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  • IOSR Diario de Ingeniera Mecnica y Civil (IOSR-JMCE)

    ISSN: 2278-1684, PP: 12-19

    www.iosrjournals.org

    Segunda Conferencia Internacional sobre nuevas tendencias en la Ingeniera (SICETE) 12 | Pgina

    Dr.J.J.Magdum Facultad de Ingeniera, Jaysingpur

    Cargas rige para el Diseo de un RCC de altura de la chimenea

    M. G. SHAIKH, MIE1, H.A.M.I. KHAN2

    1 (Departamento de Mecnica Aplicada de la universidad Gobierno de Ingeniera Aurangabad (MS)

    431001, India)

    2 (Departamento de Mecnica Aplicada de la universidad Gobierno de Ingeniera Aurangabad (MS)

    431001, India)

    Resumen: Diseo de altas chimeneas requiere un anlisis dinmico de cargas debido al peso propio, terremoto y viento. Debido a los cambios en las dimensiones de la chimenea, el anlisis

    estructural tales como respuesta a terremoto y oscilaciones de viento se han vuelto ms crtico. El

    presente artculo discute el anlisis de hormign armado de altura chimenea. El objetivo principal

    es comparar el resultado del anlisis del viento con que, debido a una ssmica. Anlisis del viento es

    hecho por el viento a lo largo de por el mtodo de factor de pico, as como por el mtodo del factor

    de rfaga y por otro lado por el viento simplificada mtodo, as como por el mtodo de la respuesta

    al azar (Shell caso terminado). Los resultados obtenidos en los casos anteriores son en comparacin.

    El anlisis ssmico se realiza mediante el mtodo de espectro de respuesta. Finalmente, los valores

    mximos obtenido en el anlisis del viento y el anlisis ssmico se comparan entonces para decidir

    los valores de diseo.

    Palabras clave - Chimenea, Anlisis Ssmico, Wind Loading, Anlisis del viento

    I. INTRODUCCIN

    Como desarrollos industriales a gran escala estn teniendo lugar en todo, un gran nmero de altas

    chimeneas sera requerida para ser construido cada ao. La funcin principal de la chimenea es para

    descargar contaminantes en atmsfera a tales alturas y velocidades que la concentracin de

    contaminantes considerados perjudiciales para la medio ambiente se mantienen dentro de lmites

    aceptables a nivel del suelo. Debido a la creciente demanda de la contaminacin del aire, altura de

    la chimenea se ha aumentado desde las ltimas dcadas , y estas son razones vlidas para creer que

    esta tendencia hacia la construccin de las chimeneas ms altas continuar. Sin embargo, las

    chimeneas de ser estructuras altas y esbeltas, que tener diferentes problemas estructurales

    asociados y por lo tanto deben ser tratadas por separado de otras formas de torre estructura.

  • Construccin de tales altas chimeneas necesita la mejor comprensin de las cargas que actan sobre

    ellos y de la comportamiento estructural , por lo que con la ayuda de equipos de construccin

    moderna y la tcnica , tales como la forma de deslizamiento ,hormign armado , el material ms

    favorecida para la construccin de la chimenea , podra ser utilizado de manera eficiente . El correcto

    diseo y construccin de este tipo de chimeneas crearn estructuras permanentes de auto para

    resistir cargas de viento y otras fuerzas actuar sobre ellos . Es una prctica comn considerar los

    efectos del viento y terremoto por separado en el diseo.

    El presente artculo discute el anlisis de hormign armado chimenea alta. El objetivo principal es

    comparar el viento resultado del anlisis con que, debido a una ssmica. Anlisis del viento se hace

    por lo largo de viento y en el viento ( Shell caso completado ) y los resultados as obtenidos se

    comparan con el anlisis ssmico para decidir los criterios de diseo .

    II . PARTIDAS

    . 1 Descripcin de la Estructura: Un solo tubo reforzado chimenea de hormign se considera para

    el anlisis situada en zona ssmica III . El punto de emisin de gases de combustin ser de 220 m

    sobre el nivel del piso terminado. El revestimiento es esencialmente construido en acero estructural

    y se colgaban de la plataforma de soporte de lnea cerca de la chimenea parte superior. Los

    revestimientos estn provistos de un aislamiento trmico de lana de resina de tipo de servidumbre;

    habr varios interna plataformas de acero estructural previstas a lo largo de la altura de la chimenea.

    A excepcin de la plataforma de techo , todos los dems plataformas internas tendrn emparrillado

    de acero de las vigas cubiertas con rejillas galvanizadas ; plataformas internas son proporcionado

    para permitir el acceso a diferentes elevaciones de la chimenea y proporcionar seguridad a los

    revestimientos de acero .

