《淺談大型布袋除塵器殼體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算》資料講解

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。淺談大型布袋除塵器殼體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算-淺談大型布袋除塵器殼體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算張軍強(qiáng)王力騰（中國大唐集團(tuán)科技工程有限公司北京市海淀區(qū)紫竹院路120號100097）摘要布袋除塵器起大型化，要求除塵器殼體合理設(shè)計(jì)，本文主要介紹了利用鋼結(jié)構(gòu)分析軟件對布袋除塵器殼體進(jìn)行分析計(jì)算比較，以期對大型布袋除塵器殼體的設(shè)計(jì)有所幫助關(guān)鍵詞除塵器殼體設(shè)計(jì)板筋結(jié)構(gòu)綜述：對于大型布袋除塵器殼體在設(shè)計(jì)計(jì)算時，有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范較少，我們建議荷載計(jì)算參考建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB500092001），強(qiáng)度穩(wěn)定校核參考鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB500

2、17-2003），由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、計(jì)算過程繁瑣、采用手工簡化計(jì)算時計(jì)算量大準(zhǔn)確定不高甚至無法計(jì)算，隨著計(jì)算力學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及其軟件的發(fā)展，實(shí)際項(xiàng)目中多采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算，主要采用計(jì)算分析軟件主要有兩類，一類以ANSYS、SAP2000為代表的有限元分析軟件，軟件主要包括三個部分：用于實(shí)體建模的前處理模塊、用于應(yīng)力應(yīng)變分析計(jì)算的分析計(jì)算模塊和用于對分析計(jì)算結(jié)果輸出的后處理模塊，其主要優(yōu)點(diǎn)主要是能夠?qū)γ總€構(gòu)件個部分的應(yīng)力應(yīng)變做出精準(zhǔn)的分析計(jì)算，缺點(diǎn)是此類軟件多為國外軟件，對計(jì)算結(jié)果不易按照中國國家標(biāo)準(zhǔn)對構(gòu)件進(jìn)行進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算；另一類主要是以3D3S、PKPM等為代表的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，不僅包括前處理

3、模塊、分析計(jì)算模塊及后處理模塊，還包括能夠依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)對構(gòu)建單元強(qiáng)度穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算的設(shè)計(jì)驗(yàn)算模塊，其主要優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)Ω鳂?gòu)件依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行強(qiáng)度穩(wěn)定驗(yàn)算，缺點(diǎn)是以構(gòu)件為單位進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算分析，對于板筋結(jié)構(gòu)需設(shè)計(jì)人員簡化處理，因而分析結(jié)果與實(shí)際結(jié)果之間有一定的偏差。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)時可視具體情況綜合使用，對比參照。工程實(shí)例：以下通過某工程實(shí)例，簡述利用鋼結(jié)構(gòu)分析軟件對除塵器殼體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算：2.1除塵器工藝參數(shù)基本風(fēng)壓：0.55KN/m2；基本雪壓：0.65KN/m2；大氣壓：98.6Kpa；地震烈度7度，地震加速度0.10g；場地土類別類；除塵器設(shè)計(jì)壓力：9.0KPa+9.0kPa。除塵器底部

4、為高10.25米的鋼支架，鋼支架頂部為底梁，灰斗吊掛于底梁，底梁上部為高14.6米的除塵器殼體，殼體部分包括外壁板、內(nèi)隔板、內(nèi)支撐及頂板。沿?zé)煔夥较驗(yàn)槌龎m器進(jìn)風(fēng)喇叭口及出風(fēng)喇叭口，進(jìn)、出風(fēng)喇叭口固定與除塵器殼體，殼體頂部為清灰等附屬設(shè)備，殼體內(nèi)部吊掛濾袋及袋籠等設(shè)備荷載。圖1除塵器示意圖2.2殼體構(gòu)造殼體板：除塵器外殼、袋室間隔板及殼體頂蓋均為板筋結(jié)構(gòu)，采用5mm厚Q235鋼板制作，主要起圍護(hù)及密封作用，同時抗風(fēng)荷載、地震荷載引起的側(cè)向力。加強(qiáng)筋：用熱軋角鋼制作，用于支撐殼體板。殼體梁：用槽鋼制作，用于支撐加強(qiáng)筋及承擔(dān)負(fù)壓等水平力。殼體內(nèi)支撐：用鋼管制作，用于支撐框架梁及抗殼體側(cè)向力。立柱：用

