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考虑Ⅰ型支柱的超大型冷却塔风洞试验与风振系数研究

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特种结构 2024年第1期41卷 6-11+40页

作者：韩文星王振宇吴隽钟润辉张春伟中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司南京航空航天大学土木与机场工程系

超大型冷却塔结构的支柱截面构型和风振系数取值对其结构抗风稳定性尤为重要。依托安徽平山电厂二期国家最大火电机组超大型冷却塔示范工程,建立超大型冷却塔三维有限元精密化足尺模型,提出六种Ⅰ型支柱截面方案并探究其对结构模态、最... 详细信息

超大型冷却塔结构的支柱截面构型和风振系数取值对其结构抗风稳定性尤为重要。依托安徽平山电厂二期国家最大火电机组超大型冷却塔示范工程,建立超大型冷却塔三维有限元精密化足尺模型,提出六种Ⅰ型支柱截面方案并探究其对结构模态、最小局部稳定因子和质量参与系数的影响,根据确定的截面方案建立冷却塔缩尺模型并开展刚体测压风洞试验,最终给出考虑Ⅰ型支柱的超大型冷却塔风振系数取值。研究表明不同支柱宽度最小局部稳定因子和前1000阶质量参与系数总和基本相同,Ⅰ型支柱宽度2m为超大型冷却塔支柱最优方案,单塔和最不利风向角下考虑Ⅰ型支柱的超大型冷却塔整体风振系数建议取值为1.77和1.95。研究结论可为此类超大型冷却塔支柱截面选型和结构抗风设计提供参考。

关键词：超大型冷却塔 Ⅰ型支柱截面选型风振系数

超大型冷却塔钢管混凝土双交叉支柱稳定性能分析

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华中科技大学学报（自然科学版） 2022年第1期50卷 93-98页

作者：陈德劲查晓雄侯宪安哈尔滨工业大学(深圳)土木与环境工程学院广东深圳518055 中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司陕西西安710075

对某拟建超大型冷却塔钢管混凝土双交叉支柱体系的稳定性能展开研究.首先,采用有限元软件ABAQUS建立非线性模型,对冷却塔钢管混凝土双交叉支柱体系中单肢钢管混凝土柱的轴压受力全过程进行分析,得到屈曲模态以及稳定极限承载力;然后,对... 详细信息

对某拟建超大型冷却塔钢管混凝土双交叉支柱体系的稳定性能展开研究.首先,采用有限元软件ABAQUS建立非线性模型,对冷却塔钢管混凝土双交叉支柱体系中单肢钢管混凝土柱的轴压受力全过程进行分析,得到屈曲模态以及稳定极限承载力;然后,对整塔在重力荷载和风荷载组合下钢管混凝土双交叉支柱体系的整体稳定性能展开分析,获得塔筒加强及未加强两种情况下的双交叉支柱体系的极限稳定承载力;最后,基于弹性屈曲分析和规范公式,对钢管混凝土双交叉支柱稳定承载力提出简化计算方法,简化计算结果与非线性分析结果接近且偏安全,可用于实际工程设计.

关键词：双交叉支柱体系钢管混凝土稳定性能非线性分析超大型冷却塔

下击暴流作用下超大型冷却塔风场驱动机理与风荷载极值模型

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振动与冲击 2022年第22期41卷 23-32页

作者：韩光全柯世堂杨杰李文杰任贺贺南京航空航天大学民航学院土木与机场工程系南京211106

风荷载是超大型冷却塔结构设计的控制荷载,现行规范风压分布模型均针对良态风气候,缺乏下击暴流等特异风作用下的风场作用机理与风荷载分布模型。首先,采用冲击射流模型和大涡模拟(large eddy simulation,LES)技术模拟下击暴流三维非定... 详细信息

风荷载是超大型冷却塔结构设计的控制荷载,现行规范风压分布模型均针对良态风气候,缺乏下击暴流等特异风作用下的风场作用机理与风荷载分布模型。首先,采用冲击射流模型和大涡模拟(large eddy simulation,LES)技术模拟下击暴流三维非定常风场,分析了涡环运动、风速变化等风场特性;然后,以内蒙金山电厂228m世界最高冷却塔为例,揭示了处于风场不同径向位置处超大型冷却塔流场特性、风压系数瞬态分布,以及升/阻力系数分布特征;最后,与规范良态风作用下的考虑极值风效应的包络风压进行对比分析。研究表明:下击暴流发生过程中会产生一系列径向移动、反向旋转的气流涡环,各径向位置处风速随之呈现波动变化趋势;涡环撞击塔筒在迎风区外表面和背风区内表面形成高压区,在塔筒内部和背风面尾流区形成漩涡;塔筒内、外表面时程风压系数脉动趋势明显,底部区域受涡环影响震荡显著;冷却塔升力系数基本为0,层平均阻力系数自塔顶沿塔高方向逐渐增大,在塔底达到最大值;涡环对冷却塔的冲击作用极有可能引起瞬时极值风荷载超出规范良态风限值,进而易引起结构的破坏。

