以重慶地區(qū)某工程高位收水冷卻塔中央豎井左側集水槽進行有限元三維建模,進行有限元整體結構計算。集水槽底板、側壁采用Shell181 三維殼單元,暗框架柱、框架頂梁、拉梁,承臺梁及灌注樁均采用Bea m188 三維梁單元。Shell181 及Bea m188 單元能很好地模擬集水槽各部分構件。同時,在后處理時能提取集水槽側壁、底板、暗框架柱及梁的彎矩、剪力及軸力,方便直接用于結構設計,進行配筋計算。三維模型中shell181 殼單元共有7342 個,Bea m188 梁單元共計782 個。
以重慶地區(qū)某工程高位收水冷卻塔集水槽為例,介紹高位收水冷卻塔集水槽的結構形式及受力特點。重慶地區(qū)某工程冷卻塔采用高位收水冷卻塔,集水槽斷面尺寸(B×H):5.6 ×14.0 m,其地基形式為樁基。
在上述荷載及工礦組合下,采用ANSYS 有限元軟件進行靜力計算,通過后處理后便能對集水槽各部分構件進行內力分析及結構設計。集水槽內力分析可以分為集水槽壁板和暗框架( 包括暗框架柱、暗框架頂梁、拉梁及承臺梁)。
對于集水槽的樁基布置,傳統(tǒng)的豎向荷載平均法計算出的樁數(shù)偏多,不易準確計算出樁承受的水平力。由集水槽結構形式及受力特點分析可以看出,集水槽各部分構件之間是相互協(xié)同作用,共同承受集水槽內水壓力及其他荷載。平面假定簡化計算只能顧此失彼,不能進行整體計算。因此,為準確真實地模擬集水槽結構整體受力的特性,滿足結構優(yōu)化設計的目的,集水槽的結構設計有必要采用三維有限元整體分析計算。
沿集水槽長度方向( 水 力及彎矩,為拉彎構件,承臺梁的大彎矩為平向),暗框架柱類似于集水槽壁板的支座,集3077 kN · m,大軸向拉力為1258 kN。對于集水槽樁基而言,三維有限元仿真計算,能準確計算出每根樁的樁頂豎向力及水平力,進行樁基優(yōu)化布置和選型設計。
通過有限元三維仿真計算分析可知,集水槽壁板豎向及水平向同時承受彎矩和拉力,應按拉彎構件進行結構設計;能準確計算出暗框架各構件所受的彎矩、拉力或壓力,對暗框架進行優(yōu)化設計,減少集水槽混凝土工程量,節(jié)省工程造價。
隨著我國的經濟建設持續(xù)發(fā)展,對電力的需求不斷加大。國內火力發(fā)電廠百萬機組新建工程陸續(xù)增多,超大型自然通風冷卻塔逐漸受到火力發(fā)電相關人士的重視。根據(jù)國家節(jié)能減排、低碳經濟的要求,具有明顯節(jié)能、降噪優(yōu)勢的高位水收水冷卻塔具有廣闊的應用前景,尤其是隨著高位收水冷卻塔逐步國產化后,其優(yōu)勢更加明顯。
集水槽為地面式鋼筋混凝土結構,百萬機組集水槽的高度在14 ~23 m,根據(jù)高位收水冷卻塔淋水構架的柱網間距,沿集水槽縱向布置暗框架,暗框架頂梁上擱置單層配水槽,暗框架沿高度方向從上至下一定間距設置拉梁。暗框架與集水槽形成一個整體,共同受力。
集水槽有限元分析時分三種工況設計: 工況1 :集水槽修建完成后,未投入運行,僅受風荷載。 工況2:集水槽修建完成后,投入正常運行,不受風荷載。 工況3:集水槽修建完成后,投入正常運行,受風荷載。 內力分析中,取以上3 種工況中不利組合進行結構設計。
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