2023太陽能光熱發(fā)電吸熱塔風致效應

太陽能光熱發(fā)電吸熱塔風致效應2023.0622目錄概述 1研究背景 1主要圖紙 2研究內容 3研究思路 3結構材料 3分析荷載及計算參數 4樓面荷載 4風荷載 4鋼結構塔風荷載 4混合結構塔風荷載 54.3位移和變形 5吸熱塔抗風分析 6計算參數與計算模型 6順風向風振計算 10順風向風荷載規(guī)范算法 10順風向風荷載時程模擬 12順風向風振響應計算結果 14橫風向風振計算 154.4小結 175.結論 1911概述研究背景2432315.7m地帶，太陽能資源豐富。本文將采用兩種結構形式對其進行抗風分析，分別為：（1）150MW鋼結構方案；（2）混合結構方案（200，200上至塔頂采用鋼結構本課題研究的主要目的是厘清以上兩種結構形式在風荷載下的結構受力性能，并采用中國規(guī)范校核評估結構的安全可靠度，為在國內推廣應用奠定基礎。圖1.1效果圖22主要圖紙圖1.2總體布置圖1.3平臺標高示意圖PAGEPAGE12 圖1.4各平臺鋼構件布置示意圖研究內容依據現有規(guī)范和相關文獻資料，按照要求，對150MW級機組鋼結構吸熱塔和混合結構吸熱塔進行拓展性的研究，研究內容如下：采用規(guī)范計算方法進行風荷載作用下結構響應的分析；采用風荷載時程，計算結構在動力風荷載作用下的響應。研究思路模型建立模型建立驗證模型正確性規(guī)范風荷載分析考察常規(guī)設計指標風荷載時程分析對比時程分析結果與規(guī)范計算結果結構材料由于本研究報告所做分析均為彈性分析，因此僅涉及材料的密度與彈性模量，如表2.1所示。表2.1結構材料性質混凝土鋼材密度（Kg/m3）25007800彈性模量（MPa）30000200000分析荷載及計算參數樓面荷載本工程常用結構荷載取值按《建筑結構荷載規(guī)范》。特殊設備荷載由有關方提供。結構構件自重根據材料容重和結構截面尺寸見表3.2。表3.2構件材料自重材料名稱容重鋼筋混凝土25.0KN/m3鋼材78.0KN/m3結構內部平臺、頂部平臺使用活載見表3.3。表3.3樓面活荷載區(qū)域名稱活荷載標準值（kN/m2）說明內部平臺5.0250.9m標高平臺8.0頂部平臺5.0頂部起吊荷載見荷載參考文件風荷載鋼結構塔風荷載順風向風效應根據工藝提供的數據，設計基本風壓值為1.17KN/m2，地面粗糙度為A類。（500092012，用于基本結構體系設計準則：wk=βzμsμzw0——風荷載標準值；——風振系數，按GB50009-2012公式8.4.3計算；GB50009-20128.3.1331.1；——風壓高度變化系數，按GB50009-2012表8.2.1，地面粗糙度為A類；0——基本風壓，1.17KN/m2。0計算結構承載力和位移時結構阻尼比取0.01。橫風向風效應根據《高聳結構設計規(guī)范》（GB50135-2006）4.2.12條執(zhí)行。混合結構塔風荷載順風向風效應根據工藝提供的數據，設計基本風壓值為1.17KN/m2，地面粗糙度為A類。（501352006，用于基本結構體系設計準則：wk=βzμsμzw0——風荷載標準值；——風振系數，按GB50135-2006式4.2.9計算；——風荷載體型系數，根據GB50135-2006表4.2.7取值；——風壓高度變化系數，按GB50135-2006表4.2.6-1取值，地面粗糙度為A類；0——基本風壓，1.17KN/m2。0計算結構承載力和位移時結構阻尼比取0.01。橫風向風效應（GB50135-2006）4.2.12橫向共振引起的等效靜風荷載按照式（4.2.12-4）計算。位移和變形位移驗算按以下要求進行：（GB50051-2013）3.2.161/1001/300。變形驗算按照工藝提出的要求進行校核。吸熱塔抗風分析計算軟件本文采用通用有限元ANSYS對混凝土-鋼混合結構吸熱塔進行靜力風荷載分析及動力風荷載分析。結構基本情況見表4.1。項目光熱塔結構類型底部混凝土-上部鋼結構混合塔體結構建筑結構安全等級一級結構設計使用年限50年結構設計基準期50年結構重要性系數1.1抗震設防重要性類別重點設防類（乙類）地基基礎設計等級甲級建筑樁基礎設計等級甲級高度下部塔架高200m吸熱器頂部高243m級別A級標準層平面尺寸（m）23.0×23.0表4.1混合結構塔結構基本情況結構計算分析參數見表4.2項目光熱塔混凝土容重25KN/m3鋼材容重78KN/m3嵌固端地下室頂板基本風壓承載力計算\位移計算1.17KN/m2體型系數GB50009-2012續(xù)表8.3.1中第37項地面粗糙度A類順風向風振考慮橫風向風振驗算計算模型

