潘 亮 曹家豪 薛 強(qiáng), 王 凱 蘭 旭 王小良

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)基建規(guī)劃處, 陜西咸陽 712100; 2.西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院, 西安 710055; 3.西安建大裝配式鋼結(jié)構(gòu)研究院有限公司, 西安 710055; 4.陜西能源麟北發(fā)電有限公司, 陜西寶雞 721000)

0 引 言

火電冷卻塔是實(shí)現(xiàn)將攜帶廢熱的冷卻水與空氣進(jìn)行熱交換的設(shè)施,目前國內(nèi)使用較多的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),但這種結(jié)構(gòu)存在施工周期長、塔身重、造價(jià)高、冬季施工以及浪費(fèi)水資源等缺陷[1],且整體施工工藝較復(fù)雜,尤其對于巨型雙曲拋物面結(jié)構(gòu),其模板支護(hù)存在施工難度。

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變,政府十分重視可持續(xù)發(fā)展,在建筑行業(yè)大力推動鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用。雖然在國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔的規(guī)模小,且起步較晚,但其具有施工效率高、污染小、自重小的優(yōu)點(diǎn)[2],也不存在冬季施工和模板支護(hù)的問題,另外由于鋼結(jié)構(gòu)屬于綠色材料,可循環(huán)利用,更易于環(huán)保。國外對鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔的研究較早,20世紀(jì)60年代有學(xué)者提出了一種結(jié)構(gòu)形式較為規(guī)則的圓錐-直筒型冷卻塔,隨后又在此基礎(chǔ)上加以改造創(chuàng)新,演化出了一些新型結(jié)構(gòu)形式的冷卻塔,Kollr等提出了直筒-圓錐-直筒形式的鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔,并針對性地提出了施工方法且進(jìn)行了理論驗(yàn)證[3]。Kato等分析了局部屈曲對冷卻塔整體的受力影響,并對結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行了抗震性能分析[4]。Izadi等對三角形網(wǎng)格形式的雙曲線型鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔進(jìn)行了抗震性能研究[5]。在國內(nèi),尹麟等對一種巨型格構(gòu)式剛性雙曲線型鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔力學(xué)性能進(jìn)行了分析[6],并以鋼筋混凝土冷卻塔為參照,證明了這種結(jié)構(gòu)形式的可行性。陳建斌等研究了一種新型直筒-錐段型冷卻塔,進(jìn)行了多種荷載工況的結(jié)構(gòu)計(jì)算,通過分析各類桿件的內(nèi)力分布規(guī)律,研究該體系的空間性能[1],分析表明:這種體系具有良好的整體性、較大的抗側(cè)剛度和抗風(fēng)能力。白光波等提出一種新型帶支撐三角形網(wǎng)格的冷卻塔體系[7],研究了體系的剛度、內(nèi)力分布、穩(wěn)定性等,分析表明:該結(jié)構(gòu)有良好的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。柯世堂等以國內(nèi)某超大型冷卻塔為研究對象,分析了多種鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔模型的動力性能及傳力路徑[8],為結(jié)構(gòu)的選型和抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供了設(shè)計(jì)依據(jù)。王浩等采用大渦模擬法對國內(nèi)某超大直筒-錐段型冷卻塔進(jìn)行了分析[9],并把所得結(jié)果與國內(nèi)外風(fēng)洞試驗(yàn)等數(shù)據(jù)進(jìn)行了比對,證明了模擬所得結(jié)構(gòu)表面的三維氣動力時(shí)程和周邊流場分布形態(tài)的準(zhǔn)確性。朱謝聯(lián)等提出新型的六桿四面體所集合組成的雙曲面網(wǎng)殼[10],作為大型鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔的主體,這種結(jié)構(gòu)形式的構(gòu)造簡單,兼具單層網(wǎng)殼與雙層網(wǎng)殼的特性,內(nèi)力分布均勻,構(gòu)件受力明確,結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性能良好,且對缺陷不敏感,容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)與裝配化施工。

