多管式烟囱钢筋混凝土外筒承载力仿真分析

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发布时间：2021-09-11

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多管式烟囱钢筋混凝土外筒承载力仿真分析
李海建
(中煤科工集团武汉设计研究院，武汉430070)
[摘要] 主要介绍多管式烟囱钢筋混凝土外简和内筒的整体承载力仿真分析。通过利用大型有限元计算软件
ABAQUS，以某发电厂的实际工程为例，对烟囱外筒和内简整体建模，简述了多管式烟囱钢筋混凝土外筒承载
力有限元分析的过程，通过分析有限元计算的结果，可以得出控制烟囱钢筋混凝土外筒的控制因素，有益于
多管式烟囱钢筋混凝土外筒的设计和优化。
[关键词] 钢筋混凝土；烟囱；外筒；承载力；有限元
[中图分类号] TU375 [文献标志码] A [文章编号] 1001—523X(2013)04—0007．03
1 概述
在工业建筑当中，烟囱是极为常见的一种特种
建筑结构，特别是在电厂当中，烟囱的应用极为广
泛，它具有高度大、投资大的特点，是电厂设计和施
工中的一个特殊的部分。近年来，伴随着工艺要求
的提高及单机容量的增大，环保要求的不断提高提
高，烟囱正不断的向高的方向和多管、多筒的方向
发展。
目前，对多管式钢内筒烟囱计算主要采用分开
计算的方法，及将钢筋混凝土外筒和钢内筒分开考
虑，在进行钢筋混凝土的外筒计算时，一般不考虑内
筒抗弯刚度的影响，而仅在抗震计算时把内筒当做
附加质量进行考虑，进行钢内筒的计算时，一般把外
筒的位移附加于内筒上，以此来求出内筒内力。这
种方法具有很大的近似性，本文利用大型有限元计
算软件ABAQUS对多管式烟囱进行仿真模拟，对钢
筋混凝土外筒和钢内筒进行统一建模，对其钢筋混
凝土外筒承载力进行计算分析。
2 工程概况
本论文以某发电厂多管式烟囱为例，利用有限
单元法，考虑钢内筒对外筒的影响，对其钢筋混凝土
外筒的承载力进行仿真模拟分析。
某电厂建设两台600 MW 的超临界燃煤发电机
组，共同使用一座高度为240 m、出口的直径为8．5 m
的烟囱，这个烟囱由钢筋混凝土外筒和钢内筒共同组
成。该烟囱的基础为圆形承台结构，直径为35 m，强
收稿日期：2013—01—15
作者简介：李海建(1975．)，男，湖北大冶市人，毕业于武汉水利电力
大学，本科学历，高级工程师，现从事建筑结构设计工作。
度等级为C30，基础坐落在混凝土灌注桩上，桩底嵌
入底层基岩当中。
烟囱的外筒为C30钢筋混凝土，高度为233 m，
钢筋混凝土外筒顶部外径为11．5 m，壁厚300 mm，
筒底外径为25 m，壁厚为900 mm。在钢筋混凝土
外筒当中，有一个钢内筒，高度为22～240 m，全长
218 m。钢内筒直径在30～160 m高程处为10 m，
在160～170 m处由10 m渐变为8．5 m，170 m以上
直径为8．5 m，其壁厚在147～153 m处为20 mm，
177～183 m处为12 mm，其余均为10 mm，钢内筒内
侧出于防腐的考虑，另外设置1．2 mm厚钛合金。
内径为6 m。在钢筋混凝土外筒和钢内筒之间，设
置有8层钢平台，平台标高分别为25 m、60 m、
90 m、120 m、150 m、180 m、210 m和230 m，钢内筒
在平台各层均设置有止晃点。
钢内筒主要由150 m和180 m高程的支承点悬
挂于烟囱钢筋混凝土外筒上。其中，150 m处的支
承点约束钢内筒水平向位移和竖直向位移，180 m
处支承点只约束钢内筒水平向位移和竖向向下的位
移，允许钢内筒竖向向上的位移。
3 有限元模型的建立
利用有限单元法进行结构仿真计算和模拟分
析，要将分析的结构物体分割成为有限个的单元体，
并在单元体的指定点设置一些结合点，从而使相邻
单元有关的参数具有一定连续性，构成一个单元集
合体，以此来代替原有的结构。
在利用ABAQUS进行仿真模拟计算的过程中，
利用实体单元来模拟钢筋混凝土外筒，利用壳单元
来模拟钢内筒，利用桁架单元来模拟钢内筒在各层
钢平台附近的止晃点。参照多管式烟囱钢筋混凝土