5、熱軋H鋼制作，用于支撐殼體及承擔(dān)垂直荷載。圖2除塵器殼體示意圖2.3荷載分析依據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2006）及建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2001）對以下荷載進(jìn)行計(jì)算及組合2.3.1地震荷載在本示例工程中，依據(jù)除塵器工藝參數(shù)及建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2001）中規(guī)定在分析軟件中輸入相關(guān)地震參數(shù)（見圖3），在對模型進(jìn)行內(nèi)力分析時選擇地震周期振型分析，則分析軟件自動計(jì)算分配地震荷載圖3地震參數(shù)輸入圖2.3.2風(fēng)荷載分析軟件中根據(jù)氣象條件輸入基本風(fēng)壓值0.55KN/m2，設(shè)定受力單元為壁板加強(qiáng)筋，設(shè)定體型系數(shù)為0.8-（0.5），分別按X向及Y向兩種工況施加于計(jì)算模型

6、。2.3.3檢修荷載檢修荷載標(biāo)準(zhǔn)值取SKIPIF10=2.0KN/m2，分布在花板及屋頂兩層，在模型中按均布活荷載施加，其中在殼體頂蓋處按均布荷載施加于角鋼加強(qiáng)筋，計(jì)算公式為：SKIPIF10（SKIPIF10-施加于角鋼加強(qiáng)筋的均布檢修荷載；SKIPIF10-加強(qiáng)級間距）花板處按均布活荷載施加于花板支撐梁，每個花板對其四邊的加強(qiáng)梁產(chǎn)生的均布荷載計(jì)算公式為：SKIPIF10（SKIPIF10-施加于花板支撐梁的均布檢修荷載；SKIPIF10-花板支撐梁間寬；SKIPIF10-花板支撐梁間長；SKIPIF10-花板支撐梁長，為a或者b的尺寸）2.3.4雪荷載在本工程中由于檢修荷載標(biāo)準(zhǔn)值取2.0K

7、N/m2基本雪壓值0.65KN/m2，因此在荷載組合時不組合雪荷載。2.3.5重力荷載重力荷載為恒荷載，包括：殼體重量、保溫重量，由壁板加強(qiáng)筋承擔(dān)，按均布恒荷載施加，荷載數(shù)值計(jì)算參考頂蓋加強(qiáng)筋檢修荷載的計(jì)算方法；濾袋重量、袋籠重量、濾袋掛灰重量，由花板承擔(dān)，在模型中按均布恒荷載施加于花板支撐梁，荷載數(shù)值計(jì)算參考花板支撐梁檢修荷載的計(jì)算方法；殼體頂部清灰系統(tǒng)等附屬重量，為節(jié)點(diǎn)荷載，根據(jù)實(shí)際安裝情況施加于殼體頂部個安裝位置。2.3.6負(fù)壓荷載負(fù)壓荷載按照除塵器設(shè)計(jì)壓力9.0KPa+9.0kPa的要求設(shè)計(jì)，為均布恒荷載，作用于所有殼體壁板，在計(jì)算模型中以壁板加強(qiáng)筋均布荷載的形式施加，其載荷值計(jì)算參考

8、頂蓋加強(qiáng)筋檢修荷載的計(jì)算方法。2.4壁板計(jì)算依據(jù)除塵器設(shè)計(jì)耐壓值及板厚，對壁板的計(jì)算確定壁板加強(qiáng)筋的最大間隔，對壁板的計(jì)算按單項(xiàng)拉彎構(gòu)件來計(jì)算，其計(jì)算方法如下：跨中彎矩SKIPIF10強(qiáng)度SKIPIF10撓度SKIPIF10式中SKIPIF10-不考慮板中拉力按簡支板計(jì)算的跨中最大彎矩SKIPIF10，SKIPIF10取0.1；SKIPIF10-不考慮板中拉力按簡支板計(jì)算的跨中最大撓度，當(dāng)為均布荷載時可取為SKIPIF10；SKIPIF10、SKIPIF10-分別為單位寬度板的截面積及抵抗矩；SKIPIF10-板中拉力SKIPIF10；SKIPIF10-單位寬度板的慣性矩；SKIPIF10-板