自然通風(fēng)冷卻塔作為發(fā)電廠的重要結(jié)構(gòu),其力學(xué)性能影響著發(fā)電廠的產(chǎn)能與壽命。文章以陜西省某大型直筒-錐段型鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔體系為研究對象,如圖1所示。冷卻塔共18層,結(jié)構(gòu)總高為169.5 m,其由兩部分構(gòu)成,即直徑147.5 m的錐筒段和直徑98.5 m的直筒段,高度分別為55 m和114.5 m。直筒段采用外置加強(qiáng)環(huán)桁架和內(nèi)置鋁合金蒙皮的結(jié)構(gòu)形式。塔體由格構(gòu)式斜柱及環(huán)梁、剛性加強(qiáng)環(huán)組成,斜柱、環(huán)梁、加勁環(huán)桁架均采用格構(gòu)式柱構(gòu)件組成。

圖1 筒-錐段型冷卻塔

首先從設(shè)計(jì)、施工、造價(jià)及工期等各方面指標(biāo),對鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔與混凝土冷卻塔進(jìn)行了比選研究,驗(yàn)證了鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔在技術(shù)上的可行性和結(jié)構(gòu)上的可靠性。然后對四邊角鋼格構(gòu)式構(gòu)件截面進(jìn)行了研究,全面分析了構(gòu)件的軸向、剪切、抗彎以及抗扭剛度后,提出了通過修正系數(shù)的方式將格構(gòu)式構(gòu)件等效成箱型截面單元。為實(shí)現(xiàn)不同截面形式的箱型單元建立的鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔模型,通過引入了考慮軸力負(fù)剛度的計(jì)算長度系數(shù)算式,提出了此類結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)方法,為工程中類似結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提供了一種新的研究與設(shè)計(jì)思路。

1 鋼結(jié)構(gòu)間冷塔與混凝土間冷塔比選研究

目前全世界的冷卻塔主要以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主,技術(shù)手段相對比較成熟,但實(shí)際使用壽命由于受防腐涂層龜裂影響往往較預(yù)期低。而隨著干法脫硫等工藝日趨完善,其可以有效脫除塔內(nèi)煙氣中的酸性氣體,為鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔的成功應(yīng)用創(chuàng)造了極大的便利條件。因此,鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔逐漸成了可供選擇的一種結(jié)構(gòu)形式,為了解其技術(shù)上的可實(shí)現(xiàn)性和結(jié)構(gòu)的可靠性,設(shè)計(jì)了一種鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔,并以常見的鋼筋混凝土冷卻塔為參照,對兩種結(jié)構(gòu)形式的冷卻塔進(jìn)行了比選研究。

1.1 冷卻塔主要熱力參數(shù)

通過工程實(shí)際分別擬定了混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的間接空冷塔的設(shè)計(jì)方案,其結(jié)構(gòu)部分的主要尺寸見表1。

表1 冷卻塔主體概況

1.2 冷卻塔方案

1.2.1鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔

1)選型。本研究創(chuàng)造性地提出一種主結(jié)構(gòu)形式為直筒-錐段、四肢格構(gòu)式、單層三角網(wǎng)格體系的鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔,這種結(jié)構(gòu)形式受力明確,且桿件截面種類少,利于批量加工。

2)有限元分析。通過有限元模擬分析,發(fā)現(xiàn)在多種荷載工況下,這種鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔在結(jié)構(gòu)形式上是完全可行的,其有限元模型見圖2。其中水平桿、斜向桿在運(yùn)行階段最大軸拉力分別為3 485 kN和4 280 kN,最大軸壓力分別為8 269 kN和3 355 kN,最大彎矩My分別為607 kN·m和340 kN·m,Mz分別為902 kN·m和1 736 kN·m;加強(qiáng)環(huán)在運(yùn)行階段最大軸拉力為2 773 kN,最大軸壓力為2 695 kN,最大彎矩My為279 kN·m,Mz為633 kN·m,見圖3～7。

圖2 鋼塔的計(jì)算模型

圖3 鋼塔荷載施加及整體變形分析

圖4 水平桿、斜向桿運(yùn)行階段最大軸力

圖5 水平桿、斜向桿運(yùn)行階段最大彎矩

圖6 加強(qiáng)環(huán)運(yùn)行階段最大軸力 kN

圖7 加強(qiáng)環(huán)運(yùn)行階段最大彎矩 kN·m

3)圍護(hù)系統(tǒng)。蒙皮設(shè)計(jì)也借鑒國外項(xiàng)目的成功經(jīng)驗(yàn)。其豎向接縫首先通過專用鋁板條壓接,然后對其邊緣進(jìn)行咬合密封;橫向接縫通過專用“Z”形鋁密封條進(jìn)行咬合密封,均可保證結(jié)構(gòu)的可靠性連接。

