超高双筒钢烟囱体系研究

1 工程概况
宝钢烧结厂钢烟囱[1](图1)是我国自行设计、制作与安装的第一座塔架式双筒钢烟囱，建设于1984年。烟囱高度为200 ITl，由两座烟囱，外围一座塔架组成，结构用钢量为2 530 t，双烟筒筒身内径都为6 m，筒体钢板自上而下厚度为8～20 mm。典型的新型自立式烟囱项目在我国有金陵电厂二期烟囱【23及国电博兴电厂烟囱[3]。金陵电厂二期钢烟囱项目(图2a)为国内首座新型双管自立式钢烟囱，结构简体高240 m，筒体直径为7．3 1TI，每段筒体由环梁连接。国电博兴电厂工程(图2b)位于山东省滨洲市博兴县纯化乡，烟囱高度240 m，钢内筒出口直径8．0 m。此类结构由简体与杆件组成空问框架，使排烟筒作为结构构件的一部分，从而降低了工程造价。
2新型自立式烟囱与塔架式钢烟囱对比
2．I对比方案
对两种结构进行分析对比时，需分别计算金陵自立式烟囱和与金陵烟囱高度相等的塔架式烟囱。因此先新建一双筒塔架烟囱模型。其烟囱简体与金陵烟囱项目[23的筒体相同。即简体高度都为240 m，直径都为7．3ITI，两筒圆心间距为13．2m，筒体间都由c型环梁连接，作为局部加强构件。筒体与塔柱通过筒体支杆连接。两结构模型的具体尺寸如表1所示。
在此对两种烟囱体系给予相同的荷载取值条件进行分析计算，并对两结构同类型杆件取相同的极限应力比(0．95)及其允许长细比(150)，通过SAP2000软件的自动优选截面功能，得到两结构的具体设计结果(表I)。
2．2结构施加荷载．
此处分析其结构的受力体系，因此只考虑其决定性荷载，即自重荷载、风荷载、地震作用、温度荷． 载，并在结构计算中考虑P一△效应。
2·2·I 风荷载
图2典型的新型自立式烟囱风荷载一般是此类超高型结构的控制荷载。计都由c型环梁连接，作为局部加强构件。筒体与塔算风荷载时，按照规范n“3中以下方法计算：1)分别计算塔架和排烟筒的风荷载；2)风荷载计算时主要考虑Wl(0。风)、W2(90。风)、W3(135。风)三种工况(见表l中的图)。筒体不同工况下体型系数根据文献[1—2]的风洞试验结果和规范综合考虑确定，具体取值见表1。
3)设基本风压为0．5 kN／m2，地面粗糙度为B类。计算烟囱简体风荷载时，除了考虑顺风向荷载外，还需要考虑横风向风振H“j。
2．2．2地震作用
用反应谱法进行地震作用分析。取特征周期Tg=O．40 s，地震影响系数最大值口。。=o．16，结构阻尼比；一0．02。分析时除分别考虑两个方向的水平作用外，根据高耸结构的特点，还需要分析竖向地震作用[4“】。
2．2．3温度作用
钢内筒温度作用主要是考虑烟气静压和烟气温差。分析时分别计算工作机组正常运行与非正常运行两种情况。假设模型都没有加热装置(GGH)，系统正常工作情况下进入烟囱的烟气温度为40℃左右，系统非正常工作时的烟囱极限最高温度为130℃左右。温度具体计算过程参考DL 5000—1994{火力发电厂设计技术规程》[7]。
2．2．4荷载组合
在分析计算过程中，考虑以下荷载组合。烟囱正常运行：
1)1．OS僦-+-1．4S眦+S丁x；
2)1．2S&-t-1。4Swx q-SrK；
3)1．35SGK+0．28SWx-t-SrK；
4)1．OSGK q-1．3S脒-'F 0．28SwK+S丁x；
5)1．2S侧+1．35脒+0．28SwK+SrK
烟囱非正常运行：
6)1．OSGK+1．4S讯，+0．28SwK；
7)1．2S涨-+-1．4STx，+0．28SwK；
8)1．35S毹+SⅨ，+0．28Sw,r
荷载组合中，S傩为恒荷载标准值效应；SWK为风作用标准值效应；S似为正常运行时温度荷载标准值效应；S丁x，为非正常运行时温度荷载标准值效应；S脒为地震作用标准值效应。3模型计算结果分析
3．1模态分析对比
根据模态分析(图3)可知：塔架式烟囱结构自振周期为横向T1=2．10 s，纵向Tz=2．00 S，基本周期适中，说明结构横向刚度比较合理。n／T，=0．952，结构纵横两向周期比较接近，说明结构两方向刚度均匀。新型自立式烟囱结构自振周期横向为
3．2模型位移对比
在风荷载标准值作用下，结构的最大位移都满足GB 50051—20026烟囱设计规范》[61中对水平位移的限值△“。√H<1／100。自立式烟囱在Wl下的位移与塔架式烟囱差别不大；而在W2、W3下的位移远大于塔架式烟囱，说明自立式在y方向刚度远小于塔架式。根据每段相对位移(表2)及其多阶振型表现可知：两结构在立面都有刚度突变点。