考虑风场相关性的冷却塔随机风振响应分析

论文摘要

双曲冷却塔多应用于电力、石油、核能、采矿等行业。随着我国经济快速发展,各种超大冷却塔也开始大量兴建。由于这类薄壳旋转结构具有质量轻、柔性大、阻尼小、自振频率低等特点,风荷载便成为控制结构设计的主要荷载之一。但现行的规范中只针对高度小于165m的冷却塔提出了规定,对高于165m的则没有提及。因此,对超出规范规定的超大冷却塔开展风振响应研究是很有必要的。风振响应计算理论主要分为频域法和时域法两种分析方法,本文分别在频域和时域中分析了超大冷却塔结构风振响应并进行了对比,并在以上基础上进行了抗风动力可靠度计算。具体工作如下:1.冷却塔风振响应频域分析。本文分别给出了风振响应的CQC法和虚拟激励法(PEM),并比较了两者的优劣。介绍了虚拟激励法在有限元软件ANSYS中实现的方法,并将其应用在冷却塔的风振响应分析中,得到了冷却塔的在随机风荷载作用下的位移响应功率谱和位移均方差,结果表明冷却塔低阶模态振型对结构响应有着较大的贡献。2.冷却塔风振响应时域分析。采用线性滤波器的自回归模型(AR)对冷却塔进行风速时程进行了模拟,获得了冷却塔壳体各节点的风压时程数据。借助有限元方法对冷却塔的风振响应进行分析,计算得到位移风振系数,为冷却塔的设计提供了一定的参考;最后把频域分析与时域分析计算结果进行了比较,两者结果比较吻合。3.冷却塔抗风动力可靠度分析。在冷却塔进行的随机风振响应分析的基础上,基于首次超越准则对其进行了抗风动力可靠度计算,结果表明在给定的条件下冷却塔具有一定的可靠度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 双曲冷却塔简介
• 1.2.1 冷却塔的分类及组成
• 1.2.2 冷却塔的破坏
• 1.3 风振响应研究现状
• 1.3.1 风对结构作用
• 1.3.2 风振响应分析方法
• 1.3.3 规范对冷却塔风荷载的规定
• 1.4 抗风动力可靠度理论及研究现状
• 1.4.1 动力可靠度的研究历史
• 1.4.2 抗风动力可靠度分析
• 1.5 本文主要研究工作
• 2 冷却塔抗风理论
• 2.1 风的特性
• 2.1.1 平均风速
• 2.1.2 脉动风速谱和空间相干函数
• 2.1.3 风荷载的表达
• 2.2 结构动力响应频域计算理论
• 2.2.1 广义模态力功率谱的计算
• 2.2.2 动力响应常规算法
• 2.2.3 结构动力响应虚拟激励法
• 2.3 结构动力时程响应计算理论
• 3 冷却塔风振响应频域分析
• 3.1 冷却塔动力性能分析
• 3.1.1 有限元建模
• 3.1.2 模态分析
• 3.2 冷却塔静风效应
• 3.3 基于虚拟激励法的风振响应计算
• 3.3.1 虚拟激励法在ANSYS软件中的实现
• 3.3.2 冷却塔响应谱计算
• 3.3.3 风振系数计算
• 3.4 本章小结
• 4 冷却塔风振响应时程分析
• 4.1 风荷载数值模拟
• 4.1.1 风速时程的模拟
• 4.1.2 生成脉动风压时程
• 4.2 各种参数的确定
• 4.2.1 阻尼的确定
• 4.2.2 时间步长的选取
• 4.3 冷却塔风振响应分析
• 4.3.1 位移响应分析
• 4.3.2 风振系数计算
• 4.3.3 与频域计算结果的比较
• 4.4 本章小结
• 5 冷却塔抗风动力可靠度分析
• 5.1 结构在风荷载作用下失效形式
• 5.2 结构在风荷载作用下的安全界限与破坏机制
• 5.2.1 安全界限
• 5.2.2 破坏机制
• 5.3 一次强风作用下的结构动力可靠度计算
• 5.4 工程算例
• 5.5 本章小结
• 6 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录