖向截面实际配筋面积

5．3 筒壁环向配筋计算

5．3．1 环向截面配筋理论公式

5．3．2 环向截面配筋面积计算

5．3．3 环向截面实际配筋面积

5．4 裂缝验算

5．4．1 裂缝计算理论公式

5．4．2 竖向裂缝宽度计算

5．4．3 环向温度裂缝宽度计算

5．5 本章小结

参考文献

第六章 全文总结及展望

6．1 全文总结

6．2 需要进一步研究的问题

致谢