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        某電廠鋼煤斗結(jié)構(gòu)計算及分析

        2010-04-12 06:28:46余友誼
        科技傳播 2010年19期
        關(guān)鍵詞:扁鋼筒倉角鋼

        余友誼

        廣西電力工業(yè)勘察設(shè)計研究院,廣西 南寧 530023

        煤斗是火力發(fā)電廠的重要的構(gòu)筑物,設(shè)在主廠房的煤倉間內(nèi),經(jīng)輸煤棧橋運(yùn)至主廠房的煤就儲藏在這里,它屬于筒倉類結(jié)構(gòu),受力較為復(fù)雜。目前,針對煤斗還沒有專門的計算應(yīng)力和變形的公式,也沒有專業(yè)的設(shè)計規(guī)范,一般參考《鋼筋混凝土筒倉設(shè)計規(guī)范》(GB500772-2003)、《糧食鋼板筒倉設(shè)計規(guī)范》(GB50322-2001)及《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》(DL5022-93)。本文就印尼拉法基水泥公司自備電廠原煤斗的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行簡要介紹和分析。

        1 原煤斗荷載分析

        煤斗的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)造有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)。本例中的原煤斗采用的是鋼結(jié)構(gòu),與混凝土結(jié)構(gòu)相比,其具有自重輕、強(qiáng)度大、良好的塑性和韌性、變形能力強(qiáng)、施工簡單等優(yōu)點。根據(jù)《鋼筋混凝土筒倉設(shè)計規(guī)范》(GB500772-2003),h/d<1.5,該煤斗的筒倉屬于淺倉,荷載按淺倉計算。

        采用鋼結(jié)構(gòu)計算軟件STAAD/CHINA 2005對原煤斗進(jìn)行有限元模擬。該原煤斗設(shè)計采用的是3個對稱的矩形漏斗,施工簡單,應(yīng)力與變形分布均勻,受力較好。原煤斗斗壁厚12mm,計算時按10mm考慮,采用Q235B鋼板(泊松比為0.3,彈性模量為2.06×105MPa,強(qiáng)度設(shè)計值為215MPa,密度為7.85× 103kg/m3)焊接而成;斗壁外側(cè)縱向用扁鋼(-10×100及-12×180)加強(qiáng);橫向用角鋼(L80×10及L200×125×18)加強(qiáng);斗壁底部四周均采用槽鋼([20b和[18b)加強(qiáng)。

        煤重度取γ=10kN/m3,內(nèi)摩擦角φ取30度。圖1為煤斗受力簡圖。由圖上可知,煤斗內(nèi)壁上作用力分別有:煤粉在煤斗內(nèi)壁單位面積上的水平側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值ph、豎向壓力標(biāo)準(zhǔn)值pv、切向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值pt以及法向壓力標(biāo)準(zhǔn)值pn。

        圖1 煤斗受力簡圖

        以上作用力的計算公式如下:

        pv=γs,其中γ為煤粉的重力密度,s為為貯料頂面至計算截面的距離;

        ph=kγs,其中k為側(cè)壓力系數(shù),本設(shè)計中k=tan2(45-φ/2)=1/3;

        由上述公式可知,煤粉對斗內(nèi)壁的豎向壓力標(biāo)準(zhǔn)值pv和水平側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值ph與s線性相關(guān),切向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值pt以及法向壓力標(biāo)準(zhǔn)值pn在與s線性相關(guān)的同時,還與下部漏斗的傾角α相關(guān)。

        因為板單元無法直接施加切向面荷載,在此將切向面荷載換算為集中荷載施加于每片板單元的中心,集中荷載包括水平分量及豎向分量:Fx=Aptcosα,F(xiàn)y=Aptsinα。

        根據(jù)《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)筒倉設(shè)計規(guī)范》(GB 500772--2003)對于承載能力極限狀態(tài),荷載組合取lc=1.2×自重+1.3×煤壓力;對于正常使用極限狀態(tài),荷載組合取lc=1.0×自重+1.0×煤壓力。

        2 計算結(jié)果及分析

        受到煤粉的作用力會產(chǎn)生變形,必須對煤斗的所受的應(yīng)力進(jìn)行計算,并校核其強(qiáng)度和撓度。本例中原煤斗的模擬變形圖見圖2。由圖可知,需要對原煤斗斗壁、加勁肋中的扁鋼進(jìn)行應(yīng)力分析,并校核強(qiáng)度,而加勁肋中的角鋼有較大的彎曲變形,既需要校核強(qiáng)度,也需要校核撓度。