4)施工安裝。

a.鋼結(jié)構(gòu)三角拼裝。每一層三角架的拼裝均在組對胎架上進(jìn)行,便于保持其水平狀態(tài),同時(shí)也有利于各附件進(jìn)行地面焊接,提高焊接質(zhì)量。組對胎架可選用箱型梁或H型鋼和木方進(jìn)行搭設(shè),示意見圖8。

表2 1～2層三角架安裝流程

圖8 三角架組對胎架示意 mm

b.錐段三角安裝。錐段三角包括第1～5層。在第1～2層處分別設(shè)置臨時(shí)支撐,第3～5層處設(shè)置纜風(fēng)繩以保證支撐架的穩(wěn)定,最后通過履帶吊從塔門分別向兩側(cè)吊裝的方式逐層進(jìn)行安裝,最終完成整個(gè)錐段三角的安裝。以第1～2層為例,其三角架主要安裝流程見表2。

c.直段三角和加強(qiáng)環(huán)安裝。直段三角包括第6～18層,加強(qiáng)環(huán)共4道設(shè)置在塔筒外側(cè),分布在第5、9、13、17層。安裝流程:首先在第6層安裝三角架,隨后在第5層處安裝加強(qiáng)環(huán),然后在第7～10層安裝三角架,完成后在第9層安裝加強(qiáng)環(huán),重復(fù)前述操作完成整個(gè)安裝過程。

1.2.2鋼筋混凝土冷卻塔

1)選型。

冷卻塔斜支柱采用交叉形式,塔基礎(chǔ)采用環(huán)板基礎(chǔ);冷卻塔筒壁由雙曲線和直線錐體段組成。

2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

對鋼筋混凝土冷卻塔塔筒進(jìn)行穩(wěn)定分析,即整體穩(wěn)定性分析和局部穩(wěn)定分析,并且分析結(jié)果均滿足要求。

塔筒整體穩(wěn)定分析公式[11]:

(1a)

(1b)

式中:KS為穩(wěn)定安全系數(shù);qcr為塔筒的臨界屈曲壓力值,kPa;ω為塔頂設(shè)計(jì)風(fēng)壓值,kPa;C為經(jīng)驗(yàn)系數(shù),取值0.052;E為混凝土彈性模量,kPa;r0為塔筒喉部半徑,m;h0為塔筒喉部處壁厚,m。

表3 K1、K2幾何參數(shù)

b.塔筒局部穩(wěn)定分析。

為滿足混凝土殼各部位的穩(wěn)定要求,需驗(yàn)算塔筒的局部穩(wěn)定[12]。局部屈曲穩(wěn)定驗(yàn)算方法見式(2):

(2a)

(2b)

式中:σθcr、σφcr分別為塔筒環(huán)向、徑向的屈曲臨界壓力值,kPa;rT為喉部直徑,m;h為塔筒壁厚,m;υ為混凝土泊松比;取0.2;K1、K2為幾何參數(shù),見表3[13]。

1.2.3兩種結(jié)構(gòu)形式冷卻塔對比

經(jīng)計(jì)算,冷卻塔主體計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 鋼筋混凝土間接空冷塔

鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔總造價(jià)較鋼筋混凝土冷卻塔低384.64萬元,可節(jié)約投資約2.3%,總工期較鋼筋混凝土冷卻塔可節(jié)省4.5～6.5個(gè)月,二者方案各指標(biāo)對比見表5。

表5 鋼筋混凝土與鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔方案各指標(biāo)對比

2 格構(gòu)式構(gòu)件簡化分析

如果對冷卻塔的四邊角鋼格構(gòu)式構(gòu)件進(jìn)行有限元模擬分析,則會存在模型計(jì)算時(shí)間長和不易收斂等問題,因此,本研究采用箱型單元等效代換四邊角鋼格構(gòu)式構(gòu)件的方法。

