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        鋼結(jié)構(gòu)方形多出口料倉有限元分析

        2014-06-01 10:26:12
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2014年2期
        關(guān)鍵詞:筒倉方形鋼結(jié)構(gòu)

        (北方重工集團(tuán)有限公司,遼寧 沈陽 110027)

        鋼結(jié)構(gòu)方形多出口料倉有限元分析

        呂家歡 李紹偉 呂 卓

        (北方重工集團(tuán)有限公司,遼寧 沈陽 110027)

        本文對方形多出口料倉的特點(diǎn)進(jìn)行了ANSYS有限元分析,研究出料倉物料的載荷經(jīng)驗(yàn)計(jì)算,針對多出料口鋼倉進(jìn)行了應(yīng)力與變形設(shè)計(jì)分析。

        多出口料倉;ANSYS有限元;箱型梁;計(jì)算分析

        鋼倉通常僅作為小型緩沖倉或大型鋼筋混凝土筒倉的漏斗使用,隨著皮帶機(jī)輸送系統(tǒng)的發(fā)展,對鋼倉提出了更高的要求,要求鋼倉同時具備儲料和給配料的功能。通常,當(dāng)倉壁計(jì)算高度與圓形筒倉內(nèi)徑之比大于等于1.5時為深倉,小于1.5時為淺倉。本文研究的鋼結(jié)構(gòu)多出口料倉,倉壁直段和傾斜段的尺寸比接近1:1.5,下面有四個出料口,按深倉計(jì)算,并對動態(tài)壓力系數(shù)進(jìn)行選擇,同時利用有限元軟件對料倉結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。

        1 工藝布置及結(jié)構(gòu)形式

        方形多出口料倉儲料為煤,額定容量為1000噸(1250m3),長12米,寬12米,高15.3米,料倉上部設(shè)有給料皮帶機(jī),下部設(shè)有4個出料口,出料口為圓形,直徑為1800mm,料倉出料口處設(shè)有棒條閘門,用來給四個破碎機(jī)供料,料倉整體全部用鋼板和型鋼焊接或栓接而成,如圖1所示。

        表1 儲料荷載計(jì)算

        表2 最大應(yīng)力分布

        圖1 方形料倉工藝布置圖

        工藝要求料倉上部設(shè)有兩條給料皮帶機(jī),下部四個出料口分別給四個破碎機(jī)供料。如果空間允許,圓形料倉從結(jié)構(gòu)受力方面是優(yōu)選,而就分料功能而言,矩形料倉則較為簡單。根據(jù)布置的需要,選擇設(shè)計(jì)為方形料倉,并在料倉中下部位做箱型梁,對四個錐形分料漏斗來說,可起到支架作用,同時還擁有均勻分料的功能。

        圖2 物料作用力分布模型

        圖3 料倉結(jié)構(gòu)整體應(yīng)力云圖

        圖4 料倉結(jié)構(gòu)變形圖

        2 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型及計(jì)算依據(jù)

        2.1 計(jì)算依據(jù)

        方形料倉結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)資料、圖紙,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50007-2003),鋼筯混凝土筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50077-2003)。

        2.2 計(jì)算條件:

        2.2.1 料倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要計(jì)算的載荷種類:

        恒載 DL :料倉結(jié)構(gòu)自重,活載LD :物料作用力。

        2.2.2 荷載組合

        載荷組合一1.2DL+1.3LD;載荷組合二 DL+LD。

        2.3 材料特性

        1.2.1 試驗(yàn)設(shè)置 1~6號池采用單層薄膜覆蓋,7~12號池采用雙層薄膜覆蓋,13~18號池為露天對照組,水深分設(shè)30、60 cm兩種水深,具體見表1。試驗(yàn)期間,分別于2018年4月26日、5月3日進(jìn)行了換水處理。

        整個料倉結(jié)構(gòu)使用的鋼板和型材均為Q345B。彈性模量E為210Gpa,泊松系數(shù)為0.3,密度均為7.85×103kg/ m3。屈服應(yīng)力295~345 Mpa,破壞應(yīng)力470~630 Mpa。

