工程科學學報

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月刊，1955年創刊

ISSN 2095-9389

CN 10-1297/TF

主管單位：教育部

主辦單位：北京科技大學

編　　輯：《工程科學學報》編輯部

出　　版：科學出版社

主任委員：楊仁樹

副主任委員(主編)：吳愛祥

地　　址：北京市海淀區學院路30號

電　　話：(010)62333436

傳　　真：(010)62333436

郵發代碼：82-303

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單　　價：40元/期，全年480元

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2010年第32卷第12期

欄目

資源與環境
冶金與材料
設備與能源
控制與決策
土木與建筑

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資源與環境

采空區高位鉆孔瓦斯抽放的數值模擬

姚偉, 金龍哲, 張君

2010, 32(12): 1521-1525. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.12.001

[摘要](250)

[PDF 770KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
依據Darcy定律,在Navier-Stocks方程的基礎上,對祁南煤礦綜采工作面采空區瓦斯抽放問題作了計算分析,并進行了CFD數值模擬.從理論上模擬采空區瓦斯聚集過程,直觀展示了瓦斯抽采時采空區流態、瓦斯分布變化.把抽放鉆孔布置在頂板裂隙內,結合上隅角埋管實施瓦斯抽放,該抽放瓦斯技術起到了對開采工作面上隅角瓦斯的截流作用,現場管路測量顯示,可抽出高濃度瓦斯達30%～80%(體積分數),工作面回風瓦斯的體積分數基本控制在0.3%以下.

冶金與材料

鐵礦粉的燒結熔融特性及其評價方法

吳勝利, 邊妙蓮, 王清峰, 張國良, 杜淵

2010, 32(12): 1526-1531. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.12.002

[摘要](224)

[PDF 425KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
通過可視化高溫實驗裝置觀察了七種不同類型常用進口鐵礦粉試樣的熔化流動過程.在所測定的熔融曲線上定義了T₃₀、T₅₅、T_R以及S_R等表征其熔融特性的評價指標,并以此考察了不同類型鐵礦粉的燒結熔融特性.研究結果表明:澳大利亞褐鐵礦最容易產生液相,但其液相形成過程中溫度區間窄,溫控性差,安全性低;澳大利亞半褐鐵礦在低溫燒結條件下有效液相量不足,而溫控性則略好于澳大利亞褐鐵礦;澳大利亞、南非以及巴西南部的赤鐵礦熔融特性較為適宜,但前者易形成液相而后兩者溫控性和安全性更好;巴西的南部精粉、北部赤鐵礦在低溫燒結下很難生成液相.通過對各種鐵礦粉熔融特性的研究,提出了基于鐵礦粉熔融特性的燒結優化配礦原則.

高堿度內配煤含鐵團塊自還原過程中脫硫和脫磷

薛正良, 趙棟楠, 楊疊, 柯超, 馬國軍, 楊福, 王慶祥

2010, 32(12): 1532-1536. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.12.003

[摘要](210)

[PDF 395KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
以轉爐除塵灰、高爐瓦斯灰和硫酸渣為含鐵原料,制成CaO/SiO₂值為2.0、C/O摩爾比為1.1～1.2的高堿度內配煤含鐵團塊,在1330～1380℃下進行自還原,研究這一過程的脫硫和脫磷規律.結果表明:(1)高堿度內配煤含鐵團塊自還原過程中,通過還原氣化脫硫可去除20%～40%的硫,其余的硫絕大部分存在于渣中,并通過渣鐵分離被去除,總脫硫率高于97%.(2)過量的CaO可以抑制脈石中的P₂O₅被碳還原,已被還原的磷一部分被新生態的金屬鐵吸收,另一部分從團塊內部逸出而去除.脈石中未被還原的P₂O₅最終可通過渣鐵分離被去除,總脫磷率達到50%～60%.(3)高堿度內配煤含鐵團塊高溫自還原法可制備出低硫、低磷的"純凈"金屬鐵粒.