2.1 截面壓縮剛度、抗彎剛度

如圖9所示,對于僅承受軸壓或者純彎作用的空間桁架,結(jié)構(gòu)中的軸力僅由分肢角鋼承擔(dān),因此,桁架截面的抗彎剛度只考慮分肢角鋼的貢獻(xiàn)。

a—空間節(jié)點(diǎn); b—四邊角鋼格構(gòu)式構(gòu)件; c—格構(gòu)式平面; d—角鋼平面尺寸。

則構(gòu)件截面的壓縮剛度為:

EA=nEAc

(3)

依據(jù)平行移軸定理,可以得到此桁架截面的抗彎剛度[14]:

(4a)

(4b)

式中:E為材料的彈性模量;Ac1、Ac2為分肢角鋼的截面積,見圖9d;x和y分別為桁架的x-y截面和x-z截面的寬度。

2.2 截面剪切剛度

2.2.1平面桁架

從Warren桁架[15]中選取一個(gè)平面桁架單元(圖10)進(jìn)行受力和變形的分析。

a—Warren桁架,倒三角截面; b—桁架平面; c—桁架變形。

桁架在水平剪力V作用下的剪切位移如式(5)所示,位移由兩部分組成,即弦桿和斜腹桿的拉壓變形Δt引起和直腹桿的軸向變形引起:

(5)

式中:At為直腹桿截面面積。

根據(jù)圖10c的變形關(guān)系可知:

Δd=Δtsinθ-Δccosθ

(6)

式中:Δd為斜腹桿在軸向力Nd作用下的變形量;Δc為弦桿在軸力Nd作用下的變形量,則軸力Nd和Nc分別為:

(7a)

(7b)

式中:Ad為斜腹桿面積;Ac為弦桿面積。

假設(shè)桁架的所有桿件僅受到軸力作用,從圖10b中可知,所有直腹桿為零桿。因此,考慮弦桿和斜腹桿軸向變形影響的平面桁架的剪切剛度為:

(8)

式中:θ為斜腹桿與弦桿的夾角。

2.2.2空間桁架

如圖11所示,每個(gè)平面桁架在各自平面內(nèi)承擔(dān)的剪力Vi,形成合力抵抗外剪力V。整個(gè)截面的剪切角記為γ,則:

圖11 三角形截面空間桁架的剪切剛度

i=1～n(9a)

ji·j=cosαi

i=1～n(9b)

i=1～n(9c)

式中:n為截面邊數(shù);γi為平面桁架i的剪切角;αi為剪切分量Vi與總剪力V的夾角;j為總剪力V的單位方向向量;ji為沿平面桁架i的單位方向向量[12]。

則平面桁架i的剪切剛度Kvi可通過式(10)來進(jìn)行計(jì)算:

(10)

2.3 截面扭轉(zhuǎn)剛度

受扭矩作用時(shí),構(gòu)件截面的平衡方程為:

Mz=GItφ-EIwφ″

(11)

式中:φ為單位長度扭轉(zhuǎn)角;GItφ為截面的自由扭矩;EIwφ″為截面的約束扭轉(zhuǎn);G為切變模量;It為自由扭轉(zhuǎn)慣性矩;Iw為翹曲常數(shù)。對于空間桁架結(jié)構(gòu),截面翹曲剛度EIw可以忽略[16],則:

Mz=GItφ

(12)

如圖12所示,三角形截面桁架受外扭矩Mz,其扭轉(zhuǎn)剛度可根據(jù)截面的平衡條件得到:

圖12 三角形截面空間桁架的扭轉(zhuǎn)剛度

V1+V2+V3=0

(13a)

(13b)

式中:Vi為組成空間桁架的各榀平面桁架所受到的剪力;ri為各榀平面桁架到空間桁架截面剪心c的距離。

假設(shè)空間桁架截面單位長度的扭轉(zhuǎn)角為φ,則各榀平面桁架的剪切角γi為:

γi=φri

(14)

則截面的自由扭轉(zhuǎn)剛度:

(15)

如圖13所示,由于矩形桁架截面的剪心和形心重合,參考式(15),可知矩形截面空間桁架的自由扭轉(zhuǎn)剛度為:

(16)

