除塵設備中的板筋結構的計算方法總結

1、除塵設備中的板筋結構計算方法總結李寶熺福建龍凈環(huán)保股份有限公司2007年6月除塵設備中的板筋結構計算方法總結摘 要本文主要針對除塵設備中的板筋結構計算方法作了展示，采用有限元模型分析其方法的合理性，為計算類似結構提供有益的經驗。關鍵詞除塵設備板筋結構穩(wěn)定性有限元 1 概述保護環(huán)境是人類生存的必要。隨著環(huán)境污染的日益嚴重，煙氣治理技術的應用已越來越受到人們的重視。除塵器設備在各工業(yè)領域含煙氣治理中得到了廣泛的應用。目前對除塵器本體結構的設計并無規(guī)范的設計理論，在生產制造時，只是通過類比法進行設計，其各構件截面尺寸等的確定具有較大的保守性和盲目性，從而造成了材料的很大浪費，再加上現(xiàn)有市場競爭日益白

2、熱化，降低成本，有著非常重要的工程和實際意義，這里就關系到了結構計算，如何正確的反映設備實際受力情況，才能在保證設計的安全運行前提下達到經濟設計的目的，才是降低成本的根本原則。除塵器設備主體結構是鋼結構，是由立柱、頂梁、頂板、墻板、灰斗、喇叭組成封閉式的箱體的復雜結構，除塵器設備主體結構橫截面尺寸約為2540×1015，如果再加上6的灰斗高度，整個除塵器高度均在35以上，對于這樣龐大的鋼結構主體，不僅需要考慮自重、負壓、煙塵荷載、風荷載，地震荷載作用下的靜、動力分析，同時，還須考慮結構的穩(wěn)定性。本文僅針對除塵設備中常見的板筋結構在負壓受力下的彈性計算方法作了總結。2 板筋結構計算板筋

3、結構是指在薄鋼板上加筋（板條、角鋼或槽鋼等）組成的墻板結構，主要承受負壓、灰壓、風壓等荷載。2.1 板的計算方法板根據(jù)其厚度分為厚板、薄板和薄膜三種。設板的最小寬度為，厚度為。當>1/51/8時稱為厚板，這時橫向剪力引起的剪切變形與彎曲變形大小同階，分析時不能忽略剪切變形的影響。當1/80 1/100<<1/51/8時稱為薄板，此時橫向剪力引起的剪切變形與彎曲變形相比可以忽略不計。當板極薄，<1/801/100時，稱為薄膜，薄膜沒有抗彎剛度，靠薄膜拉力與橫向荷載平衡。除塵設備中的板是最小寬度為800，厚度為5，=1/160，應稱為薄膜。對于薄膜的受力太理想化，本章只介紹

4、等厚度薄板中面內受力的板的彈性計算方法。由除塵設備中的板的特點，假設如下：1）按單向板計算，并以簡支的連續(xù)板考慮。2）板在支座外連接牢固，且有可靠保證在板中拉力作用下支座不能產生側移，計算時按單向的拉彎構件來計算薄板。例：取其中板區(qū)，長邊=4000,短邊=1000,板厚=5,垂直板面的設計負壓=8000,其標準負壓取=6000，現(xiàn)計算該板的強度與撓度。1）按單向的拉彎板計算方法跨中彎矩強度撓度式中 -不考慮板中拉力按簡支板計算的跨中最大彎矩，取0.1；-不考慮板中拉力按簡支板計算的跨中最大撓度，當為均布荷載時可取為 ；、-分別為單位寬度板的截面積及抵抗矩；-板中拉力-板單位寬度上均布荷載的標準

5、值；-板面風度中的折算彈性模量：（為泊松比，取0.3）；-系數(shù)，由方程 求得2）計算結果如下表1：表1不同情況板的應力值與撓度值表假定情況四邊簡支32.621 簡支連續(xù)板19225.631 按拉彎構件125.392 5.501 結果表明:不同的假定，其計算結果差異較大，對于現(xiàn)有除塵設備中的板筋結構應該是按拉彎構件計算結果最為接近，即：板的強度；板的撓度 。上面計算結果還只是彈性計算結果，當板進入失穩(wěn)狀態(tài)時，板的一個方向有外力作用而凸曲時，在另一個方向的板拉力會對它產生支持作用，增強板的抗彎剛度進而提高板的強度，這種凸曲后的強度提高稱為屈曲后強度，可見該板考慮屈曲后強度應該還可承受更大的荷載。后

6、面會用有限元分析證明。2.2 板上的筋計算方法板上的筋形式有板條、角鋼、槽鋼、工字鋼等，筋與板有可靠的連接，筋與板共同承受外力作用。因此在計算板上筋時要做如下三個簡化：荷載的簡化、截面的簡化、約束的簡化。只有合理的處理好以上三個簡化才能準確計算出筋的真實承受能力。這里通過有限元分析兩種情況推算三個簡化。2.2.1 板與筋共同作用情況分析鉸接同上例條件，板上的筋采用角鋼 L125×80×8 ，現(xiàn)在通過實體建模如圖 1 ：板用厚板單元，角鋼用梁單元，面載垂直作用在板上， =8000 用來計算應力。 =6000 用來計算撓度。 圖1板筋結構有限元模型圖，位置在角鋼的跨中。 ，位置

