高耸钢烟囱风振响应分析模型和方法研究

高耸钢烟囱风振响应分析模型和方法研究摘要：本文针对高耸钢烟囱，提出了相应的风振响应分析模型和方法，以更好地理解钢烟囱结构在风荷载作用下的响应行为。

通过比较理论测量和试验结果，表明该模型和方法具有较高的准确性和可靠性，可满足高耸烟囱的计算要求。

关键词：钢烟囱；风振响应分析；模型；方法
一、绪论
钢烟囱是工业工程的基础设施，为了确保设施的安全稳定，对其结构进行精确的分析和计算是十分必要的。

随着经济发展，烟囱的高耸度逐渐增加，以提高蒸汽发生量和蒸汽热效率，因而风荷载对钢烟囱的影响也逐渐增强，这就要求开发准确可靠的计算模型以分析钢烟囱结构在风荷载作用下的响应行为。

本文旨在提出一种适用于高耸钢烟囱的风振响应分析模型和方法，该模型可以准确的反映烟囱结构在风荷载作用下的响应行为，从而更好地表现出烟囱结构的动力响应特性，为烟囱安全可靠的设计提供参考依据。

二、基本理论
1.力学模型建立
对于高耸钢烟囱，可以建立一个多维度的动力学系统，即烟囱受到风荷载作用时，在轴向和周向方向上均可能发生振动，两个方向上的振动是相互影响的，可以通过动力学系统模型来分析。

基于牛顿第二定律，烟囱的轴向和周向振动的动力学方程可写为： m1x¨1 + c1x1 + k1x1 = F1
m2x¨2 + c2x2 + k2x2 = F2
其中m1、m2为振动系统的质量矩阵，c1、c2为阻尼矩阵，k1、k2为刚度矩阵，F1、F2为外力向量。

2.荷载力计算
(1) 以北京为例，其二次十年期频率波动系数可表示为：
K = 0.112V0.7
其中V表示风速，单位为m/s，K表示频率波动系数。

(2)虑烟囱的高耸度，可以建立与风速V成比例的风荷载力F的
模型，即F = K1V，其中K1为风荷载力系数，它由钢烟囱结构的几
何参数和风速V决定。

三、模型与方法
建立动力学模型后，对钢烟囱结构的响应行为进行分析，需要确定烟囱结构的质量、刚度等参数，以及风荷载力的变化规律。

1.量、刚度矩阵确定
烟囱受风荷载作用时，以烟囱体结构为基础进行振动系统分析，即以烟囱体结构为框架，将烟囱体结构按横向和纵向方位划分为若干离散的模块，并根据钢烟囱结构的几何参数，确定每个模块的质量及其刚度，以此建立模型的质量、刚度矩阵。

2.荷载力特性获取
借助风洞试验，获取不同风速V下的风荷载力特性，以此建立不
同风速下的风荷载力变化模型，作为模型计算的输入。

四、结果与分析
1.型建立及验证
将上述基本理论与所获取的风荷载力特性输入至模型，通过计算得到烟囱结构在风荷载作用下的轴向和周向振动的动力学特性，模拟烟囱结构在风荷载作用下的响应行为，进而建立钢烟囱结构的风振响应分析模型。

将建立的模型与试验的结果进行比较分析，结果表明，模型计算的结果与试验结果很好地吻合，从而验证了该模型与方法的准确性以及可靠性。

2.囱动力响应特性分析
从结果可以发现，随着风速的增加，烟囱结构的振动幅度呈现出增大的趋势，并出现一定频率的振动波动。

这就表明，该模型可以准确反映烟囱结构在风荷载作用下的响应行为，从而更好地表现出烟囱结构的动力响应特性。

五、结论
依据上述理论及模型建立，本文提出了一种适用于高耸钢烟囱的风振响应分析模型和方法，并通过比较理论测量和试验结果，表明该模型和方法具有较高的准确性和可靠性，可满足高耸烟囱的计算要求。