    Plataformas de hormign externos son compatibles con el shell de la chimenea. Sin embargo, el

    techo de la chimenea se compondr de un losa de hormign armado apoyada sobre una rejilla de

    vigas estructurales . La losa de cubierta estar protegido por la capa de azulejos resistentes a los

    cidos . La losa del nivel de grado ser de hormign armado. Una escalera de acero estructural

    interna apoyado desde el suelo en la parte inferior con un soporte de gua de la cscara se considera

    hasta la plataforma de soporte.

    Habr de cremallera y pin ascensor. Tanto el ascensor y la escalera proporcionar acceso a toda

    la interna y plataformas externas.

    La altura de la chimenea y el dimetro de la parte superior se rigen por la velocidad de salida del gas

    y la dispersin de los efluentes de un rea ms grande dentro de los lmites especificados del nivel

    del suelo ref concentracin [ 1 ] . Es conocido por la prueba de que la cada de flujo lata evitarse si

    la velocidad de flujo de salida es superior a 1,5 veces la velocidad del viento por esta razn, el tubo

    de la chimenea en la parte superior es basado en la velocidad mnima de salida entre 15 y 25m/sec

    , y el cdigo de Indian ES : 4998 da una emprica

  • frmula para calcular la altura de la chimenea . El perfil externo de la carcasa de la chimenea se

    deriva de la estructural consideracin de la superestructura y la base . La parte superior a la medida

    de lo posible se mantiene cilndrica seguido de pistas lineales . El dimetro de la cscara de la

    chimenea en la parte superior se mantiene mnimo posible para permitir alojamiento de la

    chimenea , escalera y el ascensor. El dimetro inferior de la chimenea es normalmente rige por

    requisitos estructurales , para sola chimenea de combustin de una masa fuera de 1 en 50 o 60 y

    una relacin de altura a la base se proporciona dimetro en el intervalo de 12 a 15.

    Humos individual de acero estructural se ofrece para descargar los gases de combustin y se cuelga

    de la ayuda liner plataforma en la parte superior de la chimenea . La cscara se basa en R.C.C. losa

    de cimentacin de forma circular.

    1.1 Detalles de la chimenea son las siguientes

    . 1 Altura de la chimenea - 220 m

    . 2 Dimetro externo en la parte inferior - 18,36 m

    . 3 Dimetro externo en la parte superior - 6.082 m

    . 4 Grosor de pared en la parte inferior - 0,5 m

    . 5 El espesor de la cscara en la parte superior - 0.275 m

    . 6 Grado de hormign - M30

    . 7 Velocidad de salida de gas en la parte superior - 25,0 m / seg

    8 . Volumen de gases de combustin de la chimenea 340 cum / seg

    9 . Mxima temperatura de los gases de combustin de 135 grados centgrados .

    10 Zona Ssmica - . III

    11 velocidad bsica del viento - . 44 m / seg (para Koradi )

    . 12 Tipo Fundacin - RCC estera circular

    2 . Descripcin de Cargando

    2.1 Carga Muerta

    Densidad de diversos materiales considerados para el diseo

    Hormign: 25 kN/m3

    Aislamiento: 1 kN/m3

    Suelo : 18 kN/m3

  • Acero estructural : 78.5 kN/m3

    2.2 Carga Viva

    5 kN/m2

    sern considerados para el diseo de plataformas internas y externas .

    2.3 Carga de viento

    Los siguientes parmetros del viento se siguen en el acceso a las cargas de viento sobre la estructura

    .

    Velocidad del viento bsico = 44 m / s (por Koradi , al IS : 875 ( part3 ) 1987 Ref. [ 5 ] )

    Categora del terreno = 2

    Clase de estructura = C

    Coeficiente de riesgo k1 = 1,07

    Topografa del factor k3 = 1,00

    factores k2 estar adecuadamente tomadas a lo largo de la altura como se indica en la tabla - 2 y en

    la tabla - 33 , al IS : 875 parte 3

    de acuerdo con el mtodo de anlisis , al IS : 4998 ( parte 1) 1992 Ref. [ 3 ] .

