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混凝土结构冷却塔 冷却塔主体结构较简单,属于大尺度空间桁架结构,各层楼板框架和楼梯是由无数纵横交错、规格形状不同的型钢焊接或栓结而成的复杂小尺度平面桁架。混凝土结构冷却塔工程的塔顶辊是带钢上行段的一个支撑段,由于塔顶辊安装在冷却塔顶层,冷却
混凝土结构冷却塔
冷却塔主体结构较简单,属于大尺度空间桁架结构,各层楼板框架和楼梯是由无数纵横交错、规格形状不同的型钢焊接或栓结而成的复杂小尺度平面桁架。混凝土结构冷却塔工程的塔顶辊是带钢上行段的一个支撑段,由于塔顶辊安装在冷却塔顶层,冷却塔塔顶局部的动力学特性会影响到塔顶辊进而影响到带钢的抖动,因此冷却塔对带钢抖动的影响至关重要。笔者通过对塔上设备和构件的简化,在此基础上,进一步分析塔顶局部对带钢抖动的影响,为合理设计塔的修正方案提供依据。
混凝土结构冷却塔工程整体有限元模型的建立和论证
冷却塔属于空间桁架结构,宜采用梁单元建立有限元模型,经过对塔上设备和构件的简化,可以得到冷却塔的有限元模型。
计算结果分析如下:
(1)第一阶振型:冷却塔作类似悬臂梁的一阶弯曲摆动,在向和:k向都有分量,但y向分量比向大得多4向弯曲振动时的冷却塔顶层振动。
(2)第二阶振型:冷却塔作类似悬臂梁的一阶弯曲摆动,在%向和y向都有分量,这与第一阶模态类似,但-向分量比y向大得多,y向弯曲振动时的冷却塔顶层振动。
(3)第三阶振型:冷却塔绕z轴扭摆振动,扭转振动时的冷却塔顶层。
3塔顶局部分析
带钢离开锌锅垂直向上至冷却塔塔顶第一转向辊,其行程高达60多米。其间不但没有棍子托扶,而且还要经受气刀、冷却风箱等强大气流的喷吹,所以带钢在这段运行时一般抖动都相对比较严重。带钢不仅受横向载荷,而且还在纵向(轴向)受张力作用,故带钢抖动理论上属于“轴向运动薄板的纵横弯曲振动”问题。引起带钢抖动的因素可分为强迫振动和参数激励振动卜(带速变化、波动等)。
为了更详细更全面地研究塔顶辊及其支撑系统,在混凝土结构冷却塔工程基础上为冷却塔塔顶两层单独建立了有限元模型,对塔顶两层的局部动力学特性进行了有限元计算,计算结果表明:冷却塔在第七阶模态时出现了弯曲阵型,其相应的固有频率。在现场测试中,所求得得塔顶辊及其支撑子系统的固有频率就是该振型所对应着的固有频率。
4修正方案的提出
为了改善塔顶局部动特性对带钢抖动的影响,提出两套塔顶两层局部设计的改进方案,图中圆圈为标记的改造新增结构,分别建立了有限元模型,并将其计算结果与“实际模型”进行了比较,期望从中能筛选出一个令人满意的方案。
从上述有限元计算结果可以看出,方案一和方案二第七阶和第八阶阵型均没有明显的顶层弯曲阵型,因此有改进的意义。
结论
(4)通过对塔顶两层的局部模态计算可知,对于修正前模型,其第七阶振型出现了顶层弯曲振型,该振型对塔顶辊的影响最大。现场测试的频率实际上就是该振型所对应的频率,测试结果与该振型所对应频率相接近,进一步验证了有限元的计算结果。因此有必要对塔顶层的结构进行改进。
(5)有限元的计算结果还显示出,对于混凝土结构冷却塔工程塔顶加强方案无论是方案一还是方案二,第八阶振型中均没有明显的顶层弯曲振型。因此有改进的意义。另外,从动态响应的最大位移值来考量,方案二的最大响应位移比方案一的大30%,似乎方案一从位移响应来判断更有效。