基于煙氣成分分析的電弧爐煉鋼脫碳模型

何春來, 朱榮, 董凱, 王廣連, 李猛, 王學利

2010, 32(12): 1537-1541. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.12.004

[摘要](277)

[PDF 734KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
為了連續地預測電弧爐熔池中碳含量,實現對冶煉終點碳含量的控制,以紅外煙氣分析技術和物質質量守恒計算為基礎,結合入爐總碳量和供氧量等生產數據,建立了電弧爐煉鋼脫碳數學模型.對萊蕪鋼鐵股份有限公司特殊鋼廠50tUHP電弧爐實際冶煉數據的模擬計算表明,該模型能實現對熔池碳含量的連續預測和終點控制.模擬計算結果還表明,電弧爐冶煉過程中,脫碳速度主要受供氧流量的影響,最大可達0.12%～0.16% min^-1.該模型用于電弧爐供氧優化后,氧氣消耗明顯降低.

基于修正的(NBO/T)比值的黏度模型

唐續龍, 郭敏, 王習東, 張作泰, 張梅

2010, 32(12): 1542-1546. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.12.005

[摘要](385)

[PDF 294KB](34) [施引文獻] ()

摘要:
針對傳統的(NBO/T)比值計算方法在熔渣黏度預報上的不足,研究氧化物對熔渣聚合度的影響規律,修正了(NBO/T)比值的計算方法,計算結果反映了黏度隨(NBO/T)比值變化的基本趨勢.提出了一個基于修正的(NBO/T)比值的黏度預報模型.利用該模型預報了CaO-SiO₂-Al₂O₃三元系、高爐渣CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃四元系和CaO-SiO₂-Al₂O₃-RO(R₂O)體系的黏度值,預報效果比傳統的Urbain模型和修改后的Iida模型要好.該模型能有效預報CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃-R₂O(K₂O或Na₂O)體系黏度值.

CSP流程下退火加熱制度對深沖板織構和性能的影響

程曉杰, 劉雅政, 周樂育, 孫有博, 閆波

2010, 32(12): 1547-1551. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.12.006

[摘要](258)

[PDF 595KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
以包鋼CSP流程熱軋板為基料的SPCD冷軋板為試驗材料,采用單臺階和雙臺階兩種退火加熱制度進行實驗室試驗,對比分析了不同規程下的再結晶織構、組織和性能特點.結果表明,雙臺階退火工藝對應的γ織構、α織構上的{111}〈110〉成分均有所提高,但是雙臺階工藝下的Δr值偏大.分析認為,雙臺階和單臺階在回復階段上有所不同,不利取向組分形核受到了抑制,最終導致有利織構含量上的差別.在雙臺階工藝下,{110}〈110〉織構強度的提高導致Δr值偏大.

淬火-回火工藝對X80管件鋼組織性能的影響

朱海寶, 胡水平, 武會賓, 董常福, 王立軍

2010, 32(12): 1552-1557. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.12.007

[摘要](230)

[PDF 2069KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
采用掃描電子顯微鏡(SEM)、電子背散射衍射分析技術(EBSD)和透射電子顯微鏡(TEM)等實驗手段,研究了不同淬火-回火熱處理工藝制度對X80管件鋼組織性能的影響.結果表明:一次930℃淬火后,隨著回火溫度的升高,實驗鋼屈服強度先升高后降低,在630℃達到最大值588MPa;抗拉強度隨回火溫度升高持續下降,680℃時降至630MPa.二次兩相區淬火,經630℃回火后,X80管件鋼有最佳的綜合力學性能,-50℃沖擊韌性顯著提高,Ak達到210J.這是由于二次淬火溫度在860℃兩相區時,組織中奧氏體晶粒大幅細化,經630℃回火后,細晶馬氏體組織中出現位錯亞結構的回復軟化、板條邊界鈍化和塊狀M-A組元分解產生的析出強化機制綜合作用的結果.

