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《超高太阳能烟囱结构可靠度计算分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第1卷第3期广州城市职业学院学报Vol11NO132007年12月JournalofGuangzhouCityPolytechnicDec12007超高太阳能烟囱结构可靠度计算分析卫军,谈颋,周锡武,张晓霞(华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉430074)摘要:太阳能热气流发电是实现大规模开发和利用太阳能的一种新途径。首先采用钢筋混凝土结构的强度分析方法,推导出平截面假定。在分别考虑自重和风荷载的情况下得到超高烟囱混凝土受压破坏状态方程。然后考虑荷载效应,选取钢筋混凝土材料的强度、容重以及标准风压作为基本随机变量和100a为设计基准期。
2、最后以1000m超高烟囱为例,采用蒙特卡罗方法结合MATLAB编程计算出底部直径、壁厚、配筋率和混凝土强度对可靠度指标的影响。关键词:太阳能发电;超高烟囱;结构可靠度;蒙特卡罗法中图分类号:TU312文献标识码:A文章编号:1674-0408(2007)03-0080-07德国斯图加特大学教授J·Schlaich于1978年提出了太阳[1-3]能热气流发电技术的概念,即利用太阳能加热集热棚内的空气,同时超高烟囱使热气流加速流动,流动的热气流推动涡轮发动机发电,如图1所示。此后,西班牙和美国先后建立了[2]不同形式的太阳能热气流发电站的试验模型
3、。我国也在准[4]备开展太阳能热气流发电技术研究。研究表明,要使太阳能图1太阳能热气流发电技术原理图气流发电达到20万千瓦的可用功率,烟囱高度将达到1000m以上。鉴于烟囱超高的体型特征,需要计算出烟囱在各种情况下的可靠度指标来保证结构的安全性和适用性。1超高烟囱的概念设计通过对超高烟囱作静力分析,结合现有规范进行试算的结果表明,在建造大于800m高的烟囱时,钢[4]筋混凝土筒状结构是合适的选型。在考虑自重荷载和风荷载的情况下,烟囱的应力和变形值均在可以接受的范围内。本文中的烟囱采用钢筋混凝土单筒状结构,壁厚dc沿高度方向线形变化,烟囱截面及
4、壁厚分别如图2和图3。2超高烟囱的受力状态分析对于非地震区的超高烟囱,自重荷载是主要的竖向荷载,而风荷载成为主要水平荷载。它们共同构成结构的主要控制荷载。所以本文的计算中,结构的外力为风荷载和烟囱自重,而忽略其它作用如雨、雪收稿日期:2006-12-08作者简介:卫军(1957—),男,华中科技大学教授、博导,主要研究方向:土木工程结构。80©1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net卫军,谈颋,周锡武
5、,张晓霞:超高太阳能烟囱结构可靠度计算分析荷载的影响。图2烟囱形状及截面图图3烟囱壁厚剖面图211基本假定分析过程主要基于以下几个基本假设:1)钢筋和混凝土都为弹性材料;2)钢筋和混凝土的应力应变关系已知;3)钢筋和混凝土变形符合平截面假定;4)钢筋和混凝土间不发生滑移;5)钢筋沿圆周均匀分布。截面钢筋布置由图4所示。图4应力计算简图由平截面假设可知,钢筋处的应变为b1b1+b2b1+biε1=εc,ε2=εc,⋯,εi=εc,(1)b1+Db1+Db1+D因此εcb1εc(b1+bi)σs1=ε1Es=Es,⋯,σsi=εiEs=Es.(2
6、)b1+Db1+D圆周将平均分成n份,则bi(i>1)的表达式为D2π(i-1)n+41-cos,1,2n4式中,b1为截面下边界到中和轴的距离,bi为钢筋横向投影到截面下边界的距离。212自重引起的轴力N2设γ为钢筋混凝土密度,g为重力加速度,取g=10m/s,计算简图如图5所示,可得因重力引起的烟81©1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.
7、cnki.net广州城市职业学院学报2007年第3期[4-5]囱底部轴力为N=618AcHγ,(4)式中,Ac为烟囱底部截面面积。在只考虑自重的情况下,混凝土受压破坏的方程为n/2+1∑σsiAsi+Nσc(x)dA=N,(5)i=1Asi为同一纵截面上的钢筋面积。将式(3)代入式(5),积分化简后得m1b1εc+n1εc=8(b1+d)N,(6)其中22m1=8nEsAs0+2π(D-d)Ec,n/2图5风荷载的计算简图22n1=82∑bi+bn/2+πd(D-d)Ec,i=1式中,Ec为混凝土的弹性模量,n为钢筋根数,D为烟囱底部外径,d
8、为烟囱底部内径。213横向风荷载引起的弯矩M[6]我国规范采用垂直于建筑物表面上的平均风荷载按下式计算ωk0=μsμzω0,(7)2式中,ωk0为风荷载平均值(单位
