支承收尘器类设备框架结构分析方法

2016-07-13李红雨

水泥技术 2016年2期

李红雨

支承收尘器类设备框架结构分析方法

李红雨

水泥厂中有诸多场合容易产生粉尘，如矿山的采掘，原料的破碎、烘干、研磨及运输，都不可避免地产生粉尘，众多收尘设备也会在这些生产车间中采用。如何准确计算分析支承此类设备的结构是我们要面对的问题。本文将从设备荷载及设备的布置形式入手，找出在各种布置形式及各种荷载方式下正确合理的结构分析方法及注意事项。

1设备布置形式及荷载方式

1.1设备布置形式

根据收尘类设备的布置与结构的相对关系可将其类型分为以下三种：

（1）设备（收尘或空冷器等）直接落于地面，由凸出地面的小短柱支承，见图1（形式一）。该类结构形式简单，通常设计为带混凝土立柱的整板基础。

图1　形式一

（2）设备自带钢架落于下部支承框架上，见图2（形式二）。此下部支承框架也可以作为电力室等其他用途。

图2　形式二

图3　形式三

（3）设备直接支承在框架结构顶部，见图3（形式三）。该类结构可以看作为形式二的变体，即把原本设备自带的钢架由下部结构代替，作为支承结构的一部分。

1.2设备荷载方式

对于结构分析而言，一个很重要的要素即是如何采用结构模型合理模拟，从而使荷载及其分布更接近于实际情况，以保证受力体的安全且不造成浪费。根据设备的体量，提供资料的一方会按照如下几种方式提出设备荷载以供结构计算时采用。为了能合理分析保证结构的安全，我们也可以要求设备方以某种方式提出荷载以供结构计算。

（1）荷载方式一：通常为小型收尘类设备提荷方式，见表1。

（2）荷载方式二：此种方式是目前较常用的提供资料方式，见表2。建议此种情况下应细化荷载工况（如正常工作状态、事故荷载等），这样才能更准确地计算及优化设计。

表1　荷载方式一

（3）荷载方式三：在某些特殊情况下，为了能更准确的分析下部支承结构或者在特别的要求下，设备方可以以如下方式提出荷载供计算采用，见表3。此种荷载方式的不当之处为在地震工况下，其地震作用由下部支承结构及设备共同确定。不过相较以上两种荷载方式，其受力分析更为准确。

表2　荷载方式二，kN

表3　荷载方式三

2分析注意事项

不同的荷载方式及设备的体量应采取不同的分析方法，主要涉及两个关键点，即荷载的正确施加及结构模型的合理模拟。

（1）在荷载方式一下，小体量类收尘设备计算时，可直接将荷载布置于受力点处并手算风载及地震工况（可以底部剪力法计算）下产生的附加弯矩及剪力施加于结构上，另外建议在计算地震作用效应时应乘以增大系数3，此增大部分不应往下传递，但与该凸出部分相连的构件应计入。

（2）在荷载方式二下，应尽可能按设备实际构件及刚度进行模拟，以期得到正确的传力途径及动力特性。应让设备提供商提供设备柱、支承等布置图以及各荷载工况下其重心位置及作用点等信息。模型建立时应注意以下几点：模型的高度应与设备等效并在设备重心处设置层，收尘箱体部分可模拟为中心支承框架结构并应使其刚度尽可能与设备一致；模拟的设备构件应将其质量密度设为0，以避免重复考虑自重；风载的施加可以以点荷载方式加于框架节点上或在模拟体上建立虚面，以面荷载方式施加；重心以下柱及支承的模拟应引起注意，特殊情况下应进行支承单拉杆设置以避免由于支承刚度过大使其作为斜柱起作用，改变力流传递途径，为下部支承结构安全留下隐患；设备柱脚的模型简化应与设备实际受力相一致，避免铰接刚接支座的设置错误，造成受力下部支承结构的局部破坏。

（3）在荷载方式三下，可不对设备进行模拟而直接将各工况下的荷载施加于下部支承点处。此外下部结构计算时，应注意采用底部剪力法方式（通常下部结构形式简单、符合规范要求）并与上部的设备荷载相应工况进行叠加组合，注意其方向性，风载也是一样。在高震区情况下，建议同时建立类似与荷载方式二下的整体模型进行复核计算，采用包络值作为计算结果。

（4）在高震区或在地震起控制作用的情况下，应对荷载进行优化，选择正常工作状态下的积灰荷载参与地震作用以减小重力代表值，其组合值系数应按实际情况采用。

（5）关于阻尼比：对于上层为钢结构，下层为钢筋混凝土的混合型结构，应整体协同分析，其阻尼比与上部和下部结构的组成比例有关。抗震规范根据位能等效原则提出两种计算整体结构阻尼比的方法：振型阻尼比法及统一阻尼比法。两种方法对于获得实际工程阻尼比均有一定的操作难度，建议实际分析时可以根据上下两种结构的体量占比，结合规范中各结构形式对于阻尼比的规定，采用内插法的方式确定混合结构的阻尼比。