钢筋混凝土烟囱温度应力浅析

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发布时间：2021-09-13

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钢筋混凝土烟囱温度应力浅析
程鹏李娟
(山东三维石化工程股份有限公司，山东淄博，255434)
摘要钢筋混凝土烟囱在使用过程中表面常出现裂缝，有的裂缝宽度大大超过了规范允许的限值，影响正常使
用。本文采用有限元仿真软件Ansys对钢筋混凝土烟囱进行温度应力分析，研究简壁在高温烟气作用下的应力分布
规律及其裂缝产生原因，采取预防措施，进一步优化设计。
关键词烟囱温度应力有限元裂缝
中图分类号：TK621 文献标识码：B 文章编号：1009—9859(2010)03—0211一o4
烟囱作为烟气的主要排放方式在工业企业中
有广泛应用，其中尤以钢筋混凝土烟囱应用最多。
工业企业排放烟气通常都是高温气体，且烟囱在
使用过程中常年处于高温状态下，由高温产生的
筒壁温度应力是一种常态。筒壁裂缝会影响到整
体刚度和结构强度，危及生产安全，其作用应引起
重视。本文采用Ansys软件来分析筒壁温度应
力，研究温度应力的分布规律及其对裂缝产生的
影响，帮助我们在进行烟囱设计时有目的的采取
措施来尽量减少温度应力的不利影响，达到优化
设计的目的。
1 烟囱筒壁热结构耦合分析
现结合西北某石化项目烟囱进行实际分析。
烟囱总高100 In，上口内径1．5 m，下口内径7 m，
内衬为高铝质隔热耐酸砖，隔热层初始选择采用
60 mm厚岩棉，钢筋混凝土筒身，壁厚从上至下递
增，上口壁厚180 mm，下口壁厚380 mm。
1．1 模型及边界条件
高铝质隔热耐酸砖砼1．74W／m·14
一
— ．180
0．35 W ／m·K 一
— —
穗／ —一—
0．04 W ／m ·K 一
=
120
图1 烟囱筒壁剖面及导热系数
正常工作状态下，烟囱内部高温气体和外部
大气之间的温差会导致筒壁内产生温度应力，现
在取其一段筒壁作为分析对象，分析温度应力随
不同变量的变化规律。内部烟气温度取140 oE，
外部大气温度取一lO℃；烟囱筒壁剖面见图1。
本例属于轴对称问题，可以采用轴对称方法
来进行分析；同时本问题为典型的热一应力耦合
问题，可以采用间接法顺序耦合的一般方法来进
行分析。
首先建立热分析模型，轴向尺寸取任意大于
零的值，内壁温度140℃ ，外壁温度一lO℃ 作为
边界条件，Ansys热分析模型见图2。
面1 面2 面3
加载温 I l¨I I l I l I}I I I I I IlI
度荷载 l I I『l I I I I，I I I I l l I 1／l l1 l
140℃ I l l I l 1 I I I I I I l I l l I I Il
l I I l I I l l I l l I I I l I l II l
I I }I I I l I I I l I I l I I I Ill·
图2 Ansys热分析模型
然后建立热一结构耦合分析模型，轴向尺寸
取任意大于零的值，将其一边轴向约束，另一边所
有节点轴向自由度耦合，并将第一步热分析得出
的面3两侧的温度作为边界条件加载至相应节
点，Ansys热一结构分析模型详见图3。
收稿13期：2010—05—25；修回13期：2010一o6一l2。