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        火電廠綜合管架的分析與設(shè)計(jì)

        2016-11-22 02:37:23
        山西建筑 2016年29期
        關(guān)鍵詞:管架架結(jié)構(gòu)護(hù)坡

        王 孟 秋

        (中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司,山西 太原 030001)

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        火電廠綜合管架的分析與設(shè)計(jì)

        王 孟 秋

        (中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司,山西 太原 030001)

        結(jié)合某火電廠工程的實(shí)際情況,選取了火電廠綜合管架的結(jié)構(gòu)形式,通過(guò)建立結(jié)構(gòu)模型,對(duì)該管架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了受力分析計(jì)算,并提出了火電廠地基處理和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法,以供類似工程參考。

        火電廠,管架,結(jié)構(gòu)分析,地基處理

        1 工程概況

        離石大土河2×35萬(wàn)kW低熱值煤熱電聯(lián)產(chǎn)工程建設(shè)規(guī)模為2×350 MW超臨界直接空冷供熱機(jī)組。本工程廠址位于離石區(qū)城區(qū)東北約13 km的回龍塔村北側(cè),山西省呂梁市離石區(qū)信義鎮(zhèn)信義工業(yè)園區(qū)內(nèi)。本工程地震設(shè)防烈度為6度;地震動(dòng)峰值加速度為0.05g;場(chǎng)地類別為Ⅱ類,設(shè)計(jì)地震分組為第三組,特征周期0.45 s;基本風(fēng)壓0.45 kN/m2(50年一遇),地面粗糙度類別為B類。廠址區(qū)土壤最大凍結(jié)深度104 cm。綜合管架區(qū)域地下水深度8 m以上,且部分區(qū)域?yàn)棰蚣?jí)自重濕陷性黃土場(chǎng)地、部分區(qū)域?yàn)榉菨裣菪詧?chǎng)地。

        2 結(jié)構(gòu)選型

        綜合管架上布置有輸灰管道、蒸汽管道、燃油管道和電纜橋架等。圖1為一個(gè)典型的管架上管道布置剖面圖。根據(jù)各專業(yè)所提供的資料得知:輸灰管道支點(diǎn)跨度為6 m、蒸汽管道的支點(diǎn)跨度也為6 m、燃油管道支點(diǎn)跨度為3 m、電纜橋架支點(diǎn)跨度不大于2 m。由于以上管道和電纜的豎向(水平)荷載都不是很大,管架結(jié)構(gòu)形式采用大跨度管桁架結(jié)構(gòu)。鋼柱和桁架的上、下弦桿采用鋼管,在管道的支點(diǎn)處設(shè)橫向H型小鋼梁。兩腿鋼柱之間設(shè)鋼管斜撐抵抗橫向水平力,在管道的固定點(diǎn)處設(shè)四腿的格構(gòu)柱抵抗縱向水平力。

        3 結(jié)構(gòu)分析計(jì)算

        3.1 設(shè)計(jì)條件概述

        該廠區(qū)位于山區(qū),場(chǎng)地標(biāo)高起伏比較大,廠區(qū)南側(cè)和北側(cè)之間有一個(gè)5 m多高的護(hù)坡,南側(cè)低,北側(cè)高。護(hù)坡北側(cè)綜合管架頂距地9 m多,由于綜合管架上主要管道是輸灰的8根管,管道從北側(cè)過(guò)來(lái)連接護(hù)坡南側(cè)的灰?guī)?,根?jù)除灰工藝要求,在護(hù)坡處管道不能向下走,只能水平走,因此護(hù)坡南側(cè)綜合管架頂距地達(dá)14 m多。在護(hù)坡上部第一個(gè)管架處根據(jù)規(guī)范[1]要求設(shè)了一個(gè)伸縮縫將管架結(jié)構(gòu)斷開(kāi)。本文僅對(duì)從灰?guī)熘磷o(hù)坡頂處這段高管架進(jìn)行計(jì)算分析。

        3.2 結(jié)構(gòu)建模

        采用有限元計(jì)算分析軟件MIDAS進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)計(jì)算,用世紀(jì)旗云結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工具箱軟件來(lái)計(jì)算管架的聯(lián)合基礎(chǔ)。依據(jù)工藝資料用MIDAS建立模型。均采用Q235鋼材,柱、桁架上/下弦桿件和斜撐等采用鋼管;支撐管道的橫梁采用小H型鋼。柱、桁架上/下弦、支撐管道的橫向H型鋼采用“梁?jiǎn)卧保恢g支撐、桁架上/下弦平面外支撐,桁架腹桿采用“桁架單元”。桁架上/下弦桿件的兩端與柱連接處釋放梁端彎矩約束。在每個(gè)柱子的底部均添加固定支座。建模得到的整個(gè)結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

