考慮樁土結構共同作用的大型冷卻塔風致響應研究.pdf

1、大型冷卻塔是一種典型的高聳薄殼結構，在工業(yè)生產(chǎn)中常被用作水循環(huán)冷卻設備。近年來，冷卻塔隨著我國經(jīng)濟的快速發(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，風荷載是其主要的控制荷載。當風流經(jīng)冷卻塔，頂部和底部由于端部三維流效應的存在，其流場與中部存在較大差異，導致頂部、中部和底部風壓分布的不同。本文通過風洞試驗，對冷卻塔三維流效應進行研究，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、風致響應及局部穩(wěn)定性上的差異，利用一體化有限元模型分析風洞試驗及規(guī)范風壓分布產(chǎn)生的結構風致響應及局部穩(wěn)定性差異。此外，本文還對冷卻塔建立了基于接觸分析的單樁、群樁模型，計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，為工程應用提供指導。主要研究內(nèi)容包括以下幾方面:
　　(1)冷卻塔端部三維流效應研究。本文對冷卻塔單塔進行風洞試驗，并獲得其風洞試驗風

3、荷載下的外表面風壓分布，總結了各國規(guī)范對冷卻塔外表面風壓分布的規(guī)定并與風洞試驗分布進行比較，分析端部三維流效應對冷卻塔風壓分布帶來的影響。
　　(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算方法，并將這些種計算方法獲得的土體水平抗力-位移曲線運用于COMBIN系列彈簧單元，建立描述各深度下樁身土反力-位移相關關系的彈簧-梁單元模型，計算典型荷載工況下的單樁樁身響應并與FB-Pier專業(yè)樁基軟件進行

4、核對，發(fā)現(xiàn)p-y曲線法結果與實際的單樁受力響應最為接近。
　　(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，獲得風洞試驗風荷載作用下的塔體風致響應及局部穩(wěn)定性分析結果;利用彈簧-梁單樁模型，連結冷卻塔上部結構與下部基礎，建立考慮樁土相互作用的“塔筒-支柱-環(huán)基-樁”的一體化計算模型;通過分析平均風、脈動風響應，局部穩(wěn)定性以及自身振動特性，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算比較了各國規(guī)范

5、與風洞試驗風荷載作用下冷卻塔整體結構的風致響應及局部穩(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、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;建立針對冷卻塔環(huán)基的承臺-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)折減后冷卻塔結構風致響應的變化;分析不同環(huán)基樁間