表4.2混合結構塔計算分析參數分析方法及模型建立ANSYS風荷載包括按照規(guī)范進行靜力分析和隨機風荷載動力分析。ANSYSStick3D，Stick3DStick31BEAM34.33Dshell63BEAM188（桁架形式進行了簡化及統(tǒng)一凝土部分的空間桁架利用剛性樓板代替。ANSYS3D4.1質點編號標高(m)質點總質量(kg)層號層直徑(m)截面面積(m^2)截面抗彎慣性矩（m^4)00.000.00122.9043.172615.8717.50784826.04222.7142.812548.25215.00777970.73322.5242.442481.80322.50771115.43422.3242.072416.51430.00764260.12522.1341.712352.38537.50757404.81621.9341.342289.40645.00750549.51721.7440.982227.55752.50743694.20821.5540.612166.83860.00736838.89921.3540.252107.22967.50729983.581021.1639.882048.711075.00723128.281120.9639.521991.301182.50716272.971220.7739.151934.971290.00709417.661320.5838.781879.711397.50702562.351420.3838.421825.5214105.00695707.051520.1938.051772.3715112.50688851.741620.0537.781734.0716120.00518215.531720.0028.271321.1217127.50518215.531820.0028.271321.1218135.00518215.531920.0028.271321.1219142.50518215.532020.0028.271321.1220150.00518215.532120.0028.271321.1221152.65557986.762220.0028.271321.1222164.00561915.342320.0028.271321.1223168.50495960.342420.0028.271321.1224180.00771511.752520.0028.271321.1225190.10775799.502620.0028.271321.1226200.00346177.702715.7022.20890.2427207.50761251.102815.7022.20890.2428214.6044215.092915.7022.20890.2429222.66167823.723015.7022.20890.2430230.85272231.493115.7022.20890.2431243.00272431.04表4.3Stick模型基本參數（a）結構模型 （b）上部鋼結構細部 （c）鋼桁架細部圖4.1ANSYS結構計算模型計算參數1）材料32）荷載采用了1倍恒載+0.5倍活載的組合，恒活載取值見本文4.1節(jié)。結構基本動力特性3D44.444.2。3DStick如表4.5所示，三個計算結果基本吻合，認為模型基本特性可靠。階數 1 2 3 4T周(s) 3.65 2.66 1.84 1.47表4.43D模型前4階自振周期第1階振型（X）

第2階振型（Y）

第3階振型（局部扭轉）

第4階振型（X向平動）圖4.2結構前4階振型混凝土彈性模量折減0.851西北院結果STICK3D周期(s)3.663.653.27比值21.121.12/表4.5模態(tài)分析結果注：1.根據《高聳結構設計規(guī)范》，計算結構自振特性時，混凝土高聳結構截面特性取0.85；計算正常使用極限狀態(tài)時，混凝土高聳結構截面特性取0.65；有限元模型依據規(guī)范對混凝土彈模進行折減。2.比值指的是同濟的計算結果與西北院的結果的比值。順風向風振計算順風向風荷載規(guī)范算法計算參數質點編號標高(m)風壓高度變化系數uz體形系數us風振系數beta風壓w=w0*us*uz*beta集中風荷載（kN)質點編號標高(m)風壓高度變化系數uz體形系數us風振系數beta風壓w=w0*us*uz*beta集中風荷載（kN)17.501.290.521.010.79135.87215.001.520.521.020.94160.75322.501.680.521.021.04175.66430.001.800.521.031.12187.56537.501.890.521.041.19198.16645.001.980.521.051.26207.07752.502.050.521.061.32215.32860.002.120.521.071.38223.62967.502.180.521.091.44231.301075.002.240.521.101.50238.461182.502.290.521.121.56245.181290.002.340.521.141.61251.521397.502.380.521.151.67257.5114105.002.420.521.171.72263.2115112.502.470.521.191.78269.8116120.002.500.521.201.83275.6917127.502.540.521.221.88282.7418135.002.580.521.241.94291.5719142.502.610.521.262.00300.3620150.002.640.521.282.06209.1821152.652.650.521.292.09292.1122164.002.700.521.322.17343.2623168.502.720.521.332.20351.5424180.002.760.521.362.28493.5525190.102.800.521.382.35470.1426200.002.830.521.412.42421.8827207.502.860.461.622.49285.6028214.602.880.461.642.55303.1629222.662.900.461.682.62333.8930230.852.930.461.712.69429.2031243.002.970.461.742.78265.33表4.6各標高處順風向風荷載計算結果分析結果按照規(guī)范方法計算順風向風荷載作用下結構的響應，結構底部反力如表4.7所示，各層位移如表4.8所示，各層位移如圖4.3所示。Stickmodel