    Coeficiente de resistencia = 0,8 (para la regin unstraked )

    3 . Datos Terremoto Fuerza

    Carga del terremoto por la chimenea se ha calculado de acuerdo con IS: 1893 Part- 1 2002 Ref. [ 4]

    . En consecuencia, los parmetros relevantes son como sigue:

    Factor de Zona (Z ) = 0.16

    Zona Ssmica = III

    De factores de importancia ( I) = 1,75

    Factor de reduccin ( R) = 3

    Por lo tanto el coeficiente ssmico (Ah) =

  • Max horizontal coeficiente ssmico Ah =

    Horizontal coeficiente ssmico Ah = 0.047

    De acuerdo con un valor del coeficiente ssmico de 0.047 y es considerada la

    S/G

    Los valores correspondientes a un suelo duro se han tomado de la figura - 2 de la referencia [ 4 ] , el

    mdulo elstico dinmico considerado = 3,35 kN/m2 , al IS : 4998 parte -1 1992 , la relacin de

    Poisson considerado para hormign = 0,15

    III . Hendiduras y ecuaciones

    1 . Anlisis

    El anlisis de R.C.C. chimenea se lleva a cabo cuando se somete a las fuerzas del viento y fuerzas

    ssmicas , en diferentes secciones a lo largo de su altura , como se muestra en la siguiente figura .

    El anlisis de viento se lleva a cabo de acuerdo con los mtodos indicados en IS 4998 ( Parte 1 ) 1992

    por a lo largo de viento por el Factor Pico

    Mtodo y Gust Mtodo Factor , por otro lado el viento por el mtodo simplificado y el mtodo de

    respuesta aleatoria .

    2 . Procedimiento de anlisis para la carga del viento segn IS 4998 (Parte 1 ) 1992

    2.1 Pico Mtodo Factor de Clculo de Carga de viento

    El largo de la carga de viento o fuerza de arrastre por unidad de altura de la chimenea en cualquier

    nivel , se calcula mediante la ecuacin

    es la presin del viento de diseo obtenido de acuerdo con IS 875 (Parte 3 ) : 1987 , Z es la altura

    de cualquier seccin de la chimenea en m, medida desde la parte superior de la fundacin , CD es el

    coeficiente de arrastre de la chimenea para ser tomado como 0.8 , y Dz es el dimetro de la

    chimenea a la altura Z .

    La chimenea est dividido en veintiocho ninguna de las secciones a lo largo de su altura y la carga

    lateral debido al viento en cualquier seccin se calcula adecuadamente el promedio de las cargas

  • por encima y por debajo de ella. Los momentos se calculan a partir de la fuerzas seccionales que

    tratan a la chimenea como una estructura libre.

    2.2 Mtodo simplificado para la Respuesta de la chimenea

    2.2.1 La amplitud de la oscilacin vrtice emocionado, perpendicular a la direccin del viento para

    la ith el modo de oscilacin se calcula por la frmula:

    donde oi = desviacin de la punta de pico debido a la emisin de vrtices en el ith

    modo de vibracin en m, CL = pico oscilatorio coeficiente de sustentacin que se tomar como

    0,16 H = altura de la chimenea en m, Ksi = masa amortiguadora parmetro para el i el modo de

    vibracin, nmero SN = Strouhal a ser tomado como 0,2, zi = funcin de forma del modo

    normalizado con respecto a la amplitud dinmica en la parte superior de la chimenea en el ith modo

    de vibracin.

    2.2.2 La fuerza de corte de cizalla (Fzoi) y el momento de flexin (Mzoi) en cualquier zo altura, por

    la i-sima modo de vibracin, se calculan a partir de las siguientes ecuaciones:

    donde f1 = frecuencia natural de la chimenea en Hz en el i-simo modo de vibracin, MZ

    = Masa por unidad de longitud la chimenea en la seccin de z en kg / m.

    Respuesta peridica de la chimenea en el ith el modo de vibracin es muy fuertemente

    dependiente de un adimensional masa amortiguadora ksi parmetros calculados por la frmula:

    donde mei = masa equivalente por unidad de longitud en kg / m en el io

    modo de vibracin, segn la definicin,? S = logartmica

    decremento de amortiguacin = 2, = amortiguamiento estructural estructural como una

    fraccin del amortiguamiento crtico debe ser tomada como 0.016, = densidad de la masa de aire

    que se tome como 1,2 kg/m3 , d = dimetro efectivo tomado como dimetro promedio en el

    superior 1/3o altura de la chimenea en m.

  • 2.2.3 La masa equivalente por unidad de longitud en el ith modo de vibracin (Mei) se calcula por

    la frmula:

    2.3 Rfagas Mtodo Factor de Clculo de Carga de viento

    La respuesta de viento a lo largo de una chimenea tambin se calcula por el mtodo de factor de

    rfaga. El uso del factor de rfaga mtodo requiere el conocimiento de la velocidad del viento medio

    por hora (HMW). Hora velocidad media del viento a cualquier altura (z) se obtenido segn IS 875

    (part3) 1987.