关键词：下击暴流超大型冷却塔绕流特性风压分布升/阻力系数极值风荷载

基于分层壳单元模型超大型冷却塔风致倒塌机制与失效准则

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建筑结构学报 2022年第10期43卷 141-150页

作者：李文杰柯世堂杨杰吴鸿鑫王飞天南京航空航天大学土木与机场工程系江苏南京211106

历史上超大型冷却塔风毁事件多次发生,国内外现行规范中缺乏超大型冷却塔风致倒塌机制与失效判别准则。以我国西北地区某在建高228 m的冷却塔为背景,建立分层壳单元模型,考虑塔筒的多尺度壁厚及配筋率变化,通过刚体测压风洞试验获取了... 详细信息

历史上超大型冷却塔风毁事件多次发生,国内外现行规范中缺乏超大型冷却塔风致倒塌机制与失效判别准则。以我国西北地区某在建高228 m的冷却塔为背景,建立分层壳单元模型,考虑塔筒的多尺度壁厚及配筋率变化,通过刚体测压风洞试验获取了冷却塔表面风荷载,结合增量动力分析法分析了典型风速下塔筒位移和内力响应,确定临界倒塌风速为83 m/s;基于节点失效前后von Mises应力变化规律提炼了冷却塔倒塌过程中3种内力重分布机制,结合塔筒喉部位移构建了结构变形失效准则。研究表明:采用分层壳单元模型可以有效模拟超大型冷却塔倒塌全过程,中心破坏区域扩散形成裂隙网,直至完全倒塌破坏;塔筒首个单元失效首先引发滑动面机制,随后以转动铰机制和滑移面机制为主进行内力重分布;当结构变形失效指标(喉部迎风面与背风面的相对水平位移与喉部直径之比)不小于1.5%时,超大型冷却塔失效倒塌。

关键词：超大型冷却塔分层壳单元模型倒塌机制失效准则

下击暴流作用下超大型冷却塔倒塌机制与失效准则研究

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振动工程学报 2022年第5期35卷 1037-1047页

作者：柯世堂李文杰韩光全杨杰任贺贺南京航空航天大学土木与机场工程系江苏南京211106

为研究下击暴流特异风作用下超大型冷却塔响应特征与倒塌机制,以中国西北地区某在建228 m世界最高冷却塔为对象,采用分层壳单元法建立结构多尺度有限元模型,基于LES方法获得超大型冷却塔在下击暴流作用下三种典型工况处的内外面脉动风压... 详细信息

为研究下击暴流特异风作用下超大型冷却塔响应特征与倒塌机制,以中国西北地区某在建228 m世界最高冷却塔为对象,采用分层壳单元法建立结构多尺度有限元模型,基于LES方法获得超大型冷却塔在下击暴流作用下三种典型工况处的内外面脉动风压,再结合增量动力分析法分析超大型冷却塔风致倒塌全过程变化规律,提炼超大型冷却塔在下击暴流作用下的倒塌机制,最后构建下击暴流风驱下超大型冷却塔倒塌失效准则。研究表明:下击暴流下塔筒表面风压分布模式与良态风差异显著,超大型冷却塔倒塌机制随下击暴流中心距离增大由内凹机制转换为外掀机制,且当能量失效指标K≥2时,超大型冷却塔倒塌破坏。

关键词：风致响应下击暴流超大型冷却塔倒塌机制失效准则

超大型冷却塔钢管混凝土交叉支柱截面选型研究

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建筑结构学报 2021年第S2期42卷 322-331页

作者：陈德劲吴洁查晓雄侯宪安哈尔滨工业大学(深圳)土木与环境工程学院广东深圳518055 湖北理工学院土木建筑工程学院湖北黄石435003 中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司陕西西安710075

为解决目前超大型冷却塔工程中的钢筋混凝土交叉支柱截面尺寸大,施工周期长,施工过程中脚手架使用量大等问题,提出将钢管混凝土应用于超大型冷却塔的交叉支柱(X支柱)中。根据某实际冷却塔项目的工程特点,按照与原采用矩形钢筋混凝土X支... 详细信息

为解决目前超大型冷却塔工程中的钢筋混凝土交叉支柱截面尺寸大,施工周期长,施工过程中脚手架使用量大等问题,提出将钢管混凝土应用于超大型冷却塔的交叉支柱(X支柱)中。根据某实际冷却塔项目的工程特点,按照与原采用矩形钢筋混凝土X支柱方案承载力相等的原则,设计分别采用圆形钢管混凝土X支柱、长圆形钢管混凝土X支柱的结构方案;采用有限元软件ABAQUS建立采用上述3种不同截面形式(矩形钢筋混凝土、圆形和长圆形钢管混凝土)X支柱的冷却塔结构模型,并通过与实际工程自振频率实测值进行对比验证有限元模型的准确性,分析重力荷载、风荷载和地震作用下的结构响应,研究不同X支柱截面形式(截面形状和组成材料不同)对冷却塔结构性能的影响;基于纤维模型法,计算得到采用3种不同截面形式X支柱交叉区域中截面的轴力-弯矩曲线。研究结果表明:在不同的荷载作用下,圆形和长圆形钢管混凝土X支柱方案的塔筒位移均小于矩形钢筋混凝土X支柱方案的,采用钢管混凝土X支柱有利于提高冷却塔结构刚度;在承受相同轴力情况下,圆形和长圆形钢管混凝土X支柱的受弯性能均比矩形钢筋混凝土X支柱的好。根据上述分析结果,推荐采用圆形钢管混凝土X支柱。

