CN101265725A - 基于电厂钢结构大板梁与柱连接节点的构筑方法 - Google Patents

Abstract

一种建筑工程技术领域的基于电厂钢结构大板梁与柱连接节点的构筑方法，包括如下步骤：第一步，确定支座加劲肋的位置、数量及间距：支座加劲肋设置在大板梁两端位置，根据荷载大小和大板梁尺寸来确定支座加劲肋数量，加劲肋间距由夹板厚度和固定螺栓级别确定；第二步，确定支座形式：支座形式应根据支座加劲肋数量来确定；第三步，确定弧形支座尺寸：弧形支座宽度加劲肋间距一致；第四步，设置定位孔：在柱顶盖板和梁下翼缘，沿弧形支座两边设置定位孔；第五步，按照有限元计算值确定支座定位孔位置。本发明修正现有大板梁与柱连接节点形式的缺陷及不足，具有传力合理、能有效减小支座处弯矩的特点。

Description

基于电厂钢结构大板梁与柱连接节点的构筑方法

技术领域

本发明涉及一种建筑工程技术领域的节点构筑方法，具体是一种基于大型火电厂锅炉钢结构连接节点的新型构筑方法。

背景技术

近年来，我国的火电事业发展迅速，火电厂规模越来越大，已经建成1000MW锅炉机组电厂40余座。随着电厂规模的扩大，对电厂主钢结构的设计提出了更高的要求。大板梁是电厂锅炉钢结构中的主要受力构件，承担所有吊起锅炉的竖向荷载。由于大板梁所受荷载及本身截面尺寸较大且形式多变，成为电厂设计和建筑过程中的重要部分。而大板梁与柱顶的连接又是工程中的重点和难点。实际工程中，一般将大板梁直接放置在柱顶支座上，属于自然接触连接。锅炉大板梁作为钢结构的主要受力构件，其传至柱顶的荷载较大，因此大板梁支座的构筑方法对柱顶结构和柱截面的安全性都将产生较大影响。一个满足使用要求的大板梁支座应具备便于制造、传力直接、引起柱顶弯矩小等特点。目前国内外常用的大板梁支座有两种形式，即条形支座和正扣式弧形支座。条形支座的优点是形式简单，便于制造，其缺点是限制梁的转动，传力不合理。当大板梁受力变形后，大板梁与条形支座的接触形式由面接触变成线接触，产生较大的弯矩，从而造成大板梁下翼缘产生应力过于集中，影响结构安全。与条形支座不同，正扣式弧形支座不限制梁转动，支座顶部弯矩较小，传力合理。但正扣式弧形支座仅能应用于大板梁两端各只有一条支座加劲肋的情况。对于有两道支座加劲肋的大板梁，正扣式弧形支座与大板梁下翼缘的接触属于线接触，造成加劲肋悬空，传力并不合理。

经过对现有技术文献的检索发现，赵志峰在《电站系统工程》2001年(第5期)发表的：“常用大板梁支座浅析”一文中提出了一种梯形支座，这种梯形支座只是起到了消减柱顶弯矩的作用，只是一种改良的条形支座，并没有从根本上消除条形支座缺点。所有现有几种支座形式没有很好地解决节点传力和弯矩松弛两大问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于电厂钢结构大板梁与柱连接节点的构筑方法，使其修正现有大板梁与柱连接节点形式的缺陷及不足，具有传力合理、能有效减小支座处弯矩的特点。

本发明是通过以下技术方案实现的，包括如下步骤：

第一步，确定支座加劲肋的位置、数量及间距。

支座加劲肋设置在离大板梁两端0.5米的位置。根据荷载大小和大板梁尺寸来确定支座加劲肋数量，当荷载小于5000吨或者大板梁高度低于7米时，大板梁每端可只设置一道支座加劲肋；当荷载大于5000吨或者大板梁高度高于7米时，每端应设置两道支座加劲肋。加紧肋在叠合面处设置断开，靠夹板和螺栓紧固。为保证加劲肋固定螺栓的安装，加劲肋间距应根据夹板厚度和固定螺栓级别确定。加劲肋间距应大于2倍夹板厚度与6倍螺栓高度及1倍加劲肋厚度之和。第二步，确定支座形式。

支座形式应根据支座加劲肋数量来确定，当支座加劲肋数量为每端一根时，可将支座设置成正扣或者反口弧形支座两种形式，当支座加劲肋为每端两根时，必须将支座形式设置为反扣型弧形支座，即弧形支座底平面与大板梁下翼缘焊接，弧形面与柱顶盖板自由接触，可绕接触线自由转动。