Fx（底部剪力（N）Fy（豎向反力（N）Mz（彎矩8.65E+06 1.83E+08 1.22E+093Dmodel 8.64E+06 2.01E+08 1.21E+09西北院 1.35E+07 1.92E+08 2.02E+09表4.7順風向風荷載作用下結構反力節(jié)點高度（m) 位移(m) 混凝土彈模折減0.65STICK 3D17.58.63E-04 3.33E-032153.41E-03 6.00E-03322.57.59E-03 1.02E-024301.34E-02 1.57E-02537.52.06E-02 2.23E-026452.94E-02 3.01E-02752.53.95E-02 3.90E-028605.10E-02 4.89E-02967.56.38E-02 5.42E-0210757.78E-02 6.53E-021182.59.30E-02 7.74E-0212901.09E-01 9.03E-021397.51.27E-01 1.04E-01141051.45E-01 1.18E-0115112.51.64E-01 1.34E-01161201.84E-01 1.50E-0117127.52.05E-01 1.65E-01181352.26E-01 1.81E-0119142.52.48E-01 1.97E-01201502.70E-01 2.13E-0121152.72.78E-01 2.20E-01221643.13E-01 2.48E-0123168.53.27E-012.59E-01241803.63E-012.89E-0125190.13.96E-013.15E-01262004.27E-013.40E-0127207.54.52E-013.84E-0128214.64.75E-014.35E-0129222.75.01E-014.86E-0130230.95.27E-015.25E-01312435.66E-015.77E-01表4.8順風向風荷載作用下結構各層位移圖4.3順風向風荷載作用下結構層位移圖順風向風荷載時程模擬模擬方法沿結構高度取31個點，采用線性濾波法中的自回歸模型生成風時程，其基本假定如下：任意一點處平均風速不隨時間改變；脈動風速時程是零均值平穩(wěn)隨機過程；風速時程間具有空間相關性。風速譜采用Davenport譜，其表達形式如下：()——風速譜；——風的頻率；

x2Sv(n)=4kv?102 ,xn(1+x2)4/3

1200nv?10——表征地面粗糙度的系數；10m計算參數取值Davenport10m[0.001,10]HzA10m高度處的平均風速為43.66m/s。時程風荷載取樣3175m、150m243m4.4Davenport4.5所示（對數坐標組成接近。 圖4.4風壓時程與風速時程取樣圖4.5目標功率譜vs實際功率譜順風向風振響應計算結果本文主要列舉了工程中較為關心的塔頂、200m4.64.7200m4.84.94.10 圖4.6塔頂位移、速度、加速度響應時程圖4.7200m平臺處位移、速度、加速度響應時程圖4.8基底反力時程底部剪力（N）豎向反力（N）彎矩（N·m）3Dmodel靜力8.64E+062.01E+081.21E+09西北院1.35E+071.92E+082.02E+09動力風（MAX）3Dmodel9.15E+062.86E+081.19E+09比值*1.06\0.98243m處位移（m）243m處位移（m）200m處位移(m)靜力3Dmodel 5.77E-013.40E-01西北院 6.66E-013.95E-01動力風 3Dmodel 4.17E-01 2.48E-01（112.4s） （0.65）比值* 0.720.73（混凝土彈模折減0.65）表4.10位移對比結果*比值按照3D模型動力計算結果/3D模型靜力計算結果計算得到。橫風向風振計算按照規(guī)范方法計算橫風向風荷載作用下結構的響應，結構底部反力如表4.11所示，各層位移如表4.12所示，各層位移如圖4.9所示。Stickmodel

Fx（底部剪力（N）Fy（豎向反力（N）Mz（彎矩4.65E+06 1.83E+08 8.82E+083Dmodel 4.65E+06 2.01E+08 \西北院 5.32E+06 1.92E+08 9.52E+08表4.11橫風向風荷載作用下結構反力節(jié)點 高度

位移(m) 混凝土彈模折減0.65 STICK3D17.56.27E-041.71E-032152.49E-032.89E-03322.55.57E-034.97E-034309.85E-037.83E-03537.51.53E-021.15E-026452.19E-021.58E-02752.52.96E-022.09E-028603.84E-022.67E-02967.54.83E-022.98E-0210755.92E-023.66E-021182.57.11E-024.41E-0212908.40E-025.21E-021397.59.78E-026.07E-02141051.12E-016.99E-0215112.51.28E-017.96E-02161201.44E-018.98E-0217127.51.61E-011.00E-01181351.79E-011.11E-0119142.51.97E-011.22E-01201502.16E-011.33E-0121152.72.23E-011.38E-01221642.53E-011.57E-0123168.52.65E-011.65E-01241802.96E-011.85E-0125190.13.24E-012.03E-01262003.52E-012.21E-0127207.