9、單位寬度上均布荷載的標(biāo)準(zhǔn)值；SKIPIF10-板面風(fēng)度中的折算彈性模量：SKIPIF10（SKIPIF10為泊松比，取0.3）；SKIPIF10-系數(shù)，由方程SKIPIF10求得；SKIPIF10-加強(qiáng)筋間距。2.5計(jì)算機(jī)建模及校核計(jì)算2.5.1結(jié)構(gòu)簡化1）構(gòu)造的簡化鋼結(jié)構(gòu)分析軟件為桿系分析計(jì)算軟件，無法直接對板筋結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算，因次須對除塵器殼體進(jìn)行結(jié)構(gòu)分解，將其簡化為桿系模型；a.殼體板簡化處理：不考慮板體的密封作用，按層設(shè)置的槽鋼定義為主框架梁，垂直布置的外部角鋼定義為小構(gòu)造柱，小構(gòu)造柱之間殼體板等效為柱間支撐且定義為拉桿形式，板體自重等效定義為垂直向下的均布恒荷載，負(fù)壓載荷定義為垂直

10、于板體的均布荷載。b.梁柱的簡化：所有除塵器外圍板及內(nèi)部隔板加強(qiáng)筋簡化為立柱、頂板加強(qiáng)筋簡化為次梁，所有殼體梁簡化為主梁。c.殼體內(nèi)部支撐：殼體內(nèi)部支撐主要起平衡殼體負(fù)壓及抗側(cè)向力作用，結(jié)構(gòu)中須設(shè)置為水平梁及柱間斜支撐的形式，在下列幾種結(jié)構(gòu)形式中選優(yōu)。2）構(gòu)件截面的選擇a.加強(qiáng)筋截面的選擇：由于壁板的作用，加強(qiáng)筋實(shí)際有效截面為加強(qiáng)筋與壁板的組合截面，在模型中對下表截面進(jìn)行分析計(jì)算選優(yōu)（下表為負(fù)壓作用平面內(nèi)加強(qiáng)筋截面參數(shù)）：加強(qiáng)筋規(guī)格AGIW組合截面示意cm2kg/mcm4cm3角鋼L50512.559.8554.8714.50L63615.0911.85113.0026.62L75819.40

11、15.23207.0046.72L90825.9620.38399.3064.77L100828.1522.10538.8274.16槽鋼819.9015.62191.0031.511022.6517.78351.4048.1712.625.8420.28655.7073.9014a28.9222.70884.4092.0516a32.6125.601354.00126.70工字鋼工1025.2519.82420.5057.65工12.629.5223.17788.5089.30工1433.0225.921106.00116.10工1638.0329.851687.00159.40工1842.

12、9633.722408.00207.10b.梁截面選擇：由于殼體梁主要承擔(dān)加強(qiáng)筋傳來的課題負(fù)壓荷載，故殼體梁選擇時盡量選擇平面內(nèi)的截面參數(shù)大而平面外小的型材，本項(xiàng)目出于制作安裝方便考慮，采用槽鋼雙拼H形截面。在模型中對下表截面進(jìn)行分析計(jì)算選優(yōu)（下表為負(fù)壓作用平面內(nèi)加強(qiáng)筋截面參數(shù)）：組合梁規(guī)格AGIW組合截面示意cm2kg/mcm4cm3槽鋼1025.4819.63396.6779.3314a37.0129.061127.42161.0616a43.9034.461732.43216.5518a51.3840.322545.45282.8220a57.6545.263560.74356.07c.

13、柱截面選擇：柱為軸心受壓構(gòu)件，因此盡量選擇截面性能各向相同的型材，出于制作安裝考慮，盡量選擇方形截面，在本項(xiàng)目中，選擇寬翼H鋼及以寬翼H鋼封口制作的“日”字型組合截面。立柱規(guī)格AGIxWxIyWycm2kg/mcm4cm3cm4cm3熱軋H鋼HW10010021.5916.95385.7077.09134.0026.70HW15015025.0019.631620.00216.00563.0075.09HW20020063.5349.874717.00471.701601.00160.10HW25025091.4371.7710689.00855.093648.00291.79HW300300

14、118.4592.9820010.001334.006753.00450.20加強(qiáng)筋規(guī)格AGIxWxIyWycm2kg/mcm4cm3cm4cm3“日”字組合截面HW10010038.3830.13476.7295.34475.2295.04HW15015065.6451.521988.79265.171839.20245.22HW20020098.7377.535624.25562.424781.26478.12HW250250135.83106.6312571.911005.7510045.36803.62HW300300172.45135.3723466.471564.4318111.2