        3.3 添加荷載

        定義三種靜力荷載工況:恒載工況、活載工況和風(fēng)載工況。首先將結(jié)構(gòu)的自重定義為向下的恒荷載;其次將管架上的管道和電纜等的豎向荷載也定義為向下的恒荷載,將它們添加到小H型鋼的梁?jiǎn)卧稀⒐艿赖妮S向推力定義為水平的活荷載添加到小H型鋼的梁?jiǎn)卧?。由于管架比較長(zhǎng),管道的水平力可能方向相反相互抵消一部分,但計(jì)算中保守的確定管道的水平力均朝一個(gè)方向,并且沒(méi)有考慮管道之間的牽制系數(shù),以此來(lái)計(jì)算柱、梁和支撐等構(gòu)件,這樣的假設(shè)提高了結(jié)構(gòu)的安全度。定義橫向風(fēng)荷載添加到桁架上弦的梁?jiǎn)卧?。根?jù)本工程的設(shè)防烈度、場(chǎng)地類別、地震分組等參數(shù)定義地震反應(yīng)譜函數(shù),據(jù)此再定義縱向和橫向的兩個(gè)方向的地震荷載工況。只將恒荷載轉(zhuǎn)化為質(zhì)量,比例系數(shù)取1.0。

        3.4 結(jié)構(gòu)的計(jì)算和分析

        結(jié)構(gòu)在各荷載工況下進(jìn)行計(jì)算,阻尼比取0.02,然后根據(jù)規(guī)范[2]進(jìn)行荷載組合。隨后進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件驗(yàn)算,根據(jù)各個(gè)構(gòu)件的應(yīng)力比調(diào)整和優(yōu)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸,使各構(gòu)件既滿足結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、長(zhǎng)細(xì)比等要求,又不太浪費(fèi)。調(diào)整后最終確定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面如表1所示。

        表1 管架結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸

        對(duì)于結(jié)構(gòu)在荷載作用下的變形,規(guī)范[1]規(guī)定主要有兩個(gè)限值:1)管道支架(桁架)的允許撓度值不應(yīng)大于l0/500。2)鋼結(jié)構(gòu)管道支架柱在風(fēng)荷載作用下沿橫向產(chǎn)生的柱頂點(diǎn)位移與總高度之比不宜大于1/250。

        由于主要是由恒荷載引起桁架的豎向彎曲變形,所以只提取結(jié)構(gòu)在恒荷載工況下的豎向變形值。分析得到各跨跨中最大的撓度為1/1 146,遠(yuǎn)低于規(guī)范限值。提取結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載工況作用下的橫向柱頂位移值,得到柱頂點(diǎn)位移與總高度之比的最大值為1/4 850,也遠(yuǎn)低于規(guī)范限值。以上分析說(shuō)明本管架結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范的變形要求。

        3.5 地基處理和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)

        根據(jù)巖土工程勘測(cè)報(bào)告,場(chǎng)地內(nèi)原狀土①-2層素填土、②-1層黃土(粉土)為Ⅱ級(jí)自重濕陷性黃土。此段管架處于原狀土挖方區(qū)(挖土約7 m厚),挖土場(chǎng)平后還有濕陷性黃土層約5 m厚?;A(chǔ)埋深2 m,地基處理采用基礎(chǔ)下?lián)Q填1 m厚3∶7灰土,灰土寬出基礎(chǔ)邊1 m(如基礎(chǔ)底面1 m以下還有雜填土應(yīng)全部挖出,用3∶7灰土分層夯實(shí)回填至基礎(chǔ)底標(biāo)高)。換填處理后地基承載力不小于150 kPa。

        鋼柱同基礎(chǔ)混凝土短柱的連接做法采用插入式杯口基礎(chǔ)。基礎(chǔ)采用兩柱(或四柱)的聯(lián)合基礎(chǔ),用世紀(jì)旗云結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工具箱軟件來(lái)計(jì)算管架的聯(lián)合基礎(chǔ)。根據(jù)管架柱腳的位置在世紀(jì)旗云中輸入基礎(chǔ)短柱位置和基礎(chǔ)尺寸等條件。分別提取MIDAS模型中在恒荷載、活荷載、橫向風(fēng)荷載、縱向地震荷載、橫向地震荷載等單獨(dú)荷載工況下的各柱的柱底反力,將上述各單獨(dú)工況下的柱底反力作為多工況下的荷載標(biāo)準(zhǔn)值輸入到世紀(jì)旗云中,然后利用世紀(jì)旗云軟件進(jìn)行在各荷載工況下的計(jì)算,并且根據(jù)規(guī)范[2]進(jìn)行荷載組合。利用上述計(jì)算組合結(jié)果進(jìn)行基礎(chǔ)截面承載力計(jì)算校核和地基承載力校核,使地基基礎(chǔ)滿足設(shè)計(jì)要求。

        [1] DL 5022—2012,火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].

        [2] GB 50009—2012,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

        Analysis and design of the comprehensive pipe frame of heat-engine plant

        Wang Mengqiu

        (ChinaEnergyEngineeringGroupShanxiElectricPowerEngineeringCo.,Ltd,Taiyuan030001,China)

        Combining with actual heat-engine plant engineering conditions,the paper selects comprehensive pipe frame structure form of the heat-engine plant.Through establishing structural model,it carries out stress analysis calculation for the pipe frame structure,and puts forward foundation processing and foundation design methods of the heat-engine plant,with a view to provide some guidance for similar engineering.

        heat-engine plant,pipe frame,structural analysis,foundation treatment

        1009-6825(2016)29-0044-02

        2016-08-04

        王孟秋(1976- ),男,工程師

        TU318

        A

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