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

ISSN: 2278-1684, PP: 12-19

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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