以重慶地區(qū)某工程高位收水冷卻塔中央豎井左側(cè)集水槽進(jìn)行有限元三維建模,進(jìn)行有限元整體結(jié)構(gòu)計(jì)算。集水槽底板、側(cè)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(gòu)件。同時(shí),在后處理時(shí)能提取集水槽側(cè)壁、底板、暗框架柱及梁的彎矩、剪力及軸力,方便直接用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),進(jìn)行配筋計(jì)算。三維模型中shell181 殼單元共有7342 個(gè),Bea m188 梁單元共計(jì)782 個(gè)。
以重慶地區(qū)某工程高位收水冷卻塔集水槽為例,介紹高位收水冷卻塔集水槽的結(jié)構(gòu)形式及受力特點(diǎn)。重慶地區(qū)某工程冷卻塔采用高位收水冷卻塔,集水槽斷面尺寸(B×H):5.6 ×14.0 m,其地基形式為樁基。
冷卻后的循環(huán)水經(jīng)高位收水裝置“U”型槽匯入集水槽至循環(huán)水泵房進(jìn)水間,再經(jīng)過循環(huán)水泵升壓后送回主廠房循環(huán)冷卻使用。集水槽為地面式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),百萬機(jī)組的集水槽高度約在14 ~23 m 之間,沿冷卻塔徑向布置,與中央豎井相連。
在上述荷載及工礦組合下,采用ANSYS 有限元軟件進(jìn)行靜力計(jì)算,通過后處理后便能對集水槽各部分構(gòu)件進(jìn)行內(nèi)力分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。集水槽內(nèi)力分析可以分為集水槽壁板和暗框架( 包括暗框架柱、暗框架頂梁、拉梁及承臺梁)。
通過有限元三維仿真計(jì)算分析可知,集水槽壁板豎向及水平向同時(shí)承受彎矩和拉力,應(yīng)按拉彎構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);能準(zhǔn)確計(jì)算出暗框架各構(gòu)件所受的彎矩、拉力或壓力,對暗框架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),減少集水槽混凝土工程量,節(jié)省工程造價(jià)。
集水槽為地面式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),百萬機(jī)組集水槽的高度在14 ~23 m,根據(jù)高位收水冷卻塔淋水構(gòu)架的柱網(wǎng)間距,沿集水槽縱向布置暗框架,暗框架頂梁上擱置單層配水槽,暗框架沿高度方向從上至下一定間距設(shè)置拉梁。暗框架與集水槽形成一個(gè)整體,共同受力。
集水槽主要承受集水槽內(nèi)的內(nèi)水壓力作用,其次是單層配水槽傳來的集中荷載及風(fēng)荷載。內(nèi)水壓力隨水深增加,壓力越大,在內(nèi)水壓力作用下,集水槽壁板同時(shí)承受彎矩與拉力作用。采用傳統(tǒng)平面假定方法不易準(zhǔn)確計(jì)算出集水槽壁板承受的拉力,且不能根據(jù)水壓力的特點(diǎn)進(jìn)行變截面設(shè)計(jì),同時(shí)忽略了暗框架與集水槽壁板作為一個(gè)整體,共同承受內(nèi)水壓力。
高位收水冷卻塔不同于常規(guī)濕冷塔之處主要在于取消了常規(guī)濕冷卻塔底部的集水池和雨區(qū),而在填料層底部直接采用高位收水裝置。在正常運(yùn)行情況下,其內(nèi)全部盛滿循環(huán)冷卻水,其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)的平面假定計(jì)算不能滿足集水槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全經(jīng)濟(jì)的要求。
高位收水冷卻塔集水槽為地面式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。集水槽壁板和暗框架作為一個(gè)整體共同承受槽內(nèi)水壓力、風(fēng)荷載及單層配水槽傳來的集中荷載。采用傳統(tǒng)的平面假定計(jì)算方法難以準(zhǔn)確計(jì)算出集水槽壁板所受拉力,進(jìn)行變截面設(shè)計(jì);不能對暗框架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。