    La carga de viento a lo largo de acuerdo con la altura de la unidad en cualquier altura z sobre una

    chimenea se calcula a partir de la ecuacin, Fz

    = FZM + fzf

    , Donde FZM es la carga del viento en N / m de altura debido a HMW a la altura z y viene dado por

    FZM = Pz

    CD Dz , Fzf es la carga del viento en N / m de altura debido a la componente fluctuante de viento a

    la altura z, y viene dada por:

    Pz = Presin de diseo a la altura z, debido a HMW se obtiene como 0.6 V2

    Z (N/m2 )

    G es el factor de rfaga que se calcula a partir de la ecuacin:

    donde gf = Factor de pico se define como la relacin entre el valor de pico esperado para el valor

    RMS de la carga fluctuante:

    r = el doble de la intensidad de la turbulencia:

  • (10): R = 0,622-0,178 log10 H

    B = factor de fondo que indica el componente de variacin lenta de la carga de viento de fluctuacin:

    (11): B = [1 + (H/265) 0,63] -0.88

    E = una medida de la energa disponible en el viento en la frecuencia natural de la chimenea:

    V10 = por hora la velocidad media del viento en m / seg a 10 metros sobre el nivel del suelo = Vb 2

    _ k son como se define en IS 875 (part3): 1987.

    f1 = frecuencia natural de la chimenea en el primer modo de vibracin en Hz.

    La fuerza de corte debido al viento en cualquier seccin se calcula adecuadamente el promedio de

    las cargas por encima y por debajo de ella. la momentos se calculan a partir de las fuerzas que tratan

    de seccin de la chimenea como una estructura independiente.

    2.4 Mtodo de respuesta aleatoria para la Respuesta de la chimenea

    Clculo del otro lado de la carga del viento se hace mediante el clculo primero la amplitud de la

    respuesta pico en el primer modo de vibracin.

    La parte superior de un tercio de la altura de la chimenea es cilndrica que es sin forma cnica. Por

    lo tanto la respuesta modal en una velocidad crtica del viento VCRI = f1 d / Sn, se calcula mediante

    la frmula:

  • donde = relacin de aspecto equivalente = H / d, CL = RMS levantan coeficiente debe ser tomada

    como 0.12, L = longitud de correlacin en dimetros que pueden tomarse como 1,0 en ausencia de

    datos de campo, ka = coeficiente de amortiguamiento aerodinmico para ser tomado como 0.5.

    La fuerza de corte de cizalla (Fzoi) y momento de flexin (Mzoi) en cualquier zo altura, por la i-sima

    modo de vibracin, son calculada a partir de las siguientes ecuaciones:

    Y el anlisis ssmico de la chimenea se realiza mediante el espectro de respuesta en el software PRO

    2007 STAAD en la que la chimenea se modela como una estructura en voladizo vertical fijo en la

    base que tiene la variacin rea de seccin transversal, masa de inercia a lo largo de la altura. El 220

    m altura de la chimenea se divide en 27 elementos de sus masas amontonan en su centro de

    gravedad que tiene un grado de libertad. La discretizacin de chimenea se muestra en el siguiente

    anlisis espectral figura de respuesta del espectro de respuesta de aceleracin dada por primera

    forma de cinco modo como se muestra en la siguiente figura se han considerado.

    3. Resultados

    Las grficas son las presentaciones de los resultados obtenidos por estos mtodos de 220 m de

    altura de chimenea RCC, diferentes se preparan grficos que muestran las variaciones como se

    muestra en la figura 4 y 5 para diferentes fuerzas internas como momento y la fuerza tangencial a

    la flexin.

    IV. FIGURAS Y TABLAS

  • El efecto de la fuerza del viento es bastante significativo como comparar a las fuerzas ssmicas ms

    de 220 m de altura RCC chimenea.

    La geometra de la chimenea tiene que ser as elegido que la deflexin de la chimenea en la parte

    superior se encuentra permitida lmites. La presencia de rfagas de viento sobre una altura

    considerable de la chimenea juega importante papel de las fuerzas obtenido por el mtodo de factor

    de rfaga son bastante altos a lo largo de las secciones consideradas, excepto los cuatro primeros

    tramos en las fuerzas obtenidas en el anlisis ssmico son ms altos. Por otra parte, el efecto de la

    fuerza de un terremoto parece comparativamente menor a lo largo de la altura de la chimenea. El

    anlisis de viento cruzado es cuidado al considerar primer modo de oscilacin como la velocidad del

    viento crtica est bien dentro de la velocidad del viento de diseo para los dos primeros modos.

    Despus de haber conocido esto, una alta chimenea de hormign armado dada ahora se puede

    disear para el viento y la respectiva fuerzas ssmicas obviando la necesidad de frmulas empricas