硼對薄板坯連鑄連軋低碳深沖鋼板織構的影響

王小燕, 于浩

2010, 32(12): 1558-1563. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.12.008

[摘要](238)

[PDF 769KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
以薄板坯連鑄連軋(CSP)工藝下生產的含B和無B低碳熱軋、罩式退火板為實驗材料,研究了B對低碳深沖鋼板織構的影響.利用電解化學相分析、內耗和拉曼實驗等方法和結果,從化學成分、析出物兩個方面對熱軋、退火板中織構的形成與發展進行了系統分析.結果表明:無B熱軋板的AlN含量比含B熱軋板中的高,后者的織構優于前者;退火板中含B鋼和無B鋼中AlN含量幾乎相等,然而無B退火板織構優于含B退火板的.AlN不是影響織構發展的唯一決定因素,B、BN也會影響織構的發展.

鈮對中碳Si-Mn系彈簧鋼珠光體相變行為的影響

肖金福, 劉雅政, 孫景宏

2010, 32(12): 1564-1568. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.12.009

[摘要](253)

[PDF 1356KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
采用熱模擬實驗方法研究了鈮對Si-Mn系彈簧鋼相變特征的影響,分析了NbC的形變誘導析出行為.結果表明:彈簧鋼中添加微量鈮,推遲了珠光體轉變,馬氏體轉變的最小冷卻速率由5℃·s^-1變為3℃·s^-1;細化了珠光體,改變了珠光體組織形貌,滲碳體片層變薄、形狀變得不規則,出現彎曲、斷續;含鈮彈簧鋼在850℃變形時發生了NbC的形變誘導析出,NbC的析出位置為珠光體中的鐵素體片層內、珠光體球團邊界和位錯處,析出物顆粒直徑為10～15nm,形狀近似球形.

pH值對高溫高壓水中304L不銹鋼應力腐蝕開裂的影響

董超芳, 關矞心, 程學群, 劉飛華, 李巖, 任愛, 李曉剛

2010, 32(12): 1569-1573. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.12.010

[摘要](189)

[PDF 1320KB](14) [施引文獻] ()

摘要:
在高溫高壓水環境中,采用慢應變速率拉伸試驗方法,研究了不同pH值對304L不銹鋼應力腐蝕開裂行為的影響規律,并通過掃描電鏡對試樣斷口形貌進行觀察與分析.結果表明:在300℃時,304L不銹鋼在弱酸性和弱堿性溶液中的應力腐蝕開裂敏感性較大,且酸性越強,敏感性越大.在中性溶液中,304L不銹鋼的強度和塑性損失較小,應力腐蝕敏感性較小,斷口分析與之吻合.

退火對AlCN非晶薄膜結構及力學性能的影響

羅慶洪, 陸永浩, 婁艷芝, 李春志, 趙振業

2010, 32(12): 1574-1579,1590. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.12.018

[摘要](121)

[PDF 1312KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
利用磁控濺射方法在單晶硅基片上制備出不同Al含量AlCN非晶薄膜,隨后分別在700℃和1000℃進行真空退火熱處理.使用X射線衍射儀和高分辨透射電鏡研究了沉積態和退火態薄膜的組織和微觀結構,用納米壓痕儀測試硬度和彈性模量.結果表明,退火態薄膜組織和微觀結構強烈依賴于薄膜的Al含量.經1000℃退火后,低Al含量AlCN薄膜沒有出現結晶現象,但形成了分層;高Al含量AlCN薄膜中,退火促使AlN納米晶的生成,使薄膜形成了非晶包裹納米晶的復合結構,隨著距表面深度的增加,形成的納米晶密度和尺寸均有減小的趨勢.隨著退火溫度的升高,AlCN薄膜的硬度和彈性模量均降低;而對于高Al含量AlCN薄膜,由于形成了納米復合結構,硬度和彈性模量下降幅度減少.

