地震作用下钢筋混凝土烟囱结构计算分析

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1、第40卷第4期建筑技术开发Vo1．40，No．42013年4月BuildingTechniqueDevelopmentApr．2013地震作用下钢筋混凝土烟囱结构计算分析龚代瑜(中煤科工集团武汉设计研究院，武汉430070)[摘要]以河北某电厂钢筋混凝土烟囱为背景，利用有限元计算软件ABAQUS进行地震作用下钢筋混凝土烟囱的计算分析。通过烟囱的模态分析和计算，了解了烟囱结构的自振特性，对钢筋混凝土结构烟囱的地震分析主要是对烟囱顶点的时程反应分析进行，对比和分析计算结果，简述了钢筋混凝土烟囱的阻尼比对地震计算的影响。[关键词】地

2、震作用；钢筋混凝土烟囱；时程分析；有限单元法[中图分类号]TU375[文献标志码]A[文章编号]1001—523X(2013)04—0009．031概述模型；2)有限元建模时考虑13．180～21．750m处的众所周知，地震给建筑物造成的破坏是很大的，烟道孔，建模时按照烟道孔的实际尺寸进行建模计地震作用下建筑物的反应一直受到工程界的关注。算，对于局部的其他较小孔洞，计算时为避免应力集目前，在我国的工业建筑中，烟囱极为普遍，钢铁厂、中，不予考虑。烟囱的整体计算模型见图1。火电厂、化工厂等都建有上百米甚至数百米高的烟囱，因此烟囱抗

3、震性能的好坏不仅直接关系到其附近建筑物的安全，而且直接影响城市的抗震减灾。由于结构在地震动力作用下过程复杂，影响因素较多，因此，关于烟囱结构的抗震研究多限于假设和计算理论，对烟囱的震动模型试验资料还不多，对烟囱在动力作用下的响应的认识还不够充分。本文简述了利用大型有限元计算软件ABAQUS对钢筋混凝土烟囱结构进行地震动作用下的分析过程，具有一定的实际意义。2工程概况本次计算分析以河北某电厂210m钢筋混凝土烟囱为背景。该烟囱底部外壁直径为18．5m，壁厚为600mm，烟囱顶部外壁直径为7．5m，壁厚为200mm。基础为圆板形式

4、，基础半径为15m，厚度为5m，桩图1烟囱整体计算模型基础。3计算模型的建立钢筋混凝土烟囱使用的材料为：筒壁和基础的本次计算利用大型有限元计算软件ABAQUS混凝土采用C30混凝土，筒壁竖向钢筋采用对钢筋混凝土烟囱进行建模计算，在进行建模计算HRB335级钢，环向钢筋采用HRB335级钢。材料的过程中，遵循以下几点：1)对于烟囱筒壁内的钢参数见表1。筋，假定混凝土和钢筋的粘结良好，等效为均匀连续表1材料参数的材料，不考虑钢筋和混凝土间的滑移，采用整体式重度弹性模量项目泊松比,y／(kN／m。)E／MPa收稿日期：2013—01

5、—15C30混凝土25300000．2作者简介：龚代瑜(1977一)，男，湖北云梦县人，毕业于天津大学，本科学历，高级工程师，现从事建筑结构设计工作。HRB335钢筋78．52OOOOO0．39第4期龚代瑜：地震作用下钢筋混凝土烟囱结构计算分析第40卷在计算分析过程中直接对烟囱外筒底部施加固对于结构在地震作用下的反应来说，不仅取决端约束，即约束烟囱外筒底面节点的所有自由度，暂于结构的动力特性，而且也与输入的地震波有关。不考虑烟囱和底部基础的相互作用。不同的地震波，会得到相差很远的地震反应。不同4烟囱的模态分析地震波的计算结果差

6、异及地震动的随机性，确保计在进行烟囱地震作用分析时，首先要确定烟囱算结果可靠的关键在于选择合理的输入地震波来进的自振特点，本次计算采用子空间迭代法进行计行动力分析。算，提取烟囱的前十阶频率，根据频率求出烟囱的5．1烟囱顶点时程反应分析白振周期。因为烟囱在平面上属于轴对称结构，本次计算选取7度罕遇地震的Taft水平波和竖所以在、y平面上、l，方向的自振周期和频率是向波、EI．Centro水平波和竖向波、Taft水平波及EI．成对出现的。结构的前十阶自振频率和自振周期Centro水平波来进行计算，水平加速度的峰值取为见表2。由表2

7、可知，该烟囱的一阶自振频率是220cm／s，，加速度峰值比取为0．65，进行钢筋混凝0．3Hz，自振周期为3．33s。结构的前五阶阵型如土烟囱结构的地震时程分析。在进行结构动力计算图2所示。时取阻尼比为0．05，地震波作用下烟囱顶点的水平位移、速度、加速度时程曲线分别见图3、图4、表2结构的前十阶自振频率和周期图5。模态阶数自振频率／Hz自振周期／s10．3O3．33¨量攀叭*一一一一一鼍吝繁2O．303．33∞30．971．0340．971．0352．220．4562．220．450246810时间，s73．940．25图3

8、烟囱顶点水平位移时程曲线83．94O．2596．030．17l06．O3O．170246810时间，s图4烟囱顶点水平速度时程曲线—El-Cartroh～E1--Cartroh+’l～—Tafth+v图2振型5烟囱在地震作用下分析在应用时程分析法进行结构的抗震设计时，不但要求