火电厂空冷结构体系风载效应及风参数研究

【摘要】：空气冷却是我国大型火力发电厂采用的新型冷却装置，空冷结构体系是随着空气冷却水工艺而出现的一种新型结构体系。空冷结构体系是国家的生命线工程，该结构为电厂结构的重要支撑设施，结构的安全直接关系到电厂的正常运行，是发电厂正常运转不可缺少的环节。我国的大型火力发电厂多数地处多风的北方地区，因此，在空冷结构体系设计中必须要考虑风荷载作用的影响。 空冷结构体系下部为钢筋混凝土空心管柱，上部有A型支架和挡风墙，顶部还有大直径通气管道。结构上部空间钢桁架的刚度远远超过下部钢筋混凝土管柱所提供的刚度；结构上部的设备是结构主要荷载，造成结构80%的质量集中在上部。因此，空冷结构体系属于一种典型的竖向刚度和质量分布很不均匀的高柔结构，并且结构下部空旷，风荷载主要作用于上部挡风墙上，并对结构下部产生较大的作用。由于其结构体系的特殊性和复杂性，到目前为止，在进行结构抗风设计时仍有许多参数不很清楚。例如结构的体型系数、风载动力特性、风振系数等。因此，有必要展开空冷结构体系的抗风分析研究，研究其风荷载分布特性和风致振动特性，得到该类结构的风载体型系数和风振系数等，以对该类结构的抗风设计提供参考。 本文以国内某大型火电厂空冷结构体系为原型，通过风洞试验的方法对该类结构的抗风进行了分析研究。通过进行结构的刚性模型风洞测压试验和CFD数值模拟研究，得到了空冷结构体系的风荷载分布特征；通过进行结构的气弹模型风洞试验，得到了其风振响应特性，并进行了分析；基于气弹模型风洞试验测得的结构位移响应，计算了空冷结构体系的风振系数，并进行了参数分析；在对空冷结构体系风洞试验研究基础上，参照荷载规范的形式，提出了该类结构的抗风设计建议。本文主要进行了以下几方面工作： 1．进行了空冷结构体系的刚性模型同步测压风洞试验，得到了该类结构的风荷载分布情况。对试验结果数据进行了深入的处理和分析，获得了较完整的该类结构的平均风荷载分布信息，总结了其空间分布的规律。 2．进行了空冷结构体系的CFD数值模拟研究。通过与刚性模型测压试验结果进行对比，验证了数值模拟的正确性，探讨了CFD数值方法在该类结构平均风压计算上的适用性。在此基础之上，补充研究了刚性模型测压试验不能实现的因素对空冷结构体系风压分布的影响，比如空冷结构体系上风机转速的影响等，并通过流场显示解释了造成其风压分布特征的原因。 3．进行了空冷结构体系的气动弹性模型风洞试验：探讨了气弹模型的制作，进行了气弹模型风洞试验并得到了结构的位移响应特性。通过分析结构位移响应根方差、平均值和谱特性的研究，基本掌握了该类空冷结构体系的风致振动特性。 4．针对我国荷载规范中风振系数对空冷结构体系计算的不足，在气动弹性模型风洞试验研究的基础上，由结构的位移响应计算得到了空冷结构体系的风振系数，并进行了参数对比分析，总结了空冷结构体系的风振系数计算方法。 5．基于对空冷结构体系的风洞试验研究得到的风压分布特征、风致振动响应和风振系数等，结合荷载规范，对该类结构的抗风设计方法进行了探讨，提出了便于工程应用的建议。