考慮樁土結(jié)構(gòu)共同作用的大型冷卻塔風(fēng)致響應(yīng)研究.pdf

1、大型冷卻塔是一種典型的高聳薄殼結(jié)構(gòu)，在工業(yè)生產(chǎn)中常被用作水循環(huán)冷卻設(shè)備。近年來(lái)，冷卻塔隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展朝著更高、更大的方向發(fā)展。冷卻塔具有體量巨大、塔身高聳、壁厚極薄的特點(diǎn)，風(fēng)荷載是其主要的控制荷載。當(dāng)風(fēng)流經(jīng)冷卻塔，頂部和底部由于端部三維流效應(yīng)的存在，其流場(chǎng)與中部存在較大差異，導(dǎo)致頂部、中部和底部風(fēng)壓分布的不同。本文通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)，對(duì)冷卻塔三維流效應(yīng)進(jìn)行研究，利用ANSYS有限元軟件分別建立了冷卻塔剛性地基有限元模型以及“塔筒-支柱

2、-環(huán)基-樁”的一體化有限元模型，比較兩種模型在自振特性、風(fēng)致響應(yīng)及局部穩(wěn)定性上的差異，利用一體化有限元模型分析風(fēng)洞試驗(yàn)及規(guī)范風(fēng)壓分布產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)風(fēng)致響應(yīng)及局部穩(wěn)定性差異。此外，本文還對(duì)冷卻塔建立了基于接觸分析的單樁、群樁模型，計(jì)算水平群樁效率系數(shù)并建立基于水平群樁效率系數(shù)分析的一體化冷卻塔有限元模型，為工程應(yīng)用提供指導(dǎo)。主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾方面:
　　(1)冷卻塔端部三維流效應(yīng)研究。本文對(duì)冷卻塔單塔進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，并獲得其風(fēng)洞試驗(yàn)風(fēng)

3、荷載下的外表面風(fēng)壓分布，總結(jié)了各國(guó)規(guī)范對(duì)冷卻塔外表面風(fēng)壓分布的規(guī)定并與風(fēng)洞試驗(yàn)分布進(jìn)行比較，分析端部三維流效應(yīng)對(duì)冷卻塔風(fēng)壓分布帶來(lái)的影響。
　　(2)基于地基反力法的樁-土相互作用有限元模型。介紹規(guī)范推薦的水平樁土作用的計(jì)算方法，并將這些種計(jì)算方法獲得的土體水平抗力-位移曲線運(yùn)用于COMBIN系列彈簧單元，建立描述各深度下樁身土反力-位移相關(guān)關(guān)系的彈簧-梁?jiǎn)卧Ｐ停?jì)算典型荷載工況下的單樁樁身響應(yīng)并與FB-Pier專(zhuān)業(yè)樁基軟件進(jìn)行

4、核對(duì)，發(fā)現(xiàn)p-y曲線法結(jié)果與實(shí)際的單樁受力響應(yīng)最為接近。
　　(3)冷卻塔一體化有限元模型數(shù)值模擬。建立剛性地基冷卻塔有限元模型，獲得風(fēng)洞試驗(yàn)風(fēng)荷載作用下的塔體風(fēng)致響應(yīng)及局部穩(wěn)定性分析結(jié)果;利用彈簧-梁?jiǎn)螛赌Ｐ?，連結(jié)冷卻塔上部結(jié)構(gòu)與下部基礎(chǔ)，建立考慮樁土相互作用的“塔筒-支柱-環(huán)基-樁”的一體化計(jì)算模型;通過(guò)分析平均風(fēng)、脈動(dòng)風(fēng)響應(yīng)，局部穩(wěn)定性以及自身振動(dòng)特性，比較了剛性地基模型與一體化模型的受力特性差異并以此模型計(jì)算比較了各國(guó)規(guī)范

5、與風(fēng)洞試驗(yàn)風(fēng)荷載作用下冷卻塔整體結(jié)構(gòu)的風(fēng)致響應(yīng)及局部穩(wěn)定性差異。
　　(4)基于接觸分析的冷卻塔有限元模型數(shù)值模擬。建立單樁土體接觸分析模型，分析單樁在不同樁徑、樁長(zhǎng)、粘聚力、土體剛度以及內(nèi)摩擦角工況下的水平極限承載力;建立針對(duì)冷卻塔環(huán)基的承臺(tái)-群樁模型，分析群樁在不同樁距工況下的水平群樁效率系數(shù)。
　　(5)建立基于水平群樁效率系數(shù)分析的一體化冷卻塔模型，分析考慮群樁效率系數(shù)折減后冷卻塔結(jié)構(gòu)風(fēng)致響應(yīng)的變化;分析不同環(huán)基樁間