布袋除塵器鋼支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的若干問(wèn)題與分析-泊頭市康越環(huán)保

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布袋除塵器鋼支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的若干問(wèn)題與分析

來(lái)源:泊頭市康越環(huán)保 發(fā)布時(shí)間:2017/2/9 12:35:02
摘 要: 以某 600 MW 機(jī)組布袋除塵器工程為例,從除塵器鋼支架結(jié)構(gòu)布置方案、荷載施加、材料類型、節(jié)點(diǎn)類型和設(shè)計(jì)計(jì)算等方面,分析了布袋除塵器鋼支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的各種問(wèn)題,并提出了針對(duì)性的解決策略,為設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的支架提供參考。
摘 要: 以某 600 MW 機(jī)組布袋除塵器工程為例,從除塵器鋼支架結(jié)構(gòu)布置方案、荷載施加、材料類型、節(jié)點(diǎn)類型和設(shè)計(jì)計(jì)算等方面,分析了布袋除塵器鋼支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的各種問(wèn)題,并提出了針對(duì)性的解決策略,為設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的支架提供參考。
     2014 年 9 月 12 日,_發(fā)改委、環(huán)保部和能源局聯(lián)合印發(fā)了《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃( 2014—2020 年) 》( 發(fā)改能源[2014]2093 號(hào)) ,對(duì) 2014 年—2020 年新建和現(xiàn)役火電機(jī)組粉塵排放限值提出了更高的要求,袋式除塵器相比靜電除塵器具有除塵效率高、不受粉塵和煙氣特性影響、運(yùn)行穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn),正在被國(guó)內(nèi)大容量機(jī)組廣泛采用。布袋除塵器由本體結(jié)構(gòu)、灰斗和下部鋼支架三部分組成,鋼支架作為除塵器的支撐結(jié)構(gòu),對(duì)除塵器的安全性和經(jīng)濟(jì)性起著重要作用。本文以某 600 MW 機(jī)組為工程實(shí)例,應(yīng)用 STS 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件,對(duì)除塵器鋼支架進(jìn)行計(jì)算分析,并給出一些設(shè)計(jì)建議,以供參考。
 
1、工程概況:
   本工程為某電廠新建 2 × 660 MW 發(fā)電機(jī)組配套除塵器項(xiàng)目,采用布袋除塵器設(shè)計(jì)方案??拐鹪O(shè)防烈度為 7 度,設(shè)計(jì)地震基本加速度為 0. 1g,設(shè)計(jì)地震分組為_(kāi)組,場(chǎng)地類別為Ⅱ類,當(dāng)?shù)鼗撅L(fēng)壓 0. 60 N /m2 。
   擬建的鋼支架柱頂標(biāo)高為 14. 485 m,柱底標(biāo)高為 0. 2 m,鋼支架長(zhǎng) 32. 00 m,寬 16 m,在 5. 950 m 標(biāo)高設(shè)有灰斗檢修平臺(tái)。鋼支架的柱子布置方式如圖 1 ~ 圖 3 所示。
	圖 1	 支架 構(gòu)平面布置 		       8 000×2  ABC  圖 2	 支架 構(gòu)橫向立面布置  
圖 1 支架 構(gòu)平面布置
圖 2 支架 構(gòu)橫向立面布置 
 
 2、計(jì)算模型:
2.1、結(jié)構(gòu)體系的選擇:
   電除塵器鋼支架常用結(jié)構(gòu)體系有框架體系、柔性支架體系、框架支撐體系??蚣荏w系的水平抗側(cè)向剛度由梁柱通過(guò)剛性節(jié)點(diǎn)形成,梁柱承受節(jié)點(diǎn)傳遞的彎矩較大,截面相對(duì)較大。柔性結(jié)構(gòu)體系構(gòu)造簡(jiǎn)單,相比框架結(jié)構(gòu)具有很好的經(jīng)濟(jì)性,但是受限于受壓構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比控制,支架高度不宜過(guò)高。當(dāng)鋼支架高度要求較高時(shí),可采用上柔下剛的混合結(jié)構(gòu),可在下部卸灰檢修平臺(tái)處分[1],段 ??蚣苤误w系由框架和豎向支撐組成 豎向力由框架柱承擔(dān),水平力由支撐承擔(dān),具有良好的結(jié)構(gòu)受力特性和經(jīng)濟(jì)性,是應(yīng)用_廣的除塵器支架結(jié)構(gòu)形式。8 000×4
 圖 3	 支架 構(gòu) 向立面布置
  3 支架 構(gòu) 向立面布置