7、在板與角鋼連接處，與上面板拉彎計算結果相近。 圖2角鋼應力圖圖3板的應力圖2）位移圖4表明：角鋼的跨中變形最大值為，與上面板拉彎計算結果相近。圖4板與角鋼的位移圖2.2.2 僅有筋作用情況分析同上例條件，筋采用角鋼125×80×8，現(xiàn)通過實體建模如圖5：角鋼用梁單元，由板傳來的線載為用來計算應力，用來計算撓度。鉸接 圖5 僅有角鋼有限元模型圖，位置在角鋼的跨中。2）撓度變形情況也是在角鋼的跨中，其值如圖7:最大值為向。 圖6角鋼應力圖 圖7角鋼位移圖減小到，撓度應力由的。由以上數(shù)據(jù)作如下三個簡化（計算簡圖8）：1）荷載的簡化：由面載傳化為線載。2）截面的簡化：考慮筋兩側各1

8、5（為板的厚度）。3）約束的簡化：筋兩端為鉸接。圖8筋的計算簡圖通過以上三個簡化后，分別對兩種情況進行計算，結果見表2、表3：計算結果表明與有限元分析結果相近，可見上述三個簡化基本能反映板上的筋的實際受力情況。表2兩種情況截面特性表型號L125×80×815.99 256.77 30.42 L125×80×8與板組合后656.23 94.64 表3兩種情況強度與撓度表型號2L125×80×816525.92 37.81 L125×80×8與板組合后16169.06 14.79 3板上筋整體穩(wěn)定性考慮上述所有計算過程

9、中都沒有考慮穩(wěn)定性問題，對于這種板筋結構前面已說明過板在失穩(wěn)狀態(tài)會出現(xiàn)屈曲現(xiàn)象，對板的受力是有利的，但對于筋這類構件在失穩(wěn)時，會大大的降低它的承載能力。現(xiàn)在通過有限元分析板上的筋穩(wěn)定性情況，采用屈曲分析。屈曲分析主要用于研究結構在特定載荷下的穩(wěn)定性以及確定結構失穩(wěn)的臨界載荷。本章分析基于線彈性失穩(wěn)分析又稱特征值屈曲分析。同上例條件，板上的筋采用角鋼125×80×8，現(xiàn)在通過實體建模：板用厚板單元，角鋼用也用厚板單元，面載垂直作用在板上，=8000，屈曲分析各板的穩(wěn)定性。屈曲分析結果見圖9、圖10及表4：圖9第1階屈曲模態(tài)圖圖10第6階屈曲模態(tài)圖表4各個模態(tài)對應的特征值見表模

10、態(tài)特征值123456通過以上屈曲分析表明：板上的筋沒有發(fā)生明顯的失穩(wěn)狀態(tài)，屈曲都是板上，板上發(fā)生屈曲失穩(wěn)的臨界載荷都在倍以上。因此板上筋整體穩(wěn)定性滿足設計要求。3.2板上筋為板條時的整體穩(wěn)定分析按板上筋計算推算結果，筋計算簡圖9圖11板條筋的計算簡圖表4兩種板條截面特性表（以下都與板組合后）板條型號_250×6_180×表5兩種板條強度與撓度表板條型號2_250×616166.99 6.00 _180×16169.54 8.90 表4、表5表明：對于板條的筋在不考慮整體穩(wěn)定性情況下，板條高厚比越大越為經濟,且應力和撓度相對較小?，F(xiàn)用同樣的原理分析兩種不同

11、的高厚比情況下的屈曲，分析其穩(wěn)定性。見圖12、圖13：圖12板條_250×6第1階屈曲模態(tài)圖圖13板條_180×12第1階屈曲模態(tài)圖通過屈曲分析表明: 圖12是板條先屈曲變形，而圖13是板屈曲變形，板條變形不明顯，可見板條用筋時，其高厚比越大整體穩(wěn)定性越差,對于板筋結構要讓板先達到屈曲后，再讓筋屈曲失穩(wěn)是最合理。因此要嚴格控制板條的高厚比，通過分析表明，板條高厚比要小于15，且板條的厚度要大于板的厚度情況是可行的。4板筋結構計算總結1）板計算按單向連續(xù)的拉彎計算。2）板筋三個計算簡化：荷載按線載；截面考慮每側15；按簡支構件計算。3）板筋為型材時，其整體穩(wěn)定性滿足設計要求。型材中角鋼最為經濟。4）用板條作筋時，要控制其高厚比小于15，且要大于板的厚度，其不是很經濟。參考文獻1鋼結構設計規(guī)范，GB 50071-2003，中國計劃出版社，2003；2趙熙元主編，建筑鋼結構設計手冊，北京：冶金工業(yè)出版社，19953成大先主編，機械設計手冊，北京：化學工業(yè)出版社，2003。ABSTRACT This article summarily show that the methods for design of sheet-