15、41207.41d.殼體內(nèi)部支撐的簡化：殼體內(nèi)部支撐為軸心受力構(gòu)件，因此盡量選擇截面性能各向相同的型材，在模型中對下表截面進(jìn)行分析計(jì)算選優(yōu)：加強(qiáng)筋規(guī)格AGIW組合截面示意cm2kg/mcm4cm3圓管108619.2311.85250.9146.45133623.9415.23483.7272.73159628.8420.38845.19106.30180632.8022.101242.71138.08219640.152278.75208.10圓管組合108679.2519.825808.65284.73133683.9623.177055.94325.90159688.8625.92857

16、1.92373.50180692.8129.859975.97415.662196100.1633.7213056.72503.142.5.1建立實(shí)體模型對簡化后的殼體結(jié)構(gòu)在分析計(jì)算軟件中利用實(shí)體建模模塊建立計(jì)算機(jī)模型，建立計(jì)算機(jī)實(shí)體模型是各構(gòu)件的方位及連接方式須與實(shí)際結(jié)構(gòu)相同，模型建立后計(jì)算簡圖見圖4：圖4計(jì)算簡圖(圓表示支座，數(shù)字為節(jié)點(diǎn)號)2.5.2受力分析及驗(yàn)算先檢查計(jì)算模型的單元釋放、計(jì)算長度、構(gòu)件方位及支座等的定義是否正確，然后將風(fēng)荷載導(dǎo)為各受力構(gòu)件的單元荷載，接著進(jìn)行地震荷載的定義及計(jì)算，最后進(jìn)行內(nèi)力分析及設(shè)計(jì)驗(yàn)算，現(xiàn)將計(jì)算步驟見圖5：SKIPIF11.051.051.001.00

17、0.800.800.600.600.01單元數(shù)002814632373表3“繞2軸整體穩(wěn)定應(yīng)力比”最大的前10個單元的驗(yàn)算結(jié)果（所在組合號工況號）序號單元號強(qiáng)度繞2軸整體穩(wěn)定繞3軸整體穩(wěn)定繞2軸抗剪應(yīng)力比繞3軸抗剪應(yīng)力比繞2軸長細(xì)比繞3軸長細(xì)比沿2軸W/l沿3軸W/l結(jié)果1810.950.95(1/1)0.950.030.0074681/6200滿足232990.950.95(1/1)0.950.030.0046861/3780滿足3960.940.94(1/1)0.940.030.0074681/6200滿足433070.940.94(1/1)0.940.030.0046861/3780滿足

18、532880.930.93(1/1)0.930.030.0046861/3780滿足612310.930.93(3/1)0.960.030.0731521/12801/4549滿足711980.930.93(3/1)0.960.030.0731521/8310滿足811990.930.93(3/1)0.960.030.0731521/8310滿足912300.930.93(3/1)0.960.030.0731521/14120滿足1032960.930.93(1/1)0.930.030.0046861/3780滿足表4按“繞2軸整體穩(wěn)定應(yīng)力比”統(tǒng)計(jì)結(jié)果表范圍1.051.051.001.000.

19、800.800.600.600.01單元數(shù)002825202315表5“繞3軸整體穩(wěn)定應(yīng)力比”最大的前10個單元的驗(yàn)算結(jié)果（所在組合號工況號）序號單元號強(qiáng)度繞2軸整體穩(wěn)定繞3軸整體穩(wěn)定繞2軸抗剪應(yīng)力比繞3軸抗剪應(yīng)力比繞2軸長細(xì)比繞3軸長細(xì)比沿2軸W/l沿3軸W/l結(jié)果131320.880.880.97(5/1)0.120.0136631/7020滿足231310.880.880.97(5/1)0.120.0136631/5230滿足312310.930.930.96(3/1)0.030.0731521/12801/4549滿足411980.930.930.96(3/1)0.030.0731521/8310滿足511990.930.930.96(3/1)0.030.0731521/8310滿足612300.930.930.96(3/1)0.030.0731521/14120滿足7810.950.950.95(1/1)0.030.0074681/6200滿足832990.950.950.95(1/1)0.030.0046861/3780滿足9960.940.940.94(1/1)0.030.0074681/6200滿足1033070.940.940.94(1/1)0.030.0046861/3780滿足表6按“繞3軸整體穩(wěn)定應(yīng)力