回转窑荷载设计分析
2016-12-07燕科
燕 科
（成都建筑材料工业设计研究院有限公司）
回转窑荷载设计分析
燕科
（成都建筑材料工业设计研究院有限公司）
文章以实际工程中遇到的同型号、同规模的窑系统设计荷载取值却差别非常大的情况为出发点，在SAP2000中建模研究分析了基础设计其荷载取值的一些规律。
回转窑基础；设计荷载；工况组合
1 引言
回转窑是水泥生产线中煅烧物料的主要设备。其基础设计取用的标准荷载一般包括：托轮传递的荷载标准值,包括垂直荷载标准值和水平荷载标准值；牙齿轮驱动时所传递的荷载标准值；电机、减速机及托轮座架的荷载标准值；基础自重及台阶上的回填土重荷载标准值；工作走道传递的荷载标准值等[1]。
由于工艺等原因，某些情况下，对于同等规模相同型号的窑系统会出现CDI的窑荷载与TDRI的窑荷载差别很大以及很多荷载不能解释清楚的局面，文章研究了窑基础设计计算荷载的取值变化，并确定最终计算取值。
2 工程概况
本工程为GOE项目三四号生产线上回转窑子项，除窑体外，还包括三次风管荷载。
工程结构设备布置见图1。
图1
3 建模分析
为准确分析基础所受荷载的大小及方向，结构设计需由工艺设备专业提供窑体几何参数，包括窑直径、厚度与总长度、窑支点间距、窑倾斜度；恒载数据，包括窑内耐火砖、浇注料厚度、密度、托辊及底座重量、轮带重量，大齿轮重量、小齿轮及底座重量、齿轮罩重量、主电机及底座重量、辅传及底座重量、挡轮及底座质量、轮带与托辊面摩擦系数、窑头、窑尾密封荷载、窑皮线荷载及分布范围；活载数据，包括窑内正常工况物料重量、窑内非正常工况物料重量、小齿轮与大齿轮传动力以及温度参数(包括窑体金属部分的最大温度和最小温度)等。
三次风管荷载需由设备提供风管金属部分直径、壁厚、内衬厚度、密度、金属部分最大温度、输入灰荷载、风荷载、温度荷载等。在窑基础计算中考虑地震作用，但风管的支座反力不计算地震力。
将靠近窑头的基础编号为1号墩，中部为2号墩，靠近窑尾基础为3号墩。1、2号墩无传动，一般情况下这两个墩上只有托辊，荷载分布简单。3号墩有托辊、驱动、挡轮等，荷载分布相对复杂。其中，考虑到安装期间的安全，2、3号墩柱底考虑该处支架有一定高度，弹性较好，柱底转动要求不高，故设计为弹性钢板支座。
风管与结构之间考虑窑头支架高度较低、弹性差，对支架底部转动要求高，故沿风管轴线方向设计为理想铰支座，2、3号墩窑头均为摆动支座。
将真实窑体模型化后，窑截面通过截面设计器设计为钢管与耐火砖组合截面，托辊可视为与窑体成一定角度的双支座，因此窑系统是作为一个六支点简支体系分析的。见图2：
图2 窑系统模型
对于基础计算，通常对以下三种工况进行分析：
⑴窑体正常工作；
⑵窑体发生纵向变形，筒体在高温下引起轮带或筒体弯曲变形，使某一基础上产生一个托轮托空，则托轮传递荷载不均匀，相邻基础荷载增加；
⑶窑体或轮带发生较大变形时，致使一个托轮脱空，仅一个托轮受力，作用在基础上。
分析过程中，实际建模研究了以下4种荷载组合：
⑴正常工况，窑内物料取低值。
荷载取值：
窑支座反力×动力系数+走道荷载+底座荷载+地震或风+纵向摩擦力
⑵非正常工况，窑内物料取高值，托辊不脱空。
荷载取值：
窑支座反力×动力系数+走道荷载+底座荷载+地震或风+纵向摩擦力
⑶1号墩单边支承，窑内物料取高值。
荷载取值：
窑支座反力×动力系数+走道荷载+底座荷载+风+荷载
⑷2号墩单边支承，窑内物料取高值。
荷载取值：
窑支座反力×动力系数+走道荷载+底座荷载+风+荷载
查阅回转窑基础设计的相关资料时，若工程项目属于涉外项目，可能还要考虑停窑检修这一正常工况，即检修时，窑体被千斤顶顶起，脱离托辊，基础承受千斤顶传来的压力[2]。
4 结论
SAP2000的分析结果：
三个墩总竖向荷载与工艺总竖向荷载接近，但各个墩在不同工况下，其分析的反力与工艺提供的荷载参数差别较大，其中，分析得到的垂直于轴线的水平力在工艺中未提及，但这个力是实际存在的，对结构安全威胁较大，结构必须考虑。沿窑轴线方向的水平力在工艺上有所定义：
静摩擦力，正常工况下使用，且不算荷载系数；
动摩擦力，非正常工况使用，不算荷载系数。
这个力的取值，对于1、2号墩，可均取轮带与托辊间的压力乘以统一摩擦系数，方向指向窑尾，3号墩，可取等于1、2号墩窑轮带与托辊摩擦力的合力，方向指向窑头。可忽略窑倾斜对摩擦力的影响。摩擦力系数由设备资料明确注明。
确定动力系数时，由于窑转动速度很低，其动力系数可取1.25。这个值应单独从荷载值列出，以便于审查。
对于窑内物料荷载，因其不确定性，应有明确的计算规则，确保使用最大物料荷载。●
[1]谭齐.回转窑基础设计计算方法及构造[J].特种结构, 2007,24(3):93-95.
[2]张媛媛，张立，胡颖.中外回转窑基础设计计算方法[J].建材世界,2013,34(4):120-123.
