姜德进 干式煤气柜走道平台及立柱的内力计算

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1、关于天 窗的 形式,根 据有关测试资料,应选取高效能 矩 形通凤天窗为宜。这种天窗的高 ?宽 ? 比可 取?左右,并 设置 倾斜式 挡风板和水平式挡雨片,这样排气稳定,效果较好。在具有较强气相腐蚀 的车间,采用下沉式天窗,会使厂房屋盖析架的 多数杆件暴露在排气口处,受到冷 凝酸 液的经常腐蚀而易于损坏,这样除了要增 加防腐蚀的难 度之外,由于析架为屋盖的主 要承重构件,更 要防止倒塌事故,这 方面 的教训过去 已有过,因此在锌电解车间是不宜采用下沉式天窗的。总之,根据现况 和对推荐 方案的分析比较,可以认为推荐方案是比较合理和可行的。干式煤气柜走道平台及立柱的内力计算马鞍山钢铁设计研究院姜德进

2、干式煤气柜圆形走道 平台与一般构筑物的走道平台不 同,它既要满足操作功能,又是气柜 的重要受力构件,与壳体及加劲立柱 共同组成空间体系,对叱柜的强度 与 稳定起着重要作用。然而,要求解这样一 个空 间体 系,却是一件相当困难的事情。文献?是国内目前能够见到的唯一比较完整的气柜计算资料,但对走道平台及立柱论述亦甚为简单,役有说明如何建立力学模式?而且,关于单个集中荷载 作 用下 的圆环内力及弹性支承反 力的表述,有关公式中双曲函数项被误成了三角函数,?、?、?、刀等系数亦缺乏定义,最后给出的两条实用曲线,有些系数也存在误差。为此,笔者试结合千式煤气柜的设计,特提出如下修正见解,请同行们斧正。?、

3、关于力学模式气柜作为一 个表面粗糙的巨型 圆柱体,在自然风荷作用下,其风压分布是不 同于表面 光滑的 圆柱体的,又由于加劲构 件的存在,风吸力动压系数,在柜体侧面和背面就比光滑 圆柱体小。根据实验所知?见图?所示?,气柜变形在中部迎凤面处将是最大,而在柜体顶部,由于存在着顶盖和柜顶析架缘故,变形则很 小,非迎风面部位变形亦较小。因此相应部位的壳体、加劲立柱、圆形走道平台亦将随着产生相应的变形,这种变形与将柜体视为一 个底部固定、上端自由的立柱变形是大不 一样的。由于气柜在上述风荷载作用下的这种变形受 力状态,与单层厂房的山墙抗风柱受力状态很相似。作为模拟,我们可把 柜顶视 为厂房的屋盖,变形小

4、的那部分柜体可视作为厂房的纵墙,而把变形最大的这部分柜体视作为上部支承于顶板、下部支承于墓础的立柱来进行考虑。根 据 文献?、?介绍,当?二?时,该部分柜体构件宽?一?,一,?卜?二? 度,可 取圆环长度的舍?当?,? ? 时,柜?”诵?圈“?八洪”沙?刁上 上了夕一?, ?“已体 各个 区间不再互相约束,立柱计算宽 度可取实际加劲立柱间距。在风载作用下,加劲立柱和 壳体,可视为圆形走道的弹性支承,在求出走道平台在风载作 用下产生的内力及女承反 力后,再将支承反力加在立柱上,也就可以求出立柱内介介介介介介?洲洲? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?, 创创?

5、 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?钾 ,目目、护碑碑寸寸寸寸寸寸寸寸寸此时,“梁”的变形曲线为 二次抛 物线,如 图?中部?对应位移为?,。通过二次抛物线几何性质分析,可求得? ?二?,?下习?,?百?百?“ ? ? 二? ?二一 ?一只?,。吕在弹性范围内,力与变形成正比,则图?风载作用下气柜变形示意 图?犷,二二犷厂?三 妙? 巧二百匕“力了众 所周知,简支 梁上 任一集中力作 用结果,在 任一点上产生 的氏。,可以表示为 二、关于 圆形走道平合的内 力计算今令立柱构件的 刚度 系数为?这相 当于弹性地基的基床 系数?,圆形 走道平台?以下,简称圆环?的径向位移为?,则 圆环单位长度

6、上的支承反力为?“?式中?立柱构件所承受的支承反力的合力?赶立柱宽度。如将立柱视为梁时,则梁的位移? 与圆环一致,为。?一箫。二、?卜?一?式中。?二?。?、?、?。图?任意力?在?点产生变位图示?“因此,图?中的?,可用?,表示为?二?, ,?占, ? ?占, ?不 丁?式中?立柱高度?立柱构件的抗弯刚度?包括宽度?以内所有加劲柱及 壳体?变量系数?视两端支承情况及?的具体位置而定?。一般我们将立柱构件两端支承考虑为简支,计算时取五道 圆环作均匀分布,则立林构 件受力变形如图?所示。?一? ?,访?式中丽即 为公式?中的?注意此?是对应于?,点处的?,不 同点处?是 不同的?。当立桂构件在该

