重型鍋爐鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)體系研究

火電廠鍋爐鋼結(jié)構(gòu)體系是電站的核心組成部分,是生命線工程安全可靠運(yùn)行的重要保障。鍋爐鋼結(jié)構(gòu)具有體量大、體系復(fù)雜、荷載重等特點(diǎn),而且其在荷載作用下的反應(yīng)機(jī)制復(fù)雜,因此有必要對火電廠鍋爐鋼結(jié)構(gòu)體系及其力學(xué)性能開展研究。 本課題研究在分析總結(jié)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,采用有限元分析、理論研究以及模型試驗研究相結(jié)合的方式對重型鍋爐鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行研究，主要研究內(nèi)容包括以下幾部分： 1）利用有限元軟件對構(gòu)件和整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。以某一桁架筒體結(jié)構(gòu)體系的實際工程為背景，研究了柱拼接對桁架筒體結(jié)構(gòu)體系的影響。此外，分析了不同桿端約束拼接鋼柱構(gòu)件的整體穩(wěn)定性能，得到了相應(yīng)的構(gòu)件計算長度系數(shù)，及拼接位置和拼接剛度對拼接鋼柱整體穩(wěn)定性能的影響規(guī)律。 2）利用靜力平衡法，推導(dǎo)得到考慮拼接節(jié)點(diǎn)影響的壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定函數(shù)。將得到的穩(wěn)定函數(shù)在一平面框架中的彈性屈曲及二階分析中予以應(yīng)用，通過參數(shù)分析及有限元分析驗證其有效性和精確性，為整體結(jié)構(gòu)高等分析奠定基礎(chǔ)。 3）推導(dǎo)了考慮柱拼接影響的半剛性支撐鋼結(jié)構(gòu)層穩(wěn)定方程，給出了臨界支撐剛度的計算方法，并通過算例分析，與有限元分析結(jié)果對比，驗證了其有效性，分析了柱拼接對結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定的影響。 4）完成了重型鍋爐鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)體系模型試驗，對比分析了傳統(tǒng)塔式鍋爐鋼架結(jié)構(gòu)體系和桁架筒體鍋爐鋼架結(jié)構(gòu)體系的受力性能和破壞機(jī)理。 5）桁架筒體結(jié)構(gòu)體系中，支撐是主要受力構(gòu)件。針對支撐剛度的布置進(jìn)行了理論計算，計算結(jié)果可供重型鍋爐鋼架結(jié)構(gòu)體系的支撐布置時作為參考。 目前在我國鍋爐鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)中，針對這種大型的特種鋼結(jié)構(gòu)大多是直接引進(jìn)國外的結(jié)構(gòu)布置和計算方法。本研究通過有限元數(shù)值模擬、理論研究和試驗研究，總結(jié)了不同的鍋爐鋼架結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)缺點(diǎn)，研究成果對重型鍋爐鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)體系的選擇及其設(shè)計具有參考價值。 2100433B

和普通的高層建筑鋼結(jié)構(gòu)相比，重型鍋爐鋼結(jié)構(gòu)廠房無論在結(jié)構(gòu)布置還是承受荷載方面都有明顯不同的特點(diǎn)，如雙向跨度相當(dāng)、無樓板、豎向荷載巨大、主要構(gòu)件截面尺寸超大等。本項目采用理論研究、有限元分析以及模型試驗相結(jié)合的方式對該類結(jié)構(gòu)體系及其力學(xué)性能進(jìn)行研究。首先，選取實際工程中應(yīng)用的三種不同結(jié)構(gòu)體系，采用有限元分析程序分別進(jìn)行靜力力學(xué)性能分析，比較結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形、整體穩(wěn)定等性能的不同特征。有限元分析方法和分析結(jié)果的可靠性通過模型試驗進(jìn)行驗證；其次，通過大量的有限元數(shù)值模擬，探索影響結(jié)構(gòu)體系受力性能的主要參數(shù)如柱子數(shù)量、柱網(wǎng)間距、層高、節(jié)點(diǎn)連接形式等及其影響規(guī)律，在此基礎(chǔ)上，探討最優(yōu)的結(jié)構(gòu)體系；最后，針對該類結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論和設(shè)計方法，采用不同的結(jié)構(gòu)分析方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計算，考察結(jié)構(gòu)二階效應(yīng)的影響及其影響因素，采用理論分析和有限元模擬相結(jié)合的方式，探索節(jié)點(diǎn)剛域?qū)Y(jié)構(gòu)受力以及構(gòu)件計算長度的影響。