電廠RX鋼煙囪強(qiáng)度分析

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[ 摘要 ] 針對某電廠鋼結(jié)構(gòu)煙囪在風(fēng)載環(huán)境下出現(xiàn)的局部裂縫，根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的按規(guī)范所計(jì)算的風(fēng)載荷，將煙囪用詳細(xì)的板殼單元作有限元靜力分析，模型中將圓筒與肋板、鋼索、支承加固及焊接等均用板殼單元來模擬，計(jì)算總體與局部應(yīng)力。同時(shí)，對提供的風(fēng)載荷用材料力學(xué)方法進(jìn)行評估，包括應(yīng)力、撓度和板失穩(wěn)。本文所采用的計(jì)算方法對承風(fēng)載的大型鋼結(jié)構(gòu)具有通用性。
[ 關(guān)鍵詞 ] 鋼煙囪、風(fēng)載環(huán)境、強(qiáng)度分析
1 前言
某電廠鋼結(jié)構(gòu)煙囪，原來強(qiáng)度分析采用的“GBJ 9-87”，“GBJ 17-88”規(guī)范認(rèn)為是適用的。計(jì)算中風(fēng)載荷公式中參數(shù)的選取及強(qiáng)度分析和變形結(jié)果的評定方法等均是按規(guī)范要求進(jìn)行的。但由于廠房分布不合理及所處地理環(huán)境惡劣，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，在煙囪支撐加固區(qū)域出現(xiàn)裂縫，并有進(jìn)一步擴(kuò)展的趨勢。
為了對該鋼煙囪結(jié)構(gòu)局部部位產(chǎn)生裂縫的原因作詳細(xì)的力學(xué)分析，根據(jù)上海核工程研究設(shè)計(jì)院提供的按規(guī)范所計(jì)算的風(fēng)載荷，將煙囪用詳細(xì)的板殼單元作有限元靜力分析，計(jì)算用ANSYS7.0大型結(jié)構(gòu)力學(xué)分析程序，模型中將圓筒與肋板、鋼索、支承加固及焊接等均用板殼單元來模擬，計(jì)算總體與局部應(yīng)力。同時(shí)，對提供的風(fēng)載荷用材料力學(xué)方法作估計(jì)，包括應(yīng)力、撓度和板失穩(wěn)。
2 煙囪的風(fēng)載環(huán)境
風(fēng)載荷計(jì)算按照GBJ 9-87 “建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范”進(jìn)行。
作用在鋼煙囪上的風(fēng)壓按下列公式計(jì)算：
0ppZSZkμμβ=
其中： 基本風(fēng)壓160000vp=
v0 基本風(fēng)速
βZ Z高度下的風(fēng)振系數(shù)
μS 體型系數(shù)
μZ 風(fēng)壓高度變化系數(shù)
設(shè)計(jì)取v0=42.26m/s，βZ、μS、μZ由表中查得。
得到風(fēng)載荷壓力沿?zé)焽韪叨葹榫€性分布，在第三支撐51.5m處風(fēng)壓為2.59 KN/m2，在頂部100.0m處風(fēng)壓為4.52 KN/m2。
同時(shí)，為了獲得詳細(xì)疲勞分析用的風(fēng)動力載荷，對煙囪（包括附近廠房）作流場分析，找到速度、壓力等的分布情況，從而得到詳細(xì)應(yīng)力和疲勞分析的輸入載荷。結(jié)果表明當(dāng)來流速度v0=42m/s時(shí)，在煙囪40m~80m標(biāo)高范圍內(nèi)兩側(cè)流速可達(dá)到60~70m/s。尾流處產(chǎn)生不對稱的旋渦脫落。升力和阻力方向上均產(chǎn)生2KN/m2的壓差。