結(jié)構(gòu)體系的選擇對(duì)其經(jīng)濟(jì)效益影響很大,因此,鋼支架設(shè)計(jì)時(shí),首先應(yīng)根據(jù)鋼支架的幾何高度 、 作用荷載的大小 、 運(yùn)行操作空間選擇_合理的結(jié)構(gòu)體系方案 。 對(duì)于本工程,由于鋼支架高度較高,橫向跨度較大,采用人字形框架支撐體系 。

 

2  2 、 截面形式:

    除塵器鋼支架各構(gòu)件以承受軸向力為主,立柱可以采用 H 型鋼、鋼管和焊接箱形截面柱。H 型鋼在除塵器鋼支架中被廣泛采用,根據(jù)需要,選用不同規(guī)格的寬翼緣或窄翼緣,可較好地滿足穩(wěn)定性。當(dāng)豎向荷載較大,且兩方向的計(jì)算長(zhǎng)度接近時(shí),可以考慮采用鋼管柱和焊接箱形截面柱,但是鋼管柱在與其他相鄰構(gòu)件連接的構(gòu)造較復(fù)雜,價(jià)格亦相對(duì)較高。焊接箱形截面柱的加工制造工作量較大,較少采用??蚣苤误w系中的支撐可以按受拉桿考慮,截面形式滿足強(qiáng)度要求,控制其長(zhǎng)細(xì)比不宜大于 200。截面信息見(jiàn)表 1。

 

1

截面信息

 

 

 

位置

 

截面

 

 

 

角柱( 4  根)

 

HW350 × 350

 

 

 

邊柱( 8  根)

 

HW4 000 × 34 000

 

 

 

中柱( 4  根)

 

□400 × 400 × 20 × 20

一層灰斗檢修平臺(tái)梁

 

HM250 × 175

 

 

 

三層橫梁縱梁

 

雙扣槽鋼 16a

 

 

 

支撐

 

熱軋鋼管   219 × 10

 
2  3 、 節(jié)點(diǎn)連接:
 框架支撐結(jié)構(gòu)往往設(shè)計(jì)成強(qiáng)支撐框架,由于水平力全部由支撐承擔(dān),并通過(guò)支撐傳遞到基礎(chǔ)頂面,所以柱底彎矩比較小,柱與基礎(chǔ)連接采用鉸接形式即可滿足設(shè)計(jì)要求梁柱節(jié)點(diǎn)可以做成鉸接形式或者剛接形式。一般灰斗檢修平臺(tái)主梁由于考慮跨度和檢修荷載,可以采用剛接來(lái)減小梁截面尺寸。上層水平鋼梁不直接 承 擔(dān) 荷 載,主 要 起 減 小 立 柱 計(jì) 算 長(zhǎng) 度 的 作 用,根 據(jù)

 

GB 50017—2003

2

中的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)法,水平鋼

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范

梁與立柱采用鉸接和剛接連接,鋼柱的計(jì)算取值不同 。 鉸接節(jié)點(diǎn)制造安裝簡(jiǎn)便,但是鋼柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)偏大,鋼柱的穩(wěn)定承載力偏小; 采用剛接節(jié)點(diǎn),節(jié)點(diǎn)制作安裝工作量大,鋼柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)偏小,穩(wěn)定承載力較高 。 體系中支撐桿件只承受軸心力,節(jié)點(diǎn)受力明確,高強(qiáng)螺栓需要量少,計(jì)算簡(jiǎn)單 。

2  4 鋼材的強(qiáng)度等級(jí)

    鋼材強(qiáng)度的等級(jí)可根據(jù)截面的不同控制而合理選擇。當(dāng)計(jì)算梁柱截面為強(qiáng)度控制時(shí),可優(yōu)先選用較高強(qiáng)度等級(jí)的鋼材。當(dāng)梁柱截面為變形或穩(wěn)定控制時(shí),則應(yīng)優(yōu)先選用較低強(qiáng)度等級(jí)的鋼材。柱的選材宜采用 Q345 級(jí)鋼,系桿和支撐宜采用 Q235 級(jí),結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)的合理性較好。

 

 

3、 荷載取值:

    電除塵器本體是一個(gè)體積龐大的薄壁鋼板殼結(jié)構(gòu),內(nèi)部設(shè)有立柱和支撐,剛度較大,恒荷載和活荷載均施加于電除塵器鋼支架立柱的頂部。除塵器及其鋼支架體系,需要考慮的荷載有恒載 ( 除塵器自重,支架及平臺(tái)自重,設(shè)備自重) ,活荷載( 儲(chǔ)灰荷載,頂面活荷載、雪荷載) ,風(fēng)荷載,還有地震荷載等。

