بخشی از مقاله
خلاصه
برجهای خنک کننده در انواع مختلف فولادی و بتنی ساخته میشوند. در مناطقی که خطر زلزله بالا بوده و یا بستر نامناسبی به جهت پایین بودن مقاومت باربری خاک دارند، استفاده از مصالح سبکتر مانند مصالح فلزی مطرح میباشد. لذا استفاده از برجهای خنک کننده فولادی در این مناطق مناسبتر از نوع بتنی میباشد. از طرفی در طراحی این سازهها علاوه بر مسائل مقاومتی باید به پایداری سازه نیز توجه داشت.
یکی از راههای اقتصادی و مطمئن جهت افزایش پایداری این سازهها، اضافه کردن رینگ سختکننده در چندین تراز ارتفاعی به برج میباشد. جهت دستیابی به بیشترین پایداری کمانشی باید تعداد، ابعاد و محل رینگهای سختکننده بطور صحیحی انتخاب شوند. در این مقاله جهت تعیین پارامترهای فوق، به منظور دستیابی به بالاترین ضریب اطمینان کمانشی رفتار برجهای خنک کننده فولادی با استفاده از تحلیل عددی بررسی شده و یک روش جهت تعیین این پارامترها پیشنهاد شده است.
1. مقدمه
برجهای خنککننده برای خنک کردن آب مورد استفاده در نیروگاههای حرارتی یا صنایع مشابه مورد استفاده قرار میگیرند. برجهای خنککننده در انواع مختلف بتنی و فولادی و با ظرفیتهای گوناگون ساخته میشوند. مطالعات انجام شده بر روی برجهای خنککننده بتنی در مناطق زلزله خیز نشان میدهد که تنشهای بزرگی در اثر زلزلههای متوسط و بزرگ در ستونهای این نوع برجها بوجود میآید.
همچنین پایداری آنها تا حد قابل توجهی کاهش مییابد و اغلب ضریب پایداری از مقدار مشخص شده در آئین نامههای معتبر کمتر خواهد بوده ودر بعضی موارد کمتر از 1 میباشد .[1] لذا استفاده از برجهای خنککننده فولادی در مناطق زلزله خیز بدلیل وزن کم و شکل پذیری بالا مناسبتر است .[2] تاکنون تحقیقات بسیار کمی بر روی برجهای خنککننده فولادی صورت گرفته است که در ادامه به بعضی از آنها اشاره خواهد شد.
در سالٌَُِ کلار به ارائهی مقالهای در مورد برجهای خنککننده فولادی پرداخت، این مقاله گزارشی در مورد تجربیات به دست آمده در طراحی و ساخت دو برج خنک کننده فولادی ساخته شده در ارمنستان و ایران - اصفهان - بود. در این مقاله علت استفاده از برجهای فولادی، لرزه-خیزی شدید ایندو منطقه بیان شده است؟ برای تامین پایداری برجهای مذکور حین ساخت نیز از یک رینگ سختکننده فوقانی استفاده گردید که این رینگ همزمان با ساخت در بالای برج قرار داده میشود و در انتهای ساخت بعنوان یک رینگ سختکننده فوقانی عمل میکند .
در سال 2004، کاتو و همکاران تاثیر اعضای کمانش ناپذیر را در کاهش پاسخ لرزهایی برجهای خنککننده هیپربولیک بررسی کردند. در این تحقیق با به کارگیری اعضای کمانش ناپذیر در قسمتهایی از برج - در ستونها و بادبندهای پانل اول - وضعیت برج تحت نیروهای زلزله بررسی شده و مشاهده گردید که با بکارگیری این اعضا، پاسخ لرزهای برج به نحو موثری کاهش مییابد؟
در سال 2008، صبوری قمی و همکاران رفتار برج خنککننده هیپربولیک فولادی را تحت زلزلههای شدید مورد مطالعه قرار دادند و سپس با بکارگیری فولاد نرم در قسمتهایی از برج، پاسخهای لرزهایی را به نحو موثری کاهش دادند .