圖13 矩形截面空間桁架

2.4 算 例

表6 空間桁架D1截面剛度

圖14 冷卻塔局部立面

a—x-z平面; b—x-y平面。

依據(jù)上述方法,在冷卻塔內(nèi)選取部分空間桁架,計(jì)算桿件的剛度參數(shù),詳見表7。

表7 空間桁架截面剛度

2.5 SAP 2000分析與驗(yàn)證

采用SAP 2000結(jié)構(gòu)分析軟件,以四肢角鋼格構(gòu)式桿件D1為例,建立三維空間桁架。如圖16所示,構(gòu)件底部鉸接于支座上,在空間節(jié)點(diǎn)處,利用

圖16 三維空間桁架D1

“Body”的束縛類型,使節(jié)點(diǎn)按照剛體運(yùn)動。模型中的綴條、附加綴條、附加斜桿與分肢角鋼,均端部釋放,通過鉸接的方式連接。在節(jié)點(diǎn)上,分別在X方向、Y方向施加1×105N的水平剪力,格構(gòu)式構(gòu)件在兩個(gè)方向的變形見圖17。對于四肢角鋼格構(gòu)式構(gòu)件的自由扭轉(zhuǎn)剛度的研究,在節(jié)點(diǎn)上,繞Z軸施加1×108N·mm的彎矩,模型扭轉(zhuǎn)變形見圖18。具體數(shù)值見表8。

表8 D1桁架變形對比

a—X方向; b—Y方向。U1、U2、U3分別為沿X、Y、Z軸的平動,mm;R1、R2、R3分別為繞X、Y、Z軸的轉(zhuǎn)動,rad。

圖18 構(gòu)件扭轉(zhuǎn)變形

兩個(gè)水平方向變形和扭轉(zhuǎn)變形的理論值與SAP

2000有限元所得結(jié)果非常相近,位移比值、剛度誤差均很小,說明SAP 2000建模的可靠性與理論推導(dǎo)的正確性。

在此基礎(chǔ)上,建立構(gòu)件D1的足尺模型,如圖19所示,格構(gòu)式構(gòu)件長度為11 355 mm,建模方式與前文相同。再建立1 000 mm×800 mm×5 mm×5 mm的箱型桿件模型,其長度為15 355 mm,邊界條件參照懸臂柱,一端固接,另一端無約束。首先根據(jù)四肢角鋼格構(gòu)式桿件與箱型截面的質(zhì)量、壓縮剛度和抗彎剛度進(jìn)行等效,計(jì)算構(gòu)件的質(zhì)量、截面面積和慣性矩的等效系數(shù),然后在模型中對箱型截面的剛度系數(shù)進(jìn)行修正。然后再依據(jù)四肢角鋼格構(gòu)式構(gòu)件截面的剪切剛度和扭轉(zhuǎn)剛度對箱型截面的進(jìn)行等效。

a—格構(gòu)式構(gòu)件; b—等效鋼管。

箱型截面的抗剪承載力和扭轉(zhuǎn)常數(shù)公式分別為:

Fs=AG

(17)

(18)

式中:t為鋼管厚度。

利用式(17)和(18),結(jié)合前文格構(gòu)式截面的剛度公式,計(jì)算箱型截面的剛度修正系數(shù),詳見表9。按其修正系數(shù)SAP 2000模擬計(jì)算的四肢角鋼構(gòu)件與箱型截面構(gòu)件位移對比見表10。

表9 格構(gòu)式構(gòu)件D1修正系數(shù)

表10 四肢角鋼構(gòu)件與箱型構(gòu)件模擬位移對比

剪切面積為剪切剛度與剪切模量之比。

若出現(xiàn)剛度誤差較大時(shí),可先根據(jù)初步的修正系數(shù)進(jìn)行等效,其次根據(jù)SAP 2000模型中的數(shù)值對比,不斷調(diào)整修正系數(shù),使兩者結(jié)果近似相等,最終實(shí)現(xiàn)格構(gòu)式構(gòu)件與箱型截面等效。