 

3  1 、 恒荷載:

    鋼支架承受恒載主要包括殼體、進(jìn)出口喇叭、濾布、灰斗、保溫、檢修爬梯以及電機(jī)等附屬設(shè)備,根據(jù)實(shí)際自重分布施加于鋼柱頂部。 

 

3  2 活荷載:

    活荷載應(yīng)包括頂板檢修活載、平臺(tái)檢修活載、灰斗內(nèi)積灰、熱膨脹引起的瞬間摩擦力。除塵器本體與鋼柱的支座采用滾動(dòng)支座,摩擦系數(shù)僅為 0. 02,可以忽略熱膨脹引起的水平摩擦力 。鋼支架頂部荷載見(jiàn)表 2。

 

 

2

鋼支架頂部荷載

kN

 

 

 

 

柱子編號(hào)

 

恒載

活載

 

 

 

 

A1 , E1

 

473

780

 

 

 

 

A2 , E2

 

686

1 480

 

 

 

 

A3 , E3

 

382

780

 

 

 

 

B1 , D1

 

871

1 406

 

 

 

 

B2 , D2

 

1 296

2 802

 

 

 

 

B3 , D3

 

688

1 401

 

 

 

 

C1

 

871

1 406

 

 

 

 

C2

 

1 296

2 802

 

 

 

 

C3

 

688

1 401

 
 3 3、風(fēng)荷載:

   鋼支架應(yīng)考慮除塵器本體和灰斗產(chǎn)生的風(fēng)荷載,結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件中無(wú)法直接計(jì)算殼體和灰斗產(chǎn)生的風(fēng)荷載,實(shí)際設(shè)計(jì)中需手動(dòng)折算并按照特殊風(fēng)荷載的形式施加于柱頂,基本風(fēng)壓和計(jì)算參數(shù)按照現(xiàn)行荷載規(guī)范取值即可 。

3  4 、 地震荷載:

   地震荷載按照現(xiàn)行 抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 進(jìn)行計(jì)算取值,采用底部 剪力法和振型分解反應(yīng)譜法 ,振型分解反應(yīng)譜法可以借助結(jié)構(gòu) 計(jì)算軟件完成 。

 

 

4、 計(jì)算結(jié)果分析:

  鋼支架 STS  計(jì)算模型見(jiàn)圖 4 , 20  鋼支架 STAAD  Pro 計(jì)算模型見(jiàn)圖 5。

 圖 5  20  支架 圖 4	 支架 STS  算模型	STAAD.Pro  算模型
 

 

 

 5  20  支架

 4

 支架  STS  算模型

STAAD.Pro  算模型

 
 鋼支架的計(jì)算軟件可采用 STAAD. Pro,STS 或 3D3S 等空間結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件。本工程采用 STS 搭建鋼支架整體模型,采用 SATWE 空間計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算依據(jù) GB 50017—2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范,支撐剛度符合規(guī)范 5. 3. 3 條強(qiáng)支撐的規(guī)定,柱的計(jì)算長(zhǎng)度按無(wú)側(cè)移框架確定。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,柱子主要承受恒載和活載傳遞的軸向力,_軸力為 4 410 kN,由于水平地震荷載和風(fēng)荷載由支撐承擔(dān),柱子的水平剪力和彎矩比較小,工程中按照壓彎構(gòu)件設(shè)計(jì)。支撐軸力較大,_值為 388 kN,按照軸心受力構(gòu)件設(shè)計(jì),滿足強(qiáng)度和長(zhǎng)細(xì)比要求。一層灰斗檢修平臺(tái)梁和二、三層縱橫向梁承受人字形支撐和檢修荷載的作用,以承受彎矩為主,按照受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)。
 
5、結(jié)語(yǔ):
1) 除塵器鋼支架宜整體建模分析計(jì)算,優(yōu)先考慮使用帶有側(cè)向支撐的剛性結(jié)構(gòu)。
2) 采用結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算分析時(shí),要注意鋼柱計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的準(zhǔn)確取值,確保鋼柱滿足穩(wěn)定承載力要求。
3) 除塵器鋼支架設(shè)計(jì)要從結(jié)構(gòu)體系、截面類型、材料等級(jí)、節(jié)點(diǎn)形式等多方面進(jìn)行合理選擇和嚴(yán)格計(jì)算,才能使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠。
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