地震作用下钢筋混凝土烟囱结构计算分析.pdf

第40卷第4期
建筑技术开发
Vol 40. No 4
2013年4月
Building Techt
Development
Apr.2013
地震作用下钢筋混凝土烟匈结构计算分析
龚代瑜
(中煤科エ集团武汉设计研究院,武汉430070)
〔摘要]以河北某电厂钢筋混凝土囱为背景,利用有限元计算软件 ABAQUS进行地震作用下钢筋混凝土烟囱的计
算分析。通过烟囱的模态分析和计算,了解了烟囱结构的自振特性,对钢筋混凝土结构烟囱的地震分析主要
是对烟囱顶点的时程反应分析进行,对比和分析计算结果,简述了钢筋混凝土烟囱的阻尼比对地篾计算的
影响
[关键词]地震作用;钢筋混凝土烟囱;时程分析;有限单元法
[中图分类号]T375
[文献标志码]A
[文章编号]1001-523X(2013)04-0009-03
1概述
模型;2)有限元建模时考虑13.180~21.750m处的
众所周知,地震给建筑物造成的破坏是很大的,烟道孔,建模时按照烟道孔的实际尺寸进行建模计
地震作用下建筑物的反应一直受到工程界的关注。算,对于局部的其他较小孔洞,计算时为避免应力集
目前,在我国的工业建筑中,烟囱极为普遍,钢铁厂
中,不予考虑。烟肉的整体计算模型见图1。
火电厂、化工厂等都建有上百米甚至数百米高的烟
囱,因此烟囪抗震性能的好坏不仅直接关系到其附
近建筑物的安全,而且直接影响城市的抗震减灾。
由于结构在地震动力作用下过程复杂,影响因素较
多,因此,关于烟囱结构的抗震研究多限于假设和计
算理论,对烟的震动模型试验资料还不多,对烟肉
在动力作用下的响应的认识还不够充分。本文简述
了利用大型有限元计算软件 ABAQUS对钢筋混凝
土烟囱结构进行地震动作用下的分析过程,具有
定的实际意义。
2工程概况
本次计算分析以河北某电厂210m钢筋混凝土
烟囪为背景。该烟肉底部外壁直径为18.5m,壁厚为
600mm,烟囱顶部外壁直径为7.5m,壁厚为200m。
基础为圆板形式,基础半径为15m,厚度为5m,桩
基础。
图1烟囱整体计算模型
3计算模型的建立
钢筋混凝土烟囱使用的材料为:筒壁和基础的
本次计算利用大型有限元计算软件 ABAQUS混凝土采用C30混凝土,筒壁竖向钢筋采用
对钢筋混凝土烟囱进行建模计算,在进行建模计算HRB335级钢,环向钢筋采用HRB335级钢。材料
的过程中,遵循以下几点:1)对于烟囱簡壁内的钢参数见表1。
筋,假定混凝土和钢筋的粘结良好,等效为均匀连续
表1材料参数
的材料,不考虑钢筋和混凝土间的滑移,采用整体式
重度
弹性模量
项目
/(kN/m2)
E/Mpa
泊松比
收稿日期:2013-01-15
作者简介:龚代瑜(1977-),男,湖北云梦县人,毕业于天津大学,本科
C30混凝土
30000
学历,高级工程师,现从事建筑结构设计工作。
HRB335钢筋
78.5
200000
0.3
第4期
摯代瑜:地震作用下钢筋混凝土烟囱结构计算分析
第40卷
在计算分析过程中直接对烟囱外筒底部施加固
对于结构在地震作用下的反应来说,不仅取决
端约東,即约東烟囱外筒底面节点的所有自由度,暂于结构的动力特性,而且也与输入的地震波有关。
不考虑烟囟和底部基础的相互作用。
不同的地震波,会得到相差很远的地震反应。不同
4烟囱的模态分析
地震波的计算结果差异及地震动的随机性,确保计
在进行烟囱地震作用分析时,首先要确定烟囱算结果可靠的关键在于选择合理的输入地震波来进
的自振特点,本次计算采用子空间迭代法进行计行动力分析。
算,提取烟囱的前十阶频率,根据频率求出烟囱的
烟囱顶点时程反应分析
自振周期。因为烟囱在平面上属于轴对称结构,
本次计算选取7度罕遇地震的Taft水平波和竖
所以在X、Y平面上X、Y方向的自振周期和频率是向波、EI- Centro水平波和竖向波、Taft水平波及EI
成对出现的。结构的前十阶自振频率和自振周期 Centro水平波来进行计算,水平加速度的峰值取为
见表2。由表2可知,该烟肉的一阶自振频率是220cm/s2,,加速度峰值比取为0.65,进行钢筋混凝
0.3Hz,自振周期为3.33s。结构的前五阶阵型如土烟囱结构的地震时程分析。在进行结构动力计算
图2所示。
时取阻尼比为0.05,地震波作用下烟卤顶点的水平
表2结构的前十阶自振频率和周期
位移、速度、加速度时程曲线分别见图3、图4、
图5
模态阶数
自振频率/Hz
自振周期/8
0.30
3.33
El-cartro h
El-cartro h+y
0.30
3.33
Taft h+y
0.97
1.03
0.97
0.45
2.22
0.25
3.94
图3烟顶点水平位移时程曲线
6
0,17
Ei-cartro
? Castro
10
6.03
0.17
Taft h
Taft h+y
长
时间
图4烟囱顶点水平速度时程曲线
El-cartro h
artro h+-
Tait h+y
图2振型
5姻囱在地震作用下分析
0
-2
在应用时程分析法进行结构的抗震设计时,不
长
但要求给出结构的必要参数,而且还需要确定输入
的地震波。一般根据结构运动微分方程,把地面运
时间
动加速度时间历程当做输人地震波。
图5烟囱顶点水平加速度时程曲线