基于ANSYS的多管式鋼內筒煙囪有限元分析【轉發(fā)】

2017-01-23  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

煙囪是工業(yè)與民用建筑中不可或缺的構筑物,屬于土建特種結構,在電廠建筑中是一項重要的標志性建筑。多管式煙囪是目前國際上通用的一種電廠煙囪形式。其主要優(yōu)點在于煙氣流速穩(wěn)定,煙氣擴散效果好,便于維護檢修,同時結構溫度應力較小,可避免鋼筋混凝土外筒出現(xiàn)裂縫和腐蝕,進而提高電廠煙囪的整體耐久性能。

本案例以四川某地區(qū)三管集束式鋼內筒煙囪為例,探討了ANSYS在其內力計算中的應用。該項目所在地基本風壓為0.37KN/m2,六度設防,設計地震分組為第一組,場地類別為二類。該煙囪總高176m,在標高35.25、54.10、90.68、138.83、175.10分別設置檢修平臺。外筒采用鋼筋混凝土,混凝土強度為C35,鋼筋HRB400,內筒采用玻璃鋼,結構典型平面如下:

該結構有限元分析的整體思路是將鋼筋混凝土外筒與玻璃鋼內筒分開計算。首先計算鋼筋混凝土外筒,不考慮內筒抗彎剛度的影響但在進行抗震計算時應該將內筒質量作為附加參震質量;其次進行內筒計算,考慮在每個平臺處外筒和內筒位移協(xié)調,將外筒位移附加在內筒上進行內筒計算。

本次外筒建模主要采用實體單元solid185以及表面效應單元surf154,內筒建模主要采用shell63。外筒結構模型如下所示:

一、外筒荷載計算

恒載:恒載部分除了外筒本身的自重外,還包括平臺的自重以及內容傳來的自重。平臺自重一般根據(jù)經(jīng)驗取值,此處取3KN/m2。

活荷載:活荷載主要考慮平臺,此處根據(jù)相關規(guī)范,除頂部平臺取7KN/m2外,其他平臺皆取3KN/m2。

注意,在計算荷載的過程中,需要將各個平臺的荷載手動導算到外筒筒壁上。

風荷載:基本風壓取0.37 KN/m2,地面粗糙類取B。根據(jù)規(guī)范5.2.4,坡度大于2%,故可不進行橫風向風振驗算。計算過程如下:

二、結構動力特性

結構前六階的自振頻率如下:

振型圖如下:

二、外筒計算結果

注意此結構靜力計算中除了需要考慮橫向地震外,根據(jù)我國抗震規(guī)范,還需進行豎向地震計算,同時,應打開大變形開關以考慮二階效應,本次工況組合如下:

荷載標準值組合

1.0恒+1.0風

1.0重力荷載標準+0.2風+1.0水平-0.4豎向

1.0重力荷載標準+0.2風+1.0水平+0.4豎向

1.0重力荷載標準+0.2風+1.0水平-1豎向

1.0重力荷載標準+0.2風+0.4水平+1豎向

荷載設計值組合

1.0 恒+1.4風

1.2恒+1.4風

1.2恒+0.28風

由于是實體單元建模,在結構內力查看過程中需要用到面操作,本次計算典型的面操作命令流如下:

wpcsys,-1

!查看內力截面出的坐標
wpoffs,,,-300
sucr,suz,cplane,3
sumap,mysx,s,x
sumap,mysy,s,y
sumap,mysz,s,z
sumap,mysxy,s,xy
sumap,mysyz,s,yz
sumap,mysxz,s,xz

!將節(jié)點應力結果投影到面上
sueval,xforce2,mysxz,intg
sueval,yforce2,mysyz,intg
sueval,zforce2,mysz,intg

!X、 y、 z方向的內力

sueval,mya,da,sum !面積
sueval,myya,gcy,intg !對X軸面積矩
myya=myya/mya

!重心離X軸的距離
sueval,myxa,gcx,intg

!對Y軸的面積矩
myxa=myxa/mya

!重心離Y軸的距離
sucalc,szgcy,mysz,mult,gcy
sueval,mx12,szgcy,intg !X方向彎矩
sucalc,szgcx,mysz,mult,gcx
sueval,my12,szgcx,intg !Y方向彎矩
!對坐標軸的彎矩換算到截面重心上
mx12=mx12-zforce2*myya
my12=my12-zforce2*myxa

以荷載設計值組合1.2恒+1.4風為例,結構的位移云圖(mm)以及應力云圖(MPa)如下:

三、內筒計算

內筒按照膨脹節(jié)的段數(shù)分為四段,由于邊界條件以及外部荷載形式相當,本文取兩節(jié)進行計算,一節(jié)是頂部內筒,有風荷載;剩下一節(jié)是不考慮風荷載;后續(xù)針對不同長度的內筒可以指定長度以為位移數(shù)值進行分析。內筒采用殼單元進行模擬,有限元模型如下:

如前所述,考慮位移協(xié)調,內筒主除了自身的荷載外,還需考慮外筒的位移荷載。因此,在計算前,應獲取每個膨脹節(jié)處外筒發(fā)生的位移,取最不利工況,并獲取相應的最大值施加于內筒上。

內筒前四階的振型如下:

頂部內筒,考慮風荷載,考慮地震作用的位移云圖和應力云圖如下:

中間內筒,不考慮風荷載,考慮地震作用的位移云圖和應力云圖如下:

四、結語

本文采用ANSYS對四川某地區(qū)三管集束式鋼內筒煙囪進行了結構計算。主要闡述了結構有限元計算的整體思路、結構風荷載的計算以及加載思路。分別對外筒和內筒的部分結果進行了展示,并提供了ANSYS后處理面操作的基本思路。通過對結果的分析,可以得到結構整體應力的分布規(guī)律,以及結構薄弱部位,進而指導實際配筋工作和局部加強工作。

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