直筒锥段型钢塔塔筒流场及内阻力研究

本文通过数值模型(数模)研究和分析了直筒锥段型钢结构冷却塔塔筒段流场特点,并探讨了直筒锥段型钢结构冷却塔内阻力计算方法。结合风洞物理模型(物模)试验,定性评价了塔内结构构件对塔筒内阻力的影响。数模计算及物模试验结果表明,冷却塔塔筒段阻力值相对较小,在整个冷却系统中所占比例不大。直筒锥段型钢结构冷却塔阻力计算可沿用双曲线冷却塔的阻力计算方法,塔的总阻力计算时建议增加一项塔筒内阻力。蒙皮内置的直筒锥段型钢结构冷却塔塔筒内阻力可采用本文的速度突变构件局阻计算公式进行估算。蒙皮外置的直筒锥段型钢结构冷却塔塔筒内阻力相对较大,可参考本文研究结论或根据具体项目数模或物模研究结果确定。

超大直筒-锥段型钢结构冷却塔内压效应

基于计算流体力学方法(CFD)对某在建亚洲最高(189 m)超大直筒-锥段型钢结构冷却塔进行数值风洞模拟,提出直筒和锥段典型断面处表面绕流和尾迹特性,同时分析直筒和锥段内表面平均风荷载分布特性,并给出相应的体型系数拟合公式。基于有限元方法对超大直筒-锥段型钢结构冷却塔分别进行3种工况(内压作用、外压作用、内外压共同作用)下的静风响应分析,研究内压效应对超大型直筒-锥段钢结构冷却塔的主筒、加强桁架和附属桁架三部分结构风致响应的影响规律。研究结果表明:锥段内表面体型系数在迎风面与直筒段数值相近,其他部位偏离较大;内压效应对结构负向位移、主筒负压极值区的横杆轴力、附属桁架横杆轴力及上部加强桁架支撑轴力影响相对较大。

一种新型直筒-锥段型钢结构冷却塔气动性能的LES数值分析

作为一种外形新颖的典型风敏感结构,直筒-锥段型钢结构冷却塔表面风荷载随机分布特性亟待研究。以国内拟建最高的某新型直筒-锥段型钢结构冷却塔(塔高189 m)为例,采用大涡模拟(Large eddy simulation,LES)方法对其进行风场数值模拟,获取了直筒和锥段两部分结构的外表面三维气动力时程。将平均和脉动风压系数分别与相关规范及国内外冷却塔实测及风洞试验结果进行对比,验证了数值模拟方法的有效性。进而提炼出此类直筒-锥段型钢结构冷却塔外表面平均、脉动和极值风荷载以及阻力系数等气动参数分布规律。最终给出了此类新型的直筒-锥段型钢结构冷却塔结构平均和极值风压估算公式及其分布曲线。

考虑几何及材料非线性直筒-锥段型钢结构冷却塔风致稳定性能研究

作为一种新颖的风敏感结构,直筒-锥段型钢结构冷却塔曲面形状和动力特性复杂、结构柔性和风致效应明显增大,整体稳定性能是其结构设计的瓶颈之一,尤其是结构几何、材料非线性及其高阶振型的影响。本文采用CFD技术数值模拟获得钢结构冷却塔表面风荷载分布模式,基于ANSYS软件建立主筒+加强桁架+附属桁架(铰接)耦合的一体化钢结构冷却塔有限元模型,以不同特征值屈曲模态作为初始几何缺陷分布形式,并基于几何及材料双重非线性有限元方法,系统研究了此类钢结构冷却塔在不同风速下低阶和高阶模态的稳定性能,涉及分歧失稳形态、极值失稳形态、临界失稳风速和静风响应。研究表明:考虑几何及材料双重非线性下钢结构冷却塔临界屈曲承载力下降;基阶屈曲波形相对较小,对几何初始缺陷不敏感;随着风速的增大,附属桁架最先发生失稳屈曲,然后依次为加强桁架和主筒。几何初始缺陷系数及阶数的改变对失稳临界风速影响较小,但随着阶数的增加,非线性分析过程中的变形趋势由附属桁架逐渐转移到主筒。所得主要结论可为此类新型钢结构冷却塔的抗风稳定性验算提供参考。

超大型钢结构空冷塔的施工过程分析研究

2018年建成的内蒙古锡林浩特钢结构空冷塔,塔高180m,塔底直径154. 3m,为目前世界最高的钢结构空冷塔。本文以该塔为例,对超大型直筒-锥段型钢结构空冷塔采用塔吊吊装的施工方法进行了简述,对施工过程分析中的荷载取值、塔吊附着、变形控制、承载力验算、层杆件环向不闭合、施工过程中的安全控制措施等关键问题进行了较为详细的介绍,为今后该类钢塔的施工过程分析工作提供了参考。