7、 处的?求出后,就可求出该处圆环的刚度系数丫为?弓一?习?,式中?圆环半径? ?圆环截面径向抗弯刚度。将公式?中的?及公式?中的?代人公式?可得图?立桂受力及变形计算图示?,?,?、丫之万,?下万了丁二万气?夕 ?“上?盛咨? 以一 产?卜由子圆环以及风载的对称性,可先求出一个集中力作用下的圆环内力和弹性支承反力来,然 后运 用影响线及迭加原 理,即可求出全部风载作用下的圆环上 任一点内力和支承反 力了。如图?所示,设圆环 的径向位移为?叮?,专?是丫与甲的函数,可用微型 计算机计算。气柜横断面上的风压分布,可根据德国风洞实验给 出的水平风压分布曲线取值,见图?所示。图?圆环在集 中荷载?作用

8、下内力分沂支承于弹性立柱上的 圆环,类似如支承在弹性地基上 的圆拱,其挠曲微分 方程为图?气柜风压分布曲线?,?切?“四习币弓?刁砰? ?刃,丁二? ?甲式中叮 ?侧?十下这是一个常系数高阶微分方程,用特征值法,可以求 出?的通解。再利用对称性条件和在甲?二处的剪 力为?之边界条件、即可求出在单个力?下圆环的?,从而得到?这样,求出了单个荷载作用下圆环内力和支承 反 力后,又已知风压分布曲线,就可用迭加原理求出圆环 上的各点弯矩和 支承反力了。而倒?环上迎风面处中点 弯矩,显然是最大弯矩。当然,所选取的圆环应是气柜中部的圆环。计算时,可以用几个集中力来代替连续分布力进行求解。即在切? 甲?处的

9、集中力为? ?甲少二?万一, ?一?,?汀? ?沪?长,?一万一?卜会。, ?式中,? ?十下?“?丫?十?价十?“?式中?,?风压系数?。计算风压值?圆环间距。把几个集中力在切三二处的弯矩迭加起来,即为所求的最大弯矩?刀?中?夕中?一刀?癸?刀切?一?丫?兀侧?口? ?一补幼卫二争华斌?下?。?刀?五?切? ?夕中一?一尸?,?切?。刀尹?。一?黑井?月一、胆冬工?、一?代?二?“?,?刀“三?“? “?刀?图?绘出了不 同刚度系数夕与圆环最大弯矩 系数叭,的关系,该图是按?二? ?的条件下求 得的。应用时,应先求出夕,然后查出叮。即 可求得该环的最大径向弯矩,?兀? ?“?与?”? ? 百

10、了? ?了,?勺,?。?一般?型气柜都是 设计成 正?边形截面,用圆柱代替将产生一些误差,但 据文献?指出,当? ? 时,其受力性能与圆柱体非常接近。因此上法可适用于? ?的?型气柜。, , , ? ? ?口口口口? ? ? ? 日日日日日日日日日目气气 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?一一? ? ? ? ?矛? ? ? ?吕吕己己于?, ,当当当目目目目目目目目? ? ? ? ?件? ? ?】? ? ?、,护护 沙沙沙沙行? ? ? 哟, , , , 闷闷闷司? ? ? ? ? ?一? ? ? ? ? ? ? 一一一一?了? ? 十? ? ? ?二二丁?翻? ? ? ? ?一?

11、 ? ?一飞飞 ? ? ? ? ? ? ?口口卜,?叶?斗一一巨州州卜曰曰曰曰曰? ? ? ? ? ? ? ? ! ! !口口口口图7刚度系数,相对应的支承反力系数如关系1一甲一120。,2一甲=1350,3一甲 1 5 04一甲二1 6 5.;5一甲.180这些曲线,4也是按n二2 4求得的,该 点单位长度径向支承反力即为7图6刚度系数y与最大弯矩系数刀M关系1, 2兀r q(沪少=叮q示Won万了三、关于 立柱构件的内力计算圆环的支承反力计算,同计算弯矩方法相 同,立柱构件宽度内的所有支承反 力q的垂直分力,迭加后即是立柱构件的外力P,然后即可按图2立柱变形曲线求其余各力和按“梁”计算出立

12、柱构件内力来。实际计算时,可以只求几个控制点的支 _._ ,.二_曰_、,_1.,一_,一承反力,在此控制点左右言区间范围内的支承反力取 与该点值相等,以简化计算。图7绘出了中=1 80“(系迎风面中点)、一 巧5“ 、1 5。“、1 3犷、120等五个点处支承反力随 刚度?变化的叮,曲线。=0. 13 0 9粉qw。h (11)由于现有的气柜高径比都在1.41.7之,、1一:,二,间,因此立柱构件宽度,按言圆环周长来取用是合适的。以上立柱构件计算均未考虑相邻影响,因此实际内力当小于计算内力,计算偏于安全。今考文献【11翁开庆译:7 2, 500米3活塞式低压储气 罐始构计算及设计说明,天津市政设计院蓝图本, l%4年1月2pr611,A. : Wirkungde sna t公rlichenw in desau fei助ngr6b erenK犷 eiszyIi ndet VD I, Zei tso址ift desv ereinesDeutse址nIngenjeu比,B d86, 1 9召231A llen, H. G. Bulson,P. S一:现ck孚ou血to Buckli婚MeQr aw书Ul.198 0-

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