Computational Structural Engineering : An International Journal
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제2권1호
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pp.25-32
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2002
Natural draught cooling towers often develop visible crack structures as consequences of progressive damage processes over their life-time. The aim of this paper is a numerical demonstration of the progressive damage process of cooling towers, representatively for the reinforced concrete structures, in order to improve the durability and extend the life-time of structures subjected to such damage processes. For the analyses, the applied material model for reinforced concrete will be briefly introduced. An existing natural draught cooling tower with a pronounced crack structure, in which this crack structure indicates the typical damage pattern of large cooling towers will be numerically simulated. The change of dynamical behavior of the structure with regard to natural frequencies, reflecting the global damage process due to the degrading stiffness of the structure in dependence of the load type and intensity, will be presented and discussed.
Determining of the shape in the process of design for natural draught cooling tower is very important, because the shape of hyperbolic shell is respond sensitively to dynamic behavior of the whole cooling tower against wind load. In engineering practice, the geometric parameters have been determining based on the natural frequency. This study analyses influence of the tower shell geometric parameters on the structural behavior. For three representative models were selected, they were analyzed based on evaluation of damage by means of nonlinear FE-method. As a result, a hyperbolic rotational shell with the small radius overall was the lowest damage index induced by sufficient capacity of the stress redistribution and thus a wind-insensitive structure.
Wind loading is one of important loadings that should be considered in the design of large hyperbolic natural-draught cooling towers. Both external and internal surfaces of cooling tower are under the action of wind loading for cooling circulating water. In the previous studies, the wind loads on the external surface attracted concernedly attention, while the study on the internal surface was relatively ware. In the present study, the wind pressure on the internal surface of a 220 m high cooling tower is measured through wind tunnel testing, and the effect of ventilation rate of the packing layer on internal pressure is a major concern. The characteristics of internal wind pressure distribution and its effect on wind-induced responses calculated by finite element method are investigated. The results indicate that the wind loading on internal surface of the cooling tower behaves remarkable three-dimensional effect, and the pressure coefficient varies along both of height and circumferential directions. The non-uniformity is particularly strong during the construction stage. Analysis results of the effect of internal pressure on wind-induced responses show that the size and distribution characteristics of internal pressure will have some influence on wind-induced response, however, the outer pressure plays a dominant role in the wind-induced response of cooling tower, and the contribution of internal pressure to the response is small.
In this paper, computer simulation of wind flow around a single cooling tower with louver support at the base in the KAZERUN power station in south part of IRAN is presented as a case study. ANSYS FLOTRAN, an unstructured finite element incompressible flow solver, is used for numerical investigation of wind induced pressure load on a single cooling tower. Since the effects of the wind ribs on external surface of the cooling tower shell which plays important role in formation of turbulent flow field, an innovative relation is introduced for modeling the effects of wind ribs on computation of wind pressure on cooling tower's shell. The introduced relation which follows the concept of equivalent sand roughness for the wall function is used in conjunction with two equations ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulent model. In this work, the effects of variation in the height/spacing ratio of external wind ribs are numerically investigated. Conclusions are made by comparison between computed pressure loads on external surface of cooling tower and the VGB (German guideline for cooling tower design) suggestions.
The result of the previous work leads to the idea that the inner area of the hyperbolic shell generator should be minimized for the cooling tower with higher first natural frequency. In this study the inner area of the hyperbolic shell generator was graphically established under varying height of the throat and angle of the base lintel. From the graph, several shell geometries were selected and analysed in the aspect of the natural frequency. Three representative towers reinforced differently due to different first natural frequencies were analysed non-linearly and evaluated using a damage indicator based on the change of natural frequencies. The results demonstrated that the damage behaviour of the tower reinforced higher due to a lower first natural frequency was not necessarily advantageous than the others.
하이퍼볼릭 쉘로 구성된 냉각탑에서 쉘의 형상은 풍하중에 대하여 냉각탑 전체의 동적 거동에 민감하게 응답한다. 이에 따라 냉각탑 설계 시 기하형상의 결정은 매우 중요하며 일반적으로 고유진동수를 기반으로 하여 산정한다. 본 연구의 목적은 냉각탑 쉘의 구조적 거동에서 형상변수가 미치는 영향을 파악하고자 한다. 기존의 냉각탑 형상변수를 변화시켜 32개의 모델을 선정하였고 이를 1차 고유진동수를 기반으로 하여 분석한 후, 3개의 대표적인 형상을 선택하여 선형 해석을 수행하였다. 그 결과, 전체적으로 작은 반지름을 가지는 기하형상이 높은 1차 고유진동수를 나타내고 풍하중에 대하여 덜 민감한 시스템이 되는 것을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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