參考表8,在圖14中選取相應(yīng)的構(gòu)件,為使四肢角鋼構(gòu)件與箱型截面構(gòu)件在力學(xué)特性保持完全意義上的等效,綜合考慮質(zhì)量、重量、截面面積、慣性矩、剪切面積、扭力常數(shù)等因素,計(jì)算得到兩者的修正系數(shù),以實(shí)現(xiàn)對構(gòu)件的簡化。冷卻塔的塔壁斜向格構(gòu)式構(gòu)件(D1～D6)、塔壁環(huán)向格構(gòu)式構(gòu)件(H1～H4)、加勁環(huán)桁架腹桿(RD1～RD4)、加勁環(huán)桁架內(nèi)弦桿(RH1～RH4)等效修正系數(shù)見表11。

表11 格構(gòu)式構(gòu)件修正系數(shù)

3 計(jì)算長度系數(shù)分析

目前的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,通過計(jì)算長度系數(shù)來反映構(gòu)件的穩(wěn)定設(shè)計(jì)[17],其實(shí)質(zhì)代表了鋼框架的抗側(cè)剛度,有關(guān)研究也通過D值法證明了這一點(diǎn),并在此基礎(chǔ)上引入軸力負(fù)剛度,即式(19),當(dāng)豎向軸力負(fù)剛度達(dá)到結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度K0時(shí),結(jié)構(gòu)會發(fā)生有側(cè)移失穩(wěn)[18]。

Kp=-αP/h

(19a)

(19b)

式中:Kp為豎向軸力產(chǎn)生的負(fù)剛度;K0為結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度;α為豎向荷載與柱局部彎矩變形產(chǎn)生的二階效應(yīng)對抗側(cè)剛度的影響系數(shù),其取值范圍為1～1.216;μ為計(jì)算長度系數(shù)。

當(dāng)豎向軸力負(fù)剛度小于結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度時(shí),結(jié)構(gòu)屬于弱支撐結(jié)構(gòu)。此時(shí)將兩個(gè)環(huán)狀加強(qiáng)桁架視為一個(gè)廣義層,結(jié)構(gòu)失穩(wěn)屬于整“層”失穩(wěn),按整層失穩(wěn)式(20)確定鋼柱計(jì)算長度[19]。計(jì)算長度系數(shù)(式(20))實(shí)質(zhì)上就是荷載產(chǎn)生的負(fù)剛度與抗側(cè)剛度的比值。

(20)

文獻(xiàn)[18]中提到,在框架柱軸力相差較大時(shí),只有底層的失穩(wěn)荷載是真實(shí)的,其他層的失穩(wěn)軸力只代表與底層的比例系數(shù)關(guān)系,不是真實(shí)的失穩(wěn)軸力。參考文獻(xiàn)[20]相關(guān)計(jì)算方法,以典型構(gòu)件軸號1的柱子為例,可以得到其計(jì)算長度系數(shù)為0.7。

與屈曲分析不同,“層”失穩(wěn)分析是通過單位軸力求抗側(cè)剛度,考慮到冷卻塔為對稱結(jié)構(gòu),取單方向即可。經(jīng)計(jì)算,冷卻塔構(gòu)件的計(jì)算長度如表12所示。

表12 基于“層”失穩(wěn)的冷卻塔斜柱計(jì)算長度

4 結(jié) 論

1)采用鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔在技術(shù)上是有保證的并且完全可以實(shí)現(xiàn),且結(jié)構(gòu)具有一定的可靠性;造價(jià)較采用鋼筋混凝土冷卻塔低384.64萬元,節(jié)約投資約2.5%;總工期比鋼筋混凝土排煙空冷塔節(jié)省約4.5～6.5個(gè)月。

2)若對冷卻塔的四邊角鋼格構(gòu)式構(gòu)件直接建模,則會存在計(jì)算量過大的問題,且構(gòu)件也無法進(jìn)行校核,因此本文創(chuàng)新性地提出了采用三維空間箱型薄壁單元對四邊角鋼格構(gòu)式構(gòu)件進(jìn)行等效代換的計(jì)算方法,并給出剛度綜合修正系數(shù),隨后采用有限元進(jìn)行分析和校核,研究表明這種等效方式是完全可行的,可以滿足精度方面的要求。

3)通過引入軸力負(fù)剛度,結(jié)合屈曲分析和“廣義層”的概念,得到“層”的長度計(jì)算法,該方法適用于一般空間結(jié)構(gòu)的計(jì)算長度分析。