以重慶地區某工程高位收水冷卻塔中央豎井左側集水槽進行有限元三維建模,進行有限元整體結構計算。集水槽底板、側壁采用Shell181 三維殼單元,暗框架柱、框架頂梁、拉梁,承臺梁及灌注樁均采用Bea m188 三維梁單元。Shell181 及Bea m188 單元能很好地模擬集水槽各部分構件。同時,在后處理時能提取集水槽側壁、底板、暗框架柱及梁的彎矩、剪力及軸力,方便直接用于結構設計,進行配筋計算。三維模型中shell181 殼單元共有7342 個,Bea m188 梁單元共計782 個。
沿集水槽長度方向( 水 力及彎矩,為拉彎構件,承臺梁的大彎矩為平向),暗框架柱類似于集水槽壁板的支座,集3077 kN · m,大軸向拉力為1258 kN。對于集水槽樁基而言,三維有限元仿真計算,能準確計算出每根樁的樁頂豎向力及水平力,進行樁基優化布置和選型設計。
通過有限元三維仿真計算分析可知,集水槽壁板豎向及水平向同時承受彎矩和拉力,應按拉彎構件進行結構設計;能準確計算出暗框架各構件所受的彎矩、拉力或壓力,對暗框架進行優化設計,減少集水槽混凝土工程量,節省工程造價。
集水槽主要承受集水槽內的內水壓力作用,其次是單層配水槽傳來的集中荷載及風荷載。內水壓力隨水深增加,壓力越大,在內水壓力作用下,集水槽壁板同時承受彎矩與拉力作用。采用傳統平面假定方法不易準確計算出集水槽壁板承受的拉力,且不能根據水壓力的特點進行變截面設計,同時忽略了暗框架與集水槽壁板作為一個整體,共同承受內水壓力。
高位收水冷卻塔不同于常規濕冷塔之處主要在于取消了常規濕冷卻塔底部的集水池和雨區,而在填料層底部直接采用高位收水裝置。在正常運行情況下,其內全部盛滿循環冷卻水,其結構設計采用傳統的平面假定計算不能滿足集水槽結構設計安全經濟的要求。
高位收水冷卻塔集水槽為地面式鋼筋混凝土結構。集水槽壁板和暗框架作為一個整體共同承受槽內水壓力、風荷載及單層配水槽傳來的集中荷載。采用傳統的平面假定計算方法難以準確計算出集水槽壁板所受拉力,進行變截面設計;不能對暗框架進行優化設計。
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