关键词：超大型冷却塔钢管混凝土交叉支柱有限元分析纤维模型法截面选型轴力-弯矩承载力曲线

超大型冷却塔龙卷风作用塔筒内表面风荷载特性研究

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振动与冲击 2021年第21期40卷 31-38页

作者：陈旭黄珑霆丁福祥韩力王通赵林上海师范大学建筑工程学院上海201418 同济大学防灾国家重点实验室上海200092

以某规划建设的215 m超大型冷却塔为研究对象,基于龙卷风物理模拟装置开展了龙卷风作用下冷却塔刚体测压风洞试验,研究了不同龙卷风涡流比条件下塔筒内表面风压分布规律,提出了龙卷风作用塔筒内压分布数学模型。结果表明:龙卷风作用下... 详细信息

以某规划建设的215 m超大型冷却塔为研究对象,基于龙卷风物理模拟装置开展了龙卷风作用下冷却塔刚体测压风洞试验,研究了不同龙卷风涡流比条件下塔筒内表面风压分布规律,提出了龙卷风作用塔筒内压分布数学模型。结果表明:龙卷风作用下的塔筒内压主要受龙卷气压降影响,呈均匀分布、环向强相关的负压;内压随龙卷风涡核半径内涡流比的减小以及塔心至涡心间距的减小而减小,即冷却塔位于低涡流比下的龙卷风涡核中心时所受内吸力最大,内压分布可以定量表示为冷却塔与龙卷风相对位置有关的对数模型。

关键词：超大型冷却塔龙卷风内压风洞试验涡流比

超大型冷却塔施工全过程风致稳定性能演化规律研究

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振动与冲击 2018年第10期37卷 172-180,193页

作者：柯世堂朱鹏南京航空航天大学土木工程系南京210016 江苏省邮电规划设计院有限责任公司铁塔院南京210019

现有冷却塔风致稳定性研究均忽略了施工期的影响,以国内某在建210 m高超大型冷却塔为对象,综合考虑工程进度与计算精度建立八个冷却塔施工全过程三维实体模型。采用大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)方法获得了施工期冷却塔三维气动... 详细信息

现有冷却塔风致稳定性研究均忽略了施工期的影响,以国内某在建210 m高超大型冷却塔为对象,综合考虑工程进度与计算精度建立八个冷却塔施工全过程三维实体模型。采用大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)方法获得了施工期冷却塔三维气动力时程,将成塔风压与规范及国内外现有实测曲线对比验证了数值模拟的有效性。在此基础上,提出了与施工进度实时演化的以子午向轴力为目标下冷却塔施工期风振系数差异取值,结合规范与有限元方法分析了成塔结构整体与局部稳定性,系统探讨了风振系数、混凝土龄期、施工载荷、几何非线性和内吸力对于施工全过程冷却塔屈曲稳定和极限承载能力的影响规律。主要结论为进一步理解施工全过程冷却塔风致稳定性能的演化规律、避免施工期风致破坏提供科学参考。

关键词：超大型冷却塔施工全过程风振系数屈曲稳定极限承载能力

超大型冷却塔风荷载和风振响应参数分析:自激力效应

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土木工程学报 2012年第12期45卷 45-53页

作者：柯世堂侯宪安赵林葛耀君南京航空航天大学江苏南京210016 中国电力工程顾问集团陕西西安710075 同济大学上海200092

以内陆在建打破世界纪录的某核电超大型冷却塔(高度为215m)为例,基于改进的等效梁格设计方法,在国内外首次实现了同步测压和测振的冷却塔气弹模型风洞试验,采用作者已提出的大型冷却塔风振计算方法并加载试验获得的两种气动力参数进行... 详细信息

以内陆在建打破世界纪录的某核电超大型冷却塔(高度为215m)为例,基于改进的等效梁格设计方法,在国内外首次实现了同步测压和测振的冷却塔气弹模型风洞试验,采用作者已提出的大型冷却塔风振计算方法并加载试验获得的两种气动力参数进行风振响应分析,探讨自激力效应对于大型冷却塔表面风压和风振响应的影响。分析表明:自激力对于大型冷却塔表面平均风压的分布特性影响较小、但对脉动风压的分布形式和数值影响较大;自激力对于结构大部分区域风振响应影响的误差都在5%以内,最大值达到10%,定性影响有利有弊。

关键词：超大型冷却塔气弹模型风荷载风振响应自激力效应一致耦合法