        圖2 原煤斗變形圖

        原煤斗應(yīng)力計算分為兩部分:斗壁Von Mises應(yīng)力和加勁肋應(yīng)力計算。其撓度計算也可分為斗壁與加勁肋的撓度計算。

        2.1 斗壁Von Mises應(yīng)力

        煤斗壁板按四邊固定板計算,

        σ=6Mmax/γxt2≤fy,其中γx為塑性發(fā)展系數(shù),fy為鋼材抗拉強(qiáng)度設(shè)計值,;Mmax為板內(nèi)最大彎矩。

        圖3為斗壁Von Mises應(yīng)力圖,最大Von Mises應(yīng)力出現(xiàn)在漏斗部分。根據(jù)計算所得結(jié)果,斗壁的最大應(yīng)力為61.938N/mm2小于極限應(yīng)力,滿足要求。

        2.2 加勁肋應(yīng)力

        按受彎構(gòu)件計算,σ=M/γxωnx≤fy,其中,M為跨中彎矩,ωnx為加勁肋截面抵抗矩。

        圖3 斗壁Von Mises應(yīng)力圖

        1)縱向加勁扁鋼應(yīng)力

        計算時分兩組扁鋼,分別位于縱向立面(3個煤斗的正面)和橫向立面。計算得,縱向立面扁鋼(-12×180)中最大壓應(yīng)力為202.836N/mm2,最大拉應(yīng)力為159.773N/mm2;橫向立面扁鋼(-10×100)中最大壓應(yīng)力為203.361N/mm2,最大拉應(yīng)力為123.277N/mm2,均滿足要求。

        2)加勁角鋼應(yīng)力

        計算時分三組加勁角鋼,分別位于煤斗上部立方體內(nèi)壁、煤斗下部漏斗縱向立面和橫向立面。計算得,第一組角鋼(L80×10)中最大壓應(yīng)力為89.202N/mm2,最大拉應(yīng)力為77.717N/mm2;第二組角鋼(L200×125×18)中最大壓應(yīng)力為111.371N/mm2,最大拉應(yīng)力為112.01 N /mm2;第三組角鋼(L200×125×18)中最大壓應(yīng)力為125.431N/mm2,最大拉應(yīng)力為74.49 N /mm2,均滿足要求。

        2.3 斗壁撓度計算

        υ=βqka4/Et3≤[υ],其中β為塑性調(diào)整系數(shù),a為為計算板塊之短邊邊長,qk為計算深度處的平均水平壓力標(biāo)準(zhǔn)值,E為鋼板彈性模量,t為壁厚。

        2.4 加勁肋撓度計算

        本例中的加勁肋變形主要需要校核三組加勁角鋼產(chǎn)生的彎曲變形。

        撓度υ=5qkl4/385EIx≤[υ],其中l(wèi)為加勁肋的計算長度,Ix為加勁肋截面慣性矩。計算得第一組加勁角鋼的最大撓度為2.087mm,第二組角鋼的最大撓度為4.886mm,第三組角鋼的最大撓度為1.019mm,均滿足要求。

        3 結(jié)論

        鋼煤斗是大型火力發(fā)電廠主廠房一個重要的建筑物,本文結(jié)合工程實例不僅對鋼煤斗的荷載進(jìn)行充分的分析,并準(zhǔn)確計算了鋼煤斗的斗壁和加勁肋的截面選擇及撓度、強(qiáng)度核算,以上數(shù)據(jù)望能對推廣鋼煤斗在火力發(fā)電廠中的應(yīng)用盡一份力.

        [1]劉智敏.矩形鋼煤斗的受力分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].工程建設(shè)與設(shè)計,2008(10):23-26.

        [2]杜新喜,施浩,范振中,等.鋼煤斗有限元結(jié)構(gòu)分析的探討[J].武漢大學(xué)學(xué)報:工學(xué)版,2003,36(4):88-91.

        [3]張震,王黎明.淺談鋼煤斗的設(shè)計[J].山西建筑,2009,35(7):69-70.

        [4]肖景強(qiáng),王秀英.鋼煤斗制作優(yōu)化設(shè)計[J].科學(xué)之友,2009(35):12-13.

        [5]張玉峰,朱前亮.某電廠鋼煤斗有限元空間分析[J].武漢大學(xué)學(xué)報:工學(xué)版,2005,38(5):83-87.

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