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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(lèi)型、節(jié)點(diǎn)類(lèi)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(lèi)型、節(jié)點(diǎn)類(lèi)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_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。抗震設(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(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，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

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

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。

表 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

二、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。

	表 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

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(lèi)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。