超高太陽能煙囪結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算分析

《超高太陽能煙囪結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算分析》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、第1卷第3期廣州城市職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)Vol11NO132007年12月JournalofGuangzhouCityPolytechnicDec12007超高太陽能煙囪結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算分析衛(wèi)軍,談颋,周錫武,張曉霞(華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院,湖北武漢430074)摘要:太陽能熱氣流發(fā)電是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模開發(fā)和利用太陽能的一種新途徑。首先采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分析方法,推導(dǎo)出平截面假定。在分別考慮自重和風(fēng)荷載的情況下得到超高煙囪混凝土受壓破壞狀態(tài)方程。然后考慮荷載效應(yīng),選取鋼筋混凝土材料的強(qiáng)度、容重以及標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓作為基本隨機(jī)變量和100a為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期。

2、最后以1000m超高煙囪為例,采用蒙特卡羅方法結(jié)合MATLAB編程計(jì)算出底部直徑、壁厚、配筋率和混凝土強(qiáng)度對(duì)可靠度指標(biāo)的影響。關(guān)鍵詞:太陽能發(fā)電;超高煙囪;結(jié)構(gòu)可靠度;蒙特卡羅法中圖分類號(hào):TU312文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-0408(2007)03-0080-07德國斯圖加特大學(xué)教授J·Schlaich于1978年提出了太陽[1-3]能熱氣流發(fā)電技術(shù)的概念,即利用太陽能加熱集熱棚內(nèi)的空氣,同時(shí)超高煙囪使熱氣流加速流動(dòng),流動(dòng)的熱氣流推動(dòng)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電,如圖1所示。此后,西班牙和美國先后建立了[2]不同形式的太陽能熱氣流發(fā)電站的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

3、。我國也在準(zhǔn)[4]備開展太陽能熱氣流發(fā)電技術(shù)研究。研究表明,要使太陽能圖1太陽能熱氣流發(fā)電技術(shù)原理圖氣流發(fā)電達(dá)到20萬千瓦的可用功率,煙囪高度將達(dá)到1000m以上。鑒于煙囪超高的體型特征,需要計(jì)算出煙囪在各種情況下的可靠度指標(biāo)來保證結(jié)構(gòu)的安全性和適用性。1超高煙囪的概念設(shè)計(jì)通過對(duì)超高煙囪作靜力分析,結(jié)合現(xiàn)有規(guī)范進(jìn)行試算的結(jié)果表明,在建造大于800m高的煙囪時(shí),鋼[4]筋混凝土筒狀結(jié)構(gòu)是合適的選型。在考慮自重荷載和風(fēng)荷載的情況下,煙囪的應(yīng)力和變形值均在可以接受的范圍內(nèi)。本文中的煙囪采用鋼筋混凝土單筒狀結(jié)構(gòu),壁厚dc沿高度方向線形變化,煙囪截面及

4、壁厚分別如圖2和圖3。2超高煙囪的受力狀態(tài)分析對(duì)于非地震區(qū)的超高煙囪,自重荷載是主要的豎向荷載,而風(fēng)荷載成為主要水平荷載。它們共同構(gòu)成結(jié)構(gòu)的主要控制荷載。所以本文的計(jì)算中,結(jié)構(gòu)的外力為風(fēng)荷載和煙囪自重,而忽略其它作用如雨、雪收稿日期:2006-12-08作者簡介:衛(wèi)軍(1957—),男,華中科技大學(xué)教授、博導(dǎo),主要研究方向:土木工程結(jié)構(gòu)。80?1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net衛(wèi)軍,談颋,周錫武

5、,張曉霞:超高太陽能煙囪結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算分析荷載的影響。圖2煙囪形狀及截面圖圖3煙囪壁厚剖面圖211基本假定分析過程主要基于以下幾個(gè)基本假設(shè):1)鋼筋和混凝土都為彈性材料;2)鋼筋和混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系已知;3)鋼筋和混凝土變形符合平截面假定;4)鋼筋和混凝土間不發(fā)生滑移;5)鋼筋沿圓周均勻分布。截面鋼筋布置由圖4所示。圖4應(yīng)力計(jì)算簡圖由平截面假設(shè)可知,鋼筋處的應(yīng)變?yōu)閎1b1+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圓周將平均分成n份,則bi(i>1)的表達(dá)式為D2π(i-1)n+41-cos,1,2n4式中,b1為截面下邊界到中和軸的距離,bi為鋼筋橫向投影到截面下邊界的距離。212自重引起的軸力N2設(shè)γ為鋼筋混凝土密度,g為重力加速度,取g=10m/s,計(jì)算簡圖如圖5所示,可得因重力引起的煙81?1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.

7、cnki.net廣州城市職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)2007年第3期[4-5]囪底部軸力為N=618AcHγ,(4)式中,Ac為煙囪底部截面面積。在只考慮自重的情況下,混凝土受壓破壞的方程為n/2+1∑σsiAsi+Nσc(x)dA=N,(5)i=1Asi為同一縱截面上的鋼筋面積。將式(3)代入式(5),積分化簡后得m1b1εc+n1εc=8(b1+d)N,(6)其中22m1=8nEsAs0+2π(D-d)Ec,n/2圖5風(fēng)荷載的計(jì)算簡圖22n1=82∑bi+bn/2+πd(D-d)Ec,i=1式中,Ec為混凝土的彈性模量,n為鋼筋根數(shù),D為煙囪底部外徑,d

8、為煙囪底部內(nèi)徑。213橫向風(fēng)荷載引起的彎矩M[6]我國規(guī)范采用垂直于建筑物表面上的平均風(fēng)荷載按下式計(jì)算ωk0=μsμzω0,(7)2式中,ωk0為風(fēng)荷載平均值(單位