以重慶地區(qū)某工程高位收水冷卻塔中央豎井左側(cè)集水槽進行有限元三維建模,進行有限元整體結(jié)構(gòu)計算。集水槽底板、側(cè)壁采用Shell181 三維殼單元,暗框架柱、框架頂梁、拉梁,承臺梁及灌注樁均采用Bea m188 三維梁單元。Shell181 及Bea m188 單元能很好地模擬集水槽各部分構(gòu)件。同時,在后處理時能提取集水槽側(cè)壁、底板、暗框架柱及梁的彎矩、剪力及軸力,方便直接用于結(jié)構(gòu)設計,進行配筋計算。三維模型中shell181 殼單元共有7342 個,Bea m188 梁單元共計782 個。
以重慶地區(qū)某工程高位收水冷卻塔集水槽為例,介紹高位收水冷卻塔集水槽的結(jié)構(gòu)形式及受力特點。重慶地區(qū)某工程冷卻塔采用高位收水冷卻塔,集水槽斷面尺寸(B×H):5.6 ×14.0 m,其地基形式為樁基。
在工程應用中 ,為確保沉淀效果和出水水質(zhì) ,設計除依照規(guī)范盡可能減少堰上負荷外 ,還避免堰的設置位置不當對出水帶來的影響 ,應避免采用外置單側(cè)堰方式出水; 二沉池出水設計為內(nèi)置雙側(cè)堰出水時 ,也宜設計離池壁 2~ 3 m處。 另外二沉池出水堰槽設計平衡孔時 ,也應在設計中選擇適當?shù)挠嬎惴椒ù_定 ,使二沉池出水槽和溢流堰處在合理的運行狀態(tài)。
對于暗框架而言,采用傳統(tǒng)平面假定計算,暗框架布置間距范圍的內(nèi)水壓力全部由暗框架承受。由此計算計算出的暗框架結(jié)構(gòu)尺寸偏大,忽略了集水槽側(cè)壁共同受力的作用,計算方法偏保守。不能達到優(yōu)化設計,節(jié)省工程造價的目的。
沿集水槽長度方向( 水 力及彎矩,為拉彎構(gòu)件,承臺梁的大彎矩為平向),暗框架柱類似于集水槽壁板的支座,集3077 kN · m,大軸向拉力為1258 kN。對于集水槽樁基而言,三維有限元仿真計算,能準確計算出每根樁的樁頂豎向力及水平力,進行樁基優(yōu)化布置和選型設計。
通過有限元三維仿真計算分析可知,集水槽壁板豎向及水平向同時承受彎矩和拉力,應按拉彎構(gòu)件進行結(jié)構(gòu)設計;能準確計算出暗框架各構(gòu)件所受的彎矩、拉力或壓力,對暗框架進行優(yōu)化設計,減少集水槽混凝土工程量,節(jié)省工程造價。
集水槽為地面式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),位于高位收水冷卻塔收水裝置下。其所受荷載為:自重: 25 kN/m集水槽內(nèi)水壓力: 為水深的線性函數(shù),大為140 kN/m風荷載:基本風壓:0.40 kPa集中荷載:單層配水槽傳來的集中荷載。集水槽內(nèi)水壓力作為面荷載作用于集水槽側(cè)壁及底板,風荷載作為面荷載作用于集水槽側(cè)壁,單層配水槽傳來的集中荷載作用于集水槽暗框架頂梁上。
集水槽主要承受集水槽內(nèi)的內(nèi)水壓力作用,其次是單層配水槽傳來的集中荷載及風荷載。內(nèi)水壓力隨水深增加,壓力越大,在內(nèi)水壓力作用下,集水槽壁板同時承受彎矩與拉力作用。采用傳統(tǒng)平面假定方法不易準確計算出集水槽壁板承受的拉力,且不能根據(jù)水壓力的特點進行變截面設計,同時忽略了暗框架與集水槽壁板作為一個整體,共同承受內(nèi)水壓力。
集水槽有限元分析時分三種工況設計: 工況1 :集水槽修建完成后,未投入運行,僅受風荷載。 工況2:集水槽修建完成后,投入正常運行,不受風荷載。 工況3:集水槽修建完成后,投入正常運行,受風荷載。 內(nèi)力分析中,取以上3 種工況中不利組合進行結(jié)構(gòu)設計。
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