王飞天 柯世堂 王晓海

摘要： 为分析超大型冷却塔在强风作用下的结构失效准则与强健性，以超规范高度限值的世界最高220 m超大型冷却塔为例，基于ANSYS/LS?DYNA平台建立结构三维有限元模型，对其风致倒塌全过程进行数值仿真分析。研究了典型风速下位移响应与塔筒内力分布特性，得出最不利响应发生的位置、数值及分布规律，探讨了强风下塔筒结构“稳定?失稳?倒塌”全过程演化机理，并提出了强风作用下冷却塔的结构失效准则。研究发现：强风作用下超大型冷却塔结构强健性最薄弱部位为迎风面塔筒喉部区域，与上风向夹角为-70°和70°子午向出现“褶皱变形”并导致塔顶局部结构失效破坏，进而引起塔筒整体结构倾覆倒塌;塔筒应变能密度呈现指数增长趋势，以喉部相对水平位移与喉部直径百分比S>1%、指数应变能密度和值破坏系数K≥0.3作为结构失效判断准则可较好评价强健性指标。

关键词： 超大型冷却塔; 强风作用; 连续倒塌; 失效准则; 强健性分析

引 言

结构强健性[1]是由结构连续倒塌极限状态发展而来，其基本含义是结构在施工和使用阶段不发生与初始破坏原因不相称的破坏。结合强风破坏属性和超大型冷却塔自身特征，冷却塔结构强健性是指在强风环境下塔筒局部损伤失效不应导致整体结构倒塌破坏或屈曲失稳。1965年英国渡桥电厂和1973年苏格兰阿德尔曼电厂大型冷却塔的风毁事件[2?3]均是由局部风荷载过大使得塔筒局部受拉损伤，进而引发整个塔筒结构强度破坏和屈曲失稳倒塌。事……