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大型高位水塔结构的CAE设计 高翔1 削利1 扬史琦1 中冶赛迪工程技术股份有限套司 重庆4000]3 摘要：舟拓7一#用f十犀目扳热＆m的超太客量的高位*塔的#椅形式．通过有mi程序整体分析 7它的动力特B#水平地震动f和风荷戴T的结构反应，探讨Ti#构形式的振自特^覆其蹙力薄弱# 节．培女TI程谩计十的一些技术措t，有利于目粪镕构设计参考 关键词：超女吝量^位啦塔有限元振动分析*籍＆计c吨 1工程概况 某工程建造一座用于中厚钢板熟处理的高位水塔，此承塔建筑高度为52m，水葙容积1780一， 支架及水箱均采用全锅结构。车工程质量主要集中于顶点．通常此类水塔设计都简化为单质点的悬 臂柱结构进行计算分析，但是由于本工程水塔容积特别丈，高度在同类水塔中也属于罕见，为了控 制顶点位移，需要悬臂柱提供很大的侧向刚度，采用单柱设计会造成柱截面太，经济上浪费且不美 观。为此本文支架采用八根钢管柱，轴对称布置．并在两两之间辅以支樟，形成空间支架体系，从而 解决悬臂柱断面过人，浪费且不美观等问题，该水塔立面及平面见图I。 由于支架为整体空间结构形式，无法采用传统的平面简化计算，为此奉文对水塔支架及水箱壳体 进行了三维整体有限元分析，全面地分析其动力特性和在水平地震荷载及风荷载下的结构反应，并 提出一些新型的结构设计措施，取得了良好的经济效果和建筑外观效果，在此做一简单介绍。 蠡 ◇_三露 图1水塔立面Ⅱ平面围 田2有m元计算模型!维枧田 2计算模型 计算模型主要为两部分，洋见图2。水塔下部支架为第一部分，水箱壳体为第二部分。本文采用 sap2000有限元程序进行地震反应谱分析，考虑水塔端载和空载的两种情况分别进行计算，结构本身 轴对称布置，刚度质量均匀，仪在水平向施加地震力，不考虑竖向地震作用。 ^月，}：^!^口$##自∞c^嫩# 3有限元分析结果 根据E述模型进行了结构整体空间分析计算，计算的基本条件为：场地类剐为Ⅳ类，抗震设防类 载5kN／m2，水塔顶板检修荷载3．5kN『m2。振型数取9个，分水塔满载和空载两种情况分别计算， 结构部分计算结果见表1。 表1 高位水塔结构部分内力计算结果 项点绝对 顶点相 自振周期(s) 结构参数 位移(TTlln)对位移 Tl T2 L L L T6 水塔满载 水塔空载 1／1259 O943 0578 3l振型分析 满载和空载的前六阶振型彤式基本相同，但是由于空载和满载时，质量差别很大，造 成周期差别也很大。满载形式的前六阶振型的二维和三维形式具体见图3。从图中可以看 出，因为结构基本是轴对称形式，第一周期和第二周期振型为x向和Y向的水平振动，第 三周期为整个水塔支架的扭转振动，第四周期和第五周期为整个水塔支架的X向和Y向的 弯曲振动，第六周期为水塔支架的竖向的上下振动。从周期上町以看出，第一阶、第二阶 水平振动，及第二阶扭转振动周期较后面几阶振型大得多，所以实际设计中可以忽略后面 几阶弯曲振动、上下振动的影响．仅考虑水平振动和扭转振动的影响。 第一周期振型 第二用期振型 ■胃T ■胃■冒 第三周期振型 第四周期振型 steelconstrucIIon Su”I…．2009 第i周期振型 第六周期振型 围3 水塔支架前六阶撮型 3 2 变影及应力分析 该高位水塔尽管高度和满载时质量均很大，但由于处于6度设防地震区．经过有限元反应谱分 析和风荷载下的作用工况比较可知，水平位移及弯曲变形引起的应力仍然由风荷载起控制作用。最 大顶点水