聊一聊钢筋混凝土烟囱的有限元CAE分析

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单筒烟囱底部要承受较大的弯矩，结构要设计成圆台形。这样使得结构底部的面积巨大，需要占用大面积的土地。单筒烟囱一旦遇到烟囱需要检修停止工作的特殊情况下，就会导致整个工厂或者流水线的停工，造成很大的经济损失。因此近年来钢内筒双筒烟囱得到了广泛的运用。但对内地中等发达地区或者中小发电厂而言，使用钢筋混凝土内筒双筒烟囱相对钢内筒双筒烟囱而言要更经济，取材更方便，成本更低。但钢筋混凝土双筒烟囱在遇到检修，某一单筒停止工作时，两筒体就会产生较大温差，筒间产生错动，使得中间联系梁和外部围护结构连接处产生较大的应力。有限元分析公司的相关知识也可以到网站具体了解一下，有专业的客服人员为您全面解读，相信会有一个好的合作！http://www.nataid.com/

连体烟囱将几个烟囱连接起来，使它们共同抵抗水平荷载作用，这种结构具有较大的空间刚度和侧向刚度，可以使结构大道比较高的高度。近年来，连体烟囱选择圆形截面形式，这种截面形式的缺点在于长轴短轴的惯性矩和抗弯性能相差较大，使得长轴方向的材料利用率较低，造成材料的浪费成本的增加。本文以某发电厂的烟囱工程背景，设计一种截面渐变形式钢筋混凝土双筒连体椭圆烟囱，采用有限元分析其受力情况，并与圆截面烟囱进行对比CAE分析。

已有计算发现，对于双筒椭圆烟囱，在施加外部围护结构后，其连接处会产生很大的应力集中，较薄弱，而且占地面积也较大，不经济。为此，综合考虑各方面的因素，并借鉴文献椭圆钢烟囱的截面形式，我们设计一新的双筒连体椭圆烟囱，去除外部围护结构，为了保证筒体与连接梁的一侧垂直，外侧从上至下截面尺寸渐变。有限元模型及格划分如图所示。

连体烟囱主要尺寸为：高度为240，椭圆底部：长轴为98，短轴为49，壁厚为06；椭圆高部：长轴为58，短轴为29，壁厚为04，长轴为58，短轴为29，壁厚为04；两椭圆形心距离：高部为64，底部为104。材料参数取值：弹性模量E为2610P；泊松比为0167；密度为24003；线膨胀系数为1-5。在椭圆内筒身一侧标高00、385、785、1185、1585、1985、2335处开设洞口，比较底部洞口尺寸为1224，其余洞口尺寸为1115。标高每间隔20000设置一尺寸为42的横梁，横梁高部与标高平齐。在76、556、1156、1756、2308截面处提取有代表性的8个节点的应力进行分析。截面选取避开洞口与连接梁处，防止由于应力集中导致不能准确反映筒身应力变化范围。节点位置如图所示。烟囱在自重、风荷载和温度作用下有限元分析。

根据文献，分别考虑重力、日照荷载、风载对烟囱的作用，进行有限元分析计算，见图。

重力作用下压应力比较大值在烟囱底部，大小为659MP。烟囱在风荷载（X方向）作用下的应力比较大值为713MP，位移比较大值在烟囱高部，大小为0456；烟囱在风荷载（Y方向）作用下的应力比较大值为应力比较大值为483MP，烟囱高部大小为0365。上述对于椭圆烟囱的有限元分析，温度荷载取165℃，即烟囱正常运行状态下的温差值。考虑到突发事件的发生，烟囱内壁耐火砖温度远不止50℃，有可能达到150℃。计算椭圆烟囱在突发事件下的应力场，首先进行温度场的分析，取耐火砖厚度为12，温度场分析得出混凝土层的平均温度为311℃，即发生突发事件时，烟囱平均温度为311℃。取温度荷载311℃，进行有限元计算，并和自重荷载以及风荷载作用的结果进行叠加，比较不利方向方向结果见表。