多孔SnO₂-Cu₂O復合薄膜的制備及其光催化性能

徐彬, 李小輝, 童曉靜, 牛振江, 冷文華, 張鑒清

2010, 32(12): 1580-1585. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.12.011

[摘要](123)

[PDF 1193KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
采用加熱氧化多孔Sn-Cu合金電沉積層,制備得多孔SnO₂-Cu₂O復合薄膜.應用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線能量散射(EDS)分析了鍍液中Sn²⁺/Cu²⁺值對薄膜結構、形貌和組成的影響.通過低壓汞燈下光降解羅丹明B的反應測試了薄膜的光催化活性.結果表明,從0.01mol·L_-1 CuSO₄、0.05mol·L^-1 SnSO₄、1.5mol·L^-1 H₂SO₄、7mL·L^-1甲醛和0.001%聚乙二醇辛基苯基醚(OP)的鍍液中,在20℃以6.0 A·cm^-2的電流密度沉積得到的Sn-Cu合金,經過在空氣氣氛下200℃,2h和400℃,2h加熱氧化后,轉變為Sn/Cu值為3∶1的SnO₂-Cu₂O復合薄膜,顯示出優異的光催化降解羅丹明B的活性,這歸因于薄膜具有三維多孔的形貌和適合的Sn/Cu比.

用于YAG透明陶瓷的噴霧造粒改性粉體的制備

劉媛, 郭旺, 黃志, 黃秋風, 唐飛, 曹永革

2010, 32(12): 1586-1590. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.12.012

[摘要](137)

[PDF 1097KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
通過噴霧造粒方法對共沉淀合成的納米粉體進行改性,制備出球形的納米顆粒.用XRD對粉體進行物相分析;用TEM觀察了改性前粉體的顆粒形狀、尺寸大小和團聚情況;用SEM觀察改性前后粉體的團聚體的顆粒形狀、尺寸大小與分散性,以及陶瓷熱腐蝕拋光后的表面形貌.結果表明:PVB添加質量分數1.0%為最優添加量;改性后粉體所制素坯的密度顯著提高,從而影響陶瓷的致密度和晶界形貌;經真空燒結制備出相對密度達99.95%的無孔凈晶界YAG透明陶瓷,陶瓷晶粒的平均尺寸為10μm左右,尺寸分布較均勻,晶界清晰,晶粒中與晶界處較干凈,無雜質與氣孔的存在.

K₃AlF₆加入對NiFe₂O₄基金屬陶瓷陽極電解腐蝕的影響

孫曉飛, 王桂華, 王文山, 王德仁, 何業東

2010, 32(12): 1591-1595. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.12.013

[摘要](153)

[PDF 683KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
采用5Cu-9.5NiO-85.5NiFe₂O₄金屬陶瓷陽極在不同的低溫鋁電解質體系中進行測試.用掃描電鏡和X射線衍射對電解后陽極的微觀結構進行研究;用電感耦合等離子體原子發射光譜測定電解后產品鋁和電解質中雜質元素含量,計算并比較不同電解質組成條件下的陽極腐蝕速率.結果表明:向Na₃AlF₆-30AlF₃體系添加質量分數約為20%的K₃AlF₆,該陽極表現出好的耐腐蝕性能.

設備與能源

環冷機內球團礦熱過程數學模型

馮俊小, 梁凱麗, 張材, 徐景海, 張永明, 楊金寶

2010, 32(12): 1596-1600. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.12.014

[摘要](154)

[PDF 272KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
根據能量守恒、流動和傳熱傳質等原理及定律,建立了球團礦冷卻和氧化過程的數學模型,采用三對角矩陣算法對模型進行了求解,基于VisualBasic6.0開發了仿真計算軟件.依據現場實測數據對建立的數學模型進行了驗證,計算值與實測值之間的最大相對誤差為4.8%,說明模型正確可信.利用開發的計算軟件對球團礦在環冷機內的熱過程進行了仿真計算,得到了環冷機內球團料層的溫度分布.仿真研究表明,冷卻一段風速、料層厚度、球團粒度和環冷機機速是影響環冷機內部球團料層冷卻過程的主要因素.在本文研究條件下,合理操作條件為:料層厚度550～800mm,球團粒度7～16mm,冷卻一段風速1.2～2.5m·s^-1,環冷機機速1.0～1.5m·min^-1.