در طراحی برجهای خنک کننده علاوه بر مسائل مقاومتی باید به پایداری سازه نیز توجه داشت. یکی از راههای اقتصادی و مطمئن جهت افزایش پایداری این سازهها، اضافه کردن رینگ سختکننده در چندین تراز ارتفاعی به برج میباشد. برای دستیابی به بالاترین پایداری کمانشی، پارامترهای مهم طراحی تعداد، ابعاد و محل رینگهای سخت کننده باید بطرز صحیحی تعیین گردد. در این تحقیق جهت بررسی تاثیر رینگ سختکننده بر پایداری کمانشی برجهای خنککننده فولادی و تعیین بهینه پارامترهای طراحی رینگ سخت کننده یک نمونه برج خنککننده هایپربولیک فولادی در نرم افزار اجزا محدود ABAQUS و با استفاده از آنالیز کمانشی خطی تحت اثر وزن و بار باد مورد مطالعه قرار گرفته است. با استفاده از نتایج این تحقیق یک روش جهت تعیین تعداد، محل و ابعاد بهینه رینگهای سختکننده به منظور دستیابی به بالاترین ضریب اطمینان کمانشی پیشنهاد شده است.
2. مدلسازی و صحت سنجی
جهت صحت سنجی نتایج مدلسازی عددی نرم افزار آباکوس با نتایج مرجع - 4 - مقایسه شده است. برج نمونه مورد نظر دارای ارتفاع 170 متر از سطح فونداسیون میباشد که از 32 ستون و 23 پانل با اعضای متقاطع قطری تشکیل شده است. شعاع ماکزیمم برج در قسمت تحتانی 60 متر و شعاع مینیمم در قسمت فوقانی 36/50 متر است. برج تا ارتفاع 122 متری هیپربولیک بوده و بعد از این تراز با شعاع ثابت و به شکل استوانه تا ارتفاع 170 متری ادامه مییابد - شکل . - 1 تمامی اعضا دارای پروفیل لوله هستند.
اعضای نصف النهاری - ستونها - و اعضای حلقهایی - تیرها - نسبت به هم دارای اتصال صلب هستند و اتصال اعضای قطری بصورت مفصلی است و این اعضا در وسط به هم متصل هستند بطوریکه که طول کمانشی آنها به نصف کاهش یابد. معادله - 1 - تغییرات شعاع برج خنک را در هر تراز نشان میدهد، همچنین در جدول - 1 - ابعاد مقاطع برج خنک کننده مورد نظر نشان داده شده است.
شکل -1 هندسه برج خنک کننده استفاده شده جهت مدلسازی
جدول-1 ابعاد مقاطع برج استفاده شده جهت مدلسازی
در این تحقیق آنالیز کمانشی با استفاده از نرمافزار ABAQUS - Version 6.11 - انجام شده است .[6] هدف از این آنالیز به دست آوردن حداکثر نیرویی است که سازه میتواند تحمل کند قبل از آنکه بصورت الاستیک کمانش نماید. برای مدلسازی اعضای برج از المان B33 استفاده شده است.
المان B33 المان تیر فضایی که به تیرهای اولر- برنولی معروف هستند که در آنها تغییر شکلهای برشی ناچیز است. بارهای اعمال شده به برج خنک کننده عبارتند از بار مرده و بار باد. بار مرده - شامل وزن اعضای برج، پوشش و ملحقات - که معادل 1.2KN / m 2 در نظر گرفته شده است و بارهای مورد نظر با توجه به سطح باربر هر گره بصورت متمرکز و در راستای شعاعی بر گره ها اعمال خواهند شد. در شکل - 2 - جهت صحت سنجی تغییر مکان نقاط گرهی برج خنک کننده در راستای ارتفاع با هم مقایسه شده است.
