焦?fàn)t封閉集氣除塵系統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)思考范文

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摘要:為了研究焦?fàn)t封閉集氣除塵系統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)的受力特點，用3D3S軟件模擬分析了2種管式桁架結(jié)構(gòu)。對其進行有限元分析，總結(jié)2種結(jié)構(gòu)及支座的受力狀況，對焦?fàn)t封閉鋼結(jié)構(gòu)體系的使用具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞:焦?fàn)t封閉;鋼結(jié)構(gòu);管式桁架;結(jié)構(gòu)分析

焦?fàn)t是焦化廠的核心生產(chǎn)設(shè)備，焦?fàn)t在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生一定的煙塵和廢氣。焦?fàn)t的主要污染源包括裝煤、推焦以及熄焦所釋放的煙塵，盡管有集中除塵設(shè)備，但是裝煤、出焦過程仍有煙塵逸出，這些無組織逸散煙塵點多面廣，對焦?fàn)t進行封閉集氣除塵才能達到良好的治理效果。焦?fàn)t封閉集氣除塵系統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)既作為除塵設(shè)備的載體，也實現(xiàn)了焦?fàn)t的封閉，進而將焦?fàn)t的煙塵導(dǎo)向除塵設(shè)備。該鋼結(jié)構(gòu)體系具有跨度大、設(shè)備荷載多、桿件內(nèi)力復(fù)雜等特點。為了研究該鋼結(jié)構(gòu)體系的受力情況，本文針對2種不同的結(jié)構(gòu)進行有限元模型分析研究，并對鋼結(jié)構(gòu)和支座進行比較分析。

1計算模型

該鋼結(jié)構(gòu)為空間管式桁架結(jié)構(gòu)體系，平面尺寸為90m×120m，主桁架高50m，矢跨比為0．23，標(biāo)高40m處設(shè)置操作平臺。縱向設(shè)置次桁架，將各榀主桁架連接為整體，以保證結(jié)構(gòu)縱向的受力體系安全。在結(jié)構(gòu)縱向兩側(cè)設(shè)置集塵板，考慮該處集塵板的風(fēng)荷載作用，集塵板墻梁采用H型鋼，并設(shè)置雙層拉條。該結(jié)構(gòu)設(shè)計基準(zhǔn)期和設(shè)計使用年限均為50年，結(jié)構(gòu)安全等級為2級，抗震標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類。鋼結(jié)構(gòu)承受如下作用力。(1)豎向作用力。構(gòu)件自重、設(shè)備自重、設(shè)備操作臺重、平臺操作活荷載、雪荷載、積灰荷載、操作平臺所受的風(fēng)荷載、豎向地震作用力。(2)水平作用力。墻板所受的風(fēng)荷載、水平地震作用力。(3)特殊荷載。由于該結(jié)構(gòu)內(nèi)部有焦?fàn)t，焦?fàn)t生產(chǎn)時與結(jié)構(gòu)外部的溫差不能忽視，故需要考慮溫度荷載。

2主桁架的2種結(jié)構(gòu)方案

主桁架作為該結(jié)構(gòu)體系最重要的部分，本文將主要分析無拉桿和設(shè)置拉桿的2種結(jié)構(gòu)形式，以研究更為合理的桁架受力結(jié)構(gòu)。基于3D3S結(jié)構(gòu)分析軟件，以上2種方案的計算模型見圖1和圖2。模型中，桁架構(gòu)件采用桿單元，并采用鉸接方式彼此連接。為簡化計算，支座與基礎(chǔ)采用平動約束、轉(zhuǎn)動自由的約束條件。

32種結(jié)構(gòu)方案結(jié)果比較

結(jié)構(gòu)設(shè)計中，桁架自身桿件的內(nèi)力及其支座的基礎(chǔ)是設(shè)計人員較為重視的2個方面。為了研究以上2種方案的優(yōu)缺點，對這2種鋼結(jié)構(gòu)方案中的桿件Nmin和Nmax的目標(biāo)組合進行有限元分析，同時對支座基礎(chǔ)在不同工況下的水平力結(jié)果進行比較。

3．1鋼結(jié)構(gòu)桿件分析

在2種結(jié)構(gòu)方案下，鋼結(jié)構(gòu)桿件的最大壓力云圖見圖3和圖4。由圖3和圖4可以看出，方案一和方案二的受壓桿件最大內(nèi)力分別出現(xiàn)在支座處和拱底處，且方案一的桿件受壓內(nèi)力大于方案二，差值約為600kN;同時，2種方案中，拱頂處的下弦桿均出現(xiàn)了較大的壓力，這是由于設(shè)備平臺的豎向力，通過拉桿直接作用于此處。與此類似，通過Nmax目標(biāo)組合的分析結(jié)果可知，方案一中的最大拉力出現(xiàn)在平臺處，為800kN，方案二中的最大拉力出現(xiàn)在增加的拉桿處，約為1320kN。通過以上比較可知，方案一中，平臺的豎向力通過管式桁架的弦桿從拱頂傳遞至基礎(chǔ)頂部的桿件;方案二中，平臺的豎向力通過管式桁架的弦桿從拱頂傳遞至拉桿，形成局部自平衡體系，且管式桁架內(nèi)部拱壓力的傳遞路徑較短。同時，增加拉桿后對支座附近的桿件軸力有較大的減小，使支座桿件的軸力與拱頂處的軸力相差不大。

3．2鋼結(jié)構(gòu)支座分析

2種結(jié)構(gòu)方案在恒荷載、活荷載和風(fēng)荷載工況下鋼結(jié)構(gòu)支座處的橫向水平合力見表1。可見，方案二較方案一的優(yōu)點在于:在恒荷載和活荷載這種豎向荷載工況下，鋼結(jié)構(gòu)支座的水平力大大減小;在風(fēng)荷載以水平力為主的工況下，鋼結(jié)構(gòu)支座處的水平力有一定減小。而在各工況組合后，方案二的水平力遠遠小于方案一。在實際工程中，由于焦?fàn)t機側(cè)和焦側(cè)附近設(shè)置的構(gòu)筑物較多，可用空間有限，減小基礎(chǔ)水平力能有效控制基礎(chǔ)的尺寸。

4結(jié)語

(1)增加拉桿后，該結(jié)構(gòu)體系減少了力的傳遞路徑，優(yōu)化了桿件結(jié)構(gòu)。

(2)設(shè)置拉桿有效解決了基礎(chǔ)水平力大的問題，該體系可大大減小水平力，此時基礎(chǔ)所受的水平力主要由風(fēng)荷載等水平荷載產(chǎn)生。

(3)增加拉桿會減少結(jié)構(gòu)內(nèi)部的使用空間，焦?fàn)t封閉需要考慮焦?fàn)t四大機車及相應(yīng)管道的空間使用情況，設(shè)置的拉桿需要滿足焦?fàn)t工藝和集氣除塵的相應(yīng)要求。

作者：趙偉屹 單位：中冶焦耐( 大連) 工程技術(shù)有限公司