        2.4 Q345B鋼材設(shè)計(jì)值:

        鋼板厚t≤16 mm[δ]=310MPa,鋼板厚16≤t≤35 mm[δ]=295MPa,

        鋼板厚35≤t≤ 50 mm[δ] =2 6 5 M P a,

        鋼板厚50≤t[δ] =250MPa。

        2.5 計(jì)算采用有限元法。

        3 料倉結(jié)構(gòu)的有限元分析

        3.1 單元選擇

        在進(jìn)行有限元分析時,需要結(jié)合料倉的受力情況和結(jié)構(gòu)特點(diǎn),料倉是由型鋼和鋼板焊接或栓接而成的鋼結(jié)構(gòu),將鋼結(jié)構(gòu)等效為彈性結(jié)構(gòu)板單元。

        3.2 模型中節(jié)點(diǎn)的確定遵循如下原則:

        模型的節(jié)點(diǎn)作為鋼結(jié)構(gòu)各部分的連接點(diǎn),模型的節(jié)點(diǎn)作為鋼結(jié)構(gòu)的施力點(diǎn)。

        3.3 載荷

        料倉結(jié)構(gòu)有限元分析時的載荷主要是由儲存的物料產(chǎn)生的,物料作用力按深倉計(jì)算,物料作用力分布模型如圖2所示。

        3.4 約束

        料倉共設(shè)置二個層面與轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)房連接。有限元分析時將上層面與轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)房梁連接處約束水平方向的線位移,下層面與轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)房梁連接處約束豎直方向的線位移。

        4 計(jì)算結(jié)果分析

        因?yàn)榱蟼}下部的四個出料口并不總是同時工作,所以物料分布會出現(xiàn)兩種情況:物料不均勻分布和滿倉物料均勻分布。物料在不均勻分布的情況下,料倉會承受偏壓。經(jīng)過計(jì)算分析,當(dāng)料倉三個出料口滿料,一個出料口無料時,偏壓情況最為嚴(yán)重。根據(jù)載荷組合一,對整個料倉結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力分析,通過應(yīng)力場普查,位于料倉上部的環(huán)形梁支撐處為整個結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力的位置,應(yīng)力值為151 MPa,料倉各部分結(jié)構(gòu)的工作應(yīng)力值均小于材料設(shè)計(jì)值,最大變形為7mm,料倉部分點(diǎn)的最大應(yīng)力值見圖3,變形云圖見圖4。

        5 鋼結(jié)構(gòu)方形多出口料倉有限元分析結(jié)論

        5.1 以前,對鋼結(jié)構(gòu)料倉的設(shè)計(jì)均是把料倉結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為材料力學(xué)研究的桿件,計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況差距很大;如今,對鋼結(jié)構(gòu)料倉的設(shè)計(jì)是根據(jù)規(guī)范手冊中對料倉的規(guī)定,通過把料倉劃分為深倉或淺倉的基礎(chǔ)之上進(jìn)行分析,并采用有限元軟件進(jìn)行三維計(jì)算,這種方式更接近料倉結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況。

        5.2 在對設(shè)備進(jìn)行工藝布置時,應(yīng)兼顧料倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對鋼結(jié)構(gòu)多出口料倉來說,如果采用方形倉,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)為倉內(nèi)部區(qū)分物料區(qū)域的結(jié)構(gòu)上面,采用箱型結(jié)構(gòu)+圓形出料口能很好的解決此類問題,結(jié)構(gòu)受力也比較合理。對于和本文研究的特種結(jié)構(gòu)類似的料倉,可以參照料倉設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)規(guī)定,按照本文提出的設(shè)計(jì)原則和計(jì)算分析方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

        [1]GB50077-2003.鋼筋混凝土筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京:中國計(jì)劃出版社, 2004.

        [2]李海旺,劉靜,樹學(xué)峰.褲型漏斗型鋼貯煤倉散料壓力分布研究[J].工程力學(xué),2010.

        TU24 < class="emphasis_bold"> 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

        A

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