氧化鋁熟料回轉窯干法燒結數值分析

史彧宏, 姜澤毅, 張欣欣

2010, 32(12): 1601-1606. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.12.015

[摘要](156)

[PDF 558KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
建立60t·h^-1氧化鋁熟料回轉窯綜合傳熱、傳質數學模型.應用數值方法,研究喂入料漿的水分含量對窯內熱過程的影響,分析得到熟料燒結方式由濕法轉變為干法時回轉窯具有提高產能、降低能耗的潛力.結果表明:當料漿水的質量分數降至20%時,回轉窯生產能力可比實際工況提高24%,相應燃煤單耗降幅可達18%.隨料漿含水量再遞減,則產能和燃煤單耗的平均變化量顯著減少,改變幅度逐漸趨緩.

組合柔性結構的結構特征對其變形特性的影響

劉慶玲, 邱麗芳, 翁海珊

2010, 32(12): 1607-1612. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.12.019

[摘要](119)

[PDF 503KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
對柔性鉸鏈與桿組成的組合柔性結構的結構特征進行了研究,認為柔性鉸鏈與桿二者的厚度比、長度比是影響組合柔性結構變形特性的兩個特征參數.以一組不同結構尺寸的組合柔性結構為例,分別采用有限元法與偽剛體模型法對其變形進行對比,分析了組合柔性結構的厚度比、長度比對其變形特性的影響;根據特征參數不同取值對組合柔性結構變形特性的影響結果,對組合柔性結構進行了分類.

控制與決策

灰色預測線性規劃在多金屬礦產能優化配置中的應用

鄭海力, 陳建宏, 楊瑞波, 胡達濤

2010, 32(12): 1613-1617. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.12.016

[摘要](127)

[PDF 218KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
利用灰色預測線性規劃模型對多金屬礦山的產能進行優化配置.經過灰色預測模型對各定位系數進行預測,將灰色線性規劃問題轉化為一般的線性規劃問題,對其進行求解.結果表明,定位系數GM(1,1)誤差檢驗合格,預測的多金屬礦山經產能優化后可以實現生產資料的合理配置和利潤的最大化.

基于精準設計的甘特圖組合產能核算

賀東風, 于港, 徐安軍, 吳鵬飛, 田乃媛

2010, 32(12): 1618-1622. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.12.017

[摘要](156)

[PDF 822KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
基于鋼鐵流程的精準設計思想,提出了甘特圖組合產能核算的兩步設計法.首先依據產品大綱,利用傳統設計方法確定初始流程;然后根據合理的甘特圖組合模式和產品大綱中各類鋼種的產量比例,建立甘特圖組合模式方程組,利用逐次松弛迭代法進行求解,計算得到流程的產能.結果顯示流程產能小于傳統設計法中各工序的產能.通過甘特圖組合產能核算,分析了脫碳轉爐公稱容量和連鑄機拉速對流程產能和工序作業率的影響規律,找出了對應脫碳轉爐不同公稱容量的流程合理產能規模和應達到的連鑄機拉速水平.

