火电厂悬挂式钢内筒烟囱地震反应分析

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1、摘要摘要随着国家经济实力和综合国力的提升，国际环保标准的逐步提高和公众环保意识的增强，火电厂烟囱形式从单筒式向多管式发展，悬挂式钢内筒烟囱因其经济的用钢量和建造技术的日趋成熟，是近年来国内外工程中特别是电力系统如火电厂应用较为广泛的烟囱形式。但目前，对此类烟囱研究性能多只集中在静力方面，重点研究支撑牛腿和支撑点附近钢筒应力和应变规律及改进措施，在动力方面研究甚少。我国地处地震频发区，仅21世纪初几次大地震就给人民生活和生产造成严重影响。火电厂烟囱在地震下的破坏不仅会造成较大经济损失，而且还会导致相关电力系统瘫痪，产生严重后果。因此，研究此类烟囱的地震反应具有重

2、大的工程意义。如何合理建立此类烟囱的动力分析模型和计算参数的取定是成功分析此类烟囱的地震反应的前提，本文通过深入研究此类烟囱的设计和构造基础上，合理简化排烟内筒与承重平台牛腿连接为铰接，承重平台梁与外筒的连接因材料的不同模拟成铰接，同时，为防止悬挂点处过分的应力集中，悬挂点处单元划分适当加密。悬挂式钢内筒烟囱的钢内筒布置形式有多种，有分段悬挂式和整体悬挂式等。为探讨不同的内筒布置形式烟囱的地震反应和抗震性能，本文建立五个钢筋混凝土外筒相同而钢内筒布置不同的悬挂式钢内筒烟囱模型，内筒布置分别为钢筋混凝土单筒烟囱无悬挂内筒、六节、三节、二节、一节悬挂内筒。对这五个

3、模型进行模态分析，反应谱分析，输入ElCentro波和Taft波进行时程反应分析，对计算模拟结果横向和纵向对比分析，探讨此类烟囱不同内筒布置形式对外筒的影响和对内筒自身的影响。分析结果表明：1、有无悬挂内筒对烟囱结构的基本自振周期影响不大但对烟囱其它振型影响较为明显。本文所计算的悬挂式钢内筒烟囱基本自振周期与常用[40]烟囱基本周期最大仅相差10%，说明此类烟囱基本自振周期可用常用烟囱计算公式求得。悬挂式钢内筒烟囱前两阶振型均为整体振型且前六阶整体振型均为平动未出现扭转，局部振型出现在第三阶之后，局部振型居多，这是因为钢内筒与承重平台牛腿处约束较少造成的。2、

4、对于悬挂式烟囱，振型为600阶左右时的振型质量参与累计达90%以上。因此对于此类局部振型众多的结构，计算时应进行反复试算，选择合理足够的计算振型数量，以使结构振型参与质量不小于总质量的90%。3、在地震作用下，有悬挂内筒的烟囱外筒位移较无悬挂内筒的烟囱I中国地震局工程力学研究所硕士学位论文外筒位移小，说明悬挂内筒的摆动可减缓外筒的变形。有悬挂内筒的烟囱外筒剪力和弯矩的分布规律和无悬挂内筒的单筒烟囱相接近，剪力在烟囱2/3标高处向底部递增较大，弯矩在烟囱1/3标高处向底部递增较大。4、内筒的悬挂长度和悬挂位置对内筒底端位移、内筒悬挂处应力影响较大。外筒+二节内筒

5、烟囱内筒悬挂处应力值远远高于其它三个烟囱应力值，较为不合理，建议设计时不宜采用；在7度大震作用下，外筒+六节内筒、外筒+三节内筒、外筒+一节内筒烟囱均不会发生破坏；在8度大震作用下，外筒+六节内筒烟囱极有可能发生破坏，而外筒+三节内筒和外筒+一节内筒烟囱还处于安全弹性阶段，不会发生破坏。内筒悬挂点处强度直接影响悬挂内筒地震安全，设计时应重点考虑悬挂处应力，根据考虑地震作用综合考虑内筒的布置方式。5、综合考虑不同内筒悬挂长度及位置对内外筒的影响，建议设计200~250m高的悬挂式钢内筒烟囱时，排烟内筒分为三段悬挂较为合理，在地震作用下抗震性能较好。计算结果可为相

6、关工程人员参考使用。关键词：悬挂式钢内筒烟囱；自振特性；地震反应IIABSTRACTABSTRACTWiththedevelopmentofcomprehensivenationalstrengthandeconomic,internationalenvironmentalstandardsisgraduallyimprovingandpublicawarenessofenvironmentalprotectionisbeingstrengthened.Theformofpowerplantchimneyischangingfromthesinglecylin

7、dertypetothemulti-tubeone.Thesuspensoryinnersteelcylinderchimneyiswidelyadoptedindomesticandinternationalprojects,especiallyinthepowersystemssuchasfireplants,becauseoftheeconomicalsteelusageofconstructionofchimneyandtheimprovementofconstructiontechnology,However,theexsitingresearcho

8、nthemechannicalprop