天圆地方的烟囱计算

某改造项目中，需要对天圆地方的烟囱裙座作相应修改，直通的烟囱需要在烟囱的裙座部分开2个大型的矩形孔。由于矩形孔开的比较大，故担心其强度可能不足，想要对裙座部分进行校核。

烟囱不受内压，只承受风和地震载荷，本结构本质上是一个梁受弯矩的模型，得到风+地震总弯矩后，再核算截面的抗弯模量够不够。但是由于结构是一个天圆地方，矩形孔开孔较大，且开到了过渡区，对比塔器锥形开圆孔，其局部结构对于设备的安全影响不能忽略。

首先烟囱按照塔器规范计算。天方地圆可以简化为锥体，方的部分保守采用采用内切圆（内切圆惯性矩肯定小于外面的方圆）。将参数代入SW6并生成计算书，可看到开1500*2300的孔没有问题，且接管的厚度最小可以是20mm。SW6的计算书缺点是无法完全模拟烟囱，无衬里参数，无法考虑局部结构不连续。但是由于模拟了烟囱的外形，重量，并对天圆地方部分进行了保守计算，结果具有一定参考性。

再者，此模型可以参考塔器开长圆孔计算，塔截面上因开孔削弱的抗弯模量减去Zm（接管增加的抗弯模量）要符合要求。我们令削弱的=增加的，即bmDimδes/2=Zm，然后校核锥体各个截面上的抗弯模量，最大的削弱在最顶上的开槽削弱。缺点是：虽然塔器没有规定长圆孔的长度有衰减范围，但是实际上只有靠近塔器的部分才对裙座开孔起支撑作用。其余更长的部分不起作用。不过此结构是一个抗弯模量够不够的问题，如果抗弯模量够，那么结构整体来说是没有问题的，所以结果是有参考性的。

为了更精确的计算开孔造成的影响。我们建立有有限元模型，采用shell181单元。筒体裙座部分采用9mm（3mm腐蚀余量），接管采用24mm，下端外伸300mm。边界条件是裙座底面固定约束，塔器上表面施加风弯矩。为了得到可靠的风弯矩，采用SW6计算，以及手算。SW6为1.38e9Nmm，手算为1.15e9Nmm，所以取1.4e9Nmm。在塔器上截面还施加50吨的重力载荷。

经计算，薄膜应力达到428MPa>1.5*114=171，膜加弯达到561MPa>3*114=342MPa。最大应力点在矩形上转角与裙座天圆地方过渡区，结构非常不连续，故未经加强容易造成局部破坏。

采用的加强措施是在上三面增加16mm厚，200mm宽的补强圈。

由于风弯矩方向影响，所以一次将弯矩施加垂直于开孔方向，一次施加平行于开孔方向。

经过比较，在加强后应力值大幅度降低。

设备本身的抗弯模量已经足够了，经过加强，设备局部地区的应力保持在可控的范围。

故推荐：此结构的矩形管采用壁厚≥24mm,外伸长度≥450mm，补强圈为≥200*16mm，位置为上面和两侧面。接管与裙座需要采用全焊透结构。

另外可以做等间距的筋板若干，均布在管口和裙座之间。筋板焊接双面焊即可。