鋼鐵企業CO₂排放模型及減排策略

白皓, 劉璞, 李宏煦, 趙立華, 蒼大強

2010, 32(12): 1623-1629. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.12.024

[摘要](121)

[PDF 470KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
建立了鋼鐵企業CO₂排放數學模型.以國內某鋼鐵企業為例,根據生產數據計算得到CO₂年排放量,分析了能源結構和產品結構對CO₂排放的影響.利用情景分析法對鋼鐵企業CO₂減排的途徑和策略進行了分析,假設天然氣取代動力煤、短流程取代長流程、考慮先進工序能耗水平和使用余熱回收技術四種情景.分析對比結果表明:余熱回收技術的采用對CO₂減排效果較小,約為3.39%;用短流程取代長流程的CO₂減排效果最好,約為45.07%,若考慮電爐用電產生的間接CO₂排放,仍可實現減排24.30%.

一種新的n維廣義Arnold矩陣構造方法及其在圖像置亂中的應用

李用江, 葛建華, 李昌利, 孫志林

2010, 32(12): 1630-1636. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.12.022

[摘要](152)

[PDF 1058KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
提出了基于具有輸入密鑰的等差數列來構造一類n維廣義Arnold變換矩陣的方法,并給出了構造變換矩陣和逆變換矩陣的計算算法,算法僅與密鑰有關,其時間復雜度相當于n(n+1)/2次乘法運算.在圖像置亂時用該矩陣作為變換矩陣,采取圖像位置空間與色彩空間的多輪乘積型雙置亂,算法具有周期長和算法完全公開等特點,可有效防止多種攻擊,增強了系統的安全性.此外,通過逆變換對置亂圖像進行恢復,無須計算變換矩陣的周期.實驗結果表明,該置亂變換算法效率高,安全性強.

基于改進的局部切空間排列算法的多姿態人耳識別

董冀媛, 穆志純, 歐陽定恒

2010, 32(12): 1637-1642,1654. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.12.023

[摘要](126)

[PDF 656KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
針對局部切空間排列算法用于圖像識別存在的問題,對鄰域選取策略加以改進,提出了一種基于自適應鄰域選取策略的局部切空間排列算法,并用于人耳圖像特征的提取.實驗結果表明:當姿態發生較大變化時,這種新的人耳識別方法能夠取得明顯優于傳統線性方法的識別結果,是一種有效的多姿態識別方法.

土木與建筑

鋼棒拉應力電學譜紋測試實驗研究

陳耕野, 黃國輝, 王興, 單炳驥

2010, 32(12): 1643-1647. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.12.021

[摘要](115)

[PDF 820KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
建立鋼棒拉應力電磁測試系統,進行了拉伸狀態的鋼棒表面感應電動勢測試.通過變頻測試方法提取出鋼棒應力電學譜紋,并借助最小二乘法得出依據應力-感應電動勢譜紋進行應力識別的表達式,分析了應力感應電動勢測試機理.結果表明:對于100～600Hz范圍內的某一頻率值,在拉伸荷載增加過程中,鋼棒感應電動勢ξ隨拉應力σ增加,表現出先增大后減小或一直增大的特征.對于某一固定應力值,感應電動勢隨著頻率增加總體呈下降趨勢.隨著應力水平的提高,鋼棒應力感應電動勢譜線逐漸上升.

地震波輸入角度對大型脫硫塔結構動力影響的實驗研究

宋波, 盛朝暉, 徐明磊, 王利

2010, 32(12): 1648-1654. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2010.12.020

[摘要](111)

[PDF 968KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
對某電廠大型脫硫塔結構模型進行了模擬地震的振動臺實驗研究.以縮尺比例為1∶15的薄壁鋼結構脫硫塔為模型,在多角度輸入正弦波、天津波和日向灘沖地震波的前提下,對塔體加速度峰值反應及最不利激勵波輸入角度進行了研究探討.結果表明:激勵波輸入角度對結構動力反應的影響以與結構成30°角方向為最大,60°角方向最小,結構在地震波作用下,塔體加速度峰值的分布明顯不同于正弦波情況;脫硫塔結構的復雜性會對結構的動力反應產生較大的影響,塔頂重量較大是引起結構加速度峰值沿塔高分布嚴重不均勻的主要因素之一.