資源描述：
《超高太陽能煙囪結(jié)構(gòu)可靠度計算分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，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)學院學報Vol11NO132007年12月JournalofGuangzhouCityPolytechnicDec12007超高太陽能煙囪結(jié)構(gòu)可靠度計算分析衛(wèi)軍,談颋,周錫武,張曉霞(華中科技大學土木工程與力學學院,湖北武漢430074)摘要:太陽能熱氣流發(fā)電是實現(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)的強度分析方法,推導出平截面假定。在分別考慮自重和風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度、容重以及標準風壓作為基本隨機變量和100a為設(shè)計基準期。
2、最后以1000m超高煙囪為例,采用蒙特卡羅方法結(jié)合MATLAB編程計算出底部直徑、壁厚、配筋率和混凝土強度對可靠度指標的影響。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:TU312文獻標識碼:A文章編號:1674-0408(2007)03-0080-07德國斯圖加特大學教授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,同時超高煙囪使熱氣流加速流動,流動的熱氣流推動渦輪發(fā)動機發(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?zāi)Ｐ?/p>
3、。我國也在準[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)電達到20萬千瓦的可用功率,煙囪高度將達到1000m以上。鑒于煙囪超高的體型特征,需要計算出煙囪在各種情況下的可靠度指標來保證結(jié)構(gòu)的安全性和適用性。1超高煙囪的概念設(shè)計通過對超高煙囪作靜力分析,結(jié)合現(xiàn)有規(guī)范進行試算的結(jié)果表明,在建造大于800m高的煙囪時,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。所以本文的計算中,結(jié)構(gòu)的外力為風荷載和煙囪自重,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,華中科技大學教授、博導,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)學院學報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風荷載的計算簡圖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荷載按下式計算ωk0=μsμzω0,(7)2式中,ωk0為風荷載平均值(單位