第三步，确定弧形支座尺寸。

弧形支座宽度与第一步确定的加劲肋间距一致，保证支座加劲肋可直接传力至弧形支座，总高度可取150毫米，其中弧形段高度可取30毫米。

第四步，设置定位孔。

确定了支座形式和尺寸后，在柱顶盖板和梁下翼缘，沿弧形支座两边设置定位孔，定位孔是大板梁吊装时梁与柱的对准点，必须考虑梁安装完成后大板梁受荷后的侧向相对位移。

本发明采用有限元方法确定安装完成后大板梁受荷后的侧向相对位移，步骤如下：

步骤一，大板梁建模。

建立大板梁有限元模型，包括上下翼缘，腹板，叠合面，横向加劲肋，纵向加劲肋，支座加劲肋，对其划分网网格。

步骤二，弧型支座建模。

在大板梁下翼缘底面两端建立反扣得弧形面作为弧形支座的断面，后补充包络成体，作为弧形支座。

步骤三，柱顶建模。

建立柱顶有限元模型，可取柱高度为5米，柱顶盖板厚度取150毫米。

步骤四，划分网格

将大板梁、弧型支座和柱顶划分有限元网格。

步骤五，接触设置。

在接触线附近将网格细化，在柱顶盖板上表面覆盖一层目标单元，而在弧形支座上表面覆盖一层接触单元。

步骤六，计算及结果提取。

打开软件计算开关进行计算，完成后提取弧形支座与柱顶盖板接触处节点相对位移为定位孔偏移量。

第五步，按照有限元计算值确定支座定位孔位置。

将第四步有限元方法所得的弧形支座和梁底板水平侧向相对位移作为大板梁定位孔的参考值，在柱顶盖板和大板梁下翼缘沿弧形支座两边对应位置设置定位孔，供工厂下料时使用。

本发明采用反扣式弧形支座连接锅炉钢结构大板梁，与传统的条形支座和正扣式弧形支座相比存在以下几点改进：反扣式弧形支座保证了梁与柱间的自由转动，不产生弯矩，因此对柱的设计非常有利，柱截面面积约减小20％；同时又保证了支座加劲肋能直接将力传递至弧形支座上，传力合理；定位孔的设置保证了大板梁在吊装时的精确定位(精确到0.1毫米)以及吊装完成后的安全使用。因此按本发明确定的大板梁与柱的连接构造方法更为合理。本发明适用于所有大型电厂钢结构大板梁的节点设置。

附图说明

图1为大板梁与柱连接整体示意图

图2为支座加劲肋示意图

图3为本发明支座节点构造详图

图4为本发明弧形支座尺寸详图

图5为本发明定位孔偏移示意图

图中：大板梁-1，支座加劲肋-2，柱顶-3，夹板-4，紧固螺栓-5，定位螺栓-6，弧形支座-7，柱顶盖板-8，柱顶加紧肋-9，定位孔-10。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

以天津北疆电厂大板梁1连接节点构造为例。该大板梁1采用叠合梁的形式，由上下两根工字钢梁叠合而成，总长为42900mm，主截面尺寸为8600×1800×1500×50mm，如图1所示，为保证腹板的局部稳定性，依照钢结构设计规范(GB50017-2003)的相关条文在腹板上布置了纵向和横向加劲肋，设定支座加劲肋2间距为d，紧固螺栓5高度为h，夹板4厚度为T，支座加劲肋2厚度为T1，弧形支座7宽度为D，总高度为H，弧形段高度为H1，接触面相对滑移量为d1。按本发明构筑梁柱连接节点的步骤如下：

(1)确定支座加劲肋2的位置、数量及间距：支座加劲肋2位置确定在离大板梁1两端0.5米的处，大板梁1荷载大于7500吨，高度为8.6米，每端设置两道支座加劲肋2，加劲肋间距根据紧固螺栓5级别确定。设加劲肋2间距为d，紧固螺栓5高度为h＝20mm，夹板4厚度为T＝40mm，加劲肋2厚度为T1＝60mm，则d＞2T+6h+T1＝260，取d＝280mm，如图2所示。

(2)确定支座形式：因大板梁1每端设置两道支座加劲肋2，将支座形式设置为反扣型弧形支座7，即弧形支座7底平面与大板梁1下翼缘焊接，弧形面与柱顶盖板8自由接触，如图3所示。

(3)确定弧形支座7尺寸：弧形支7座宽度与加劲肋间2距一致，即D＝d＝280mm，总高度取H＝150mm，其中弧形段高度取H1＝30mm，如图4所示。

(4)设置定位孔10：确定了支座形式和尺寸后，应在柱顶盖板8和梁下翼缘，沿弧形支座7两边设置定位孔10，定位孔是大板梁1吊装时梁与柱的对准点，必须考虑梁安装完成后的侧向相对位移d1，如图5所示，相对位移的计算采用有限元模拟的方法，步骤如下：

1)大板梁1的建模及网格划分：按照设计图纸采用实体建模的方法建立大板梁1有限元模型，包括上下翼缘，腹板，叠合面，横向加劲肋，纵向加劲肋，支座加劲肋2，将各构件采用布尔操作加在一起形成一整体。用实体单元(SOLID45)单元智能划分网格。

2)弧型支座2建模：在大板梁1下翼缘底面两端与下翼缘下表面相切位置建立反扣弧形面作为弧形支座2的断面，后补充拉伸包络成体，作为弧形支座2。用SOLID45单元智能划分网格。

3)柱顶3建模：建立柱顶有限元模型，包括十字交叉柱各构件和柱顶加劲肋9，各构件采用布尔操作加在一起形成一整体，取柱高度为5m，柱顶盖板8厚度150mm。

4)接触设置：在接触线附近将网格细化，一般将网格线细化为现有网格的1/2长，在柱顶盖板上表面覆盖一层目标单元targe170，而在弧形支座上表面覆盖一层接触单元conta173，设置摩擦系数为μ＝0.2，接触刚度为K＝0.1。

通过提取目标单元与接触单元接触线上节点的位移，得到弧形支座与柱顶盖板8相对滑移量为d1＝3.2mm，这便是大板梁1下翼缘定位孔10和柱顶盖板8定位孔10的偏离距离。在柱顶盖板8和大板梁1下翼缘沿弧形支座两边设置两对相对偏移3.2mm的定位孔10。

由本实施例的结果可知，采用反扣式弧形支座7连接大板梁1与柱，很好的松弛了柱顶弯矩，避免应力集中，且解决了有两条支座加劲肋2时正扣式弧形支座7的加劲肋2悬空问题。采用接触分析的方法计算得到的接触面相对位移为大板梁1下翼缘及柱顶盖板8间的定位孔10设置提供了精确的位置偏移量。

Claims (6)

1、一种基于电厂钢结构大板梁与柱连接节点的构筑方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，确定支座加劲肋的位置、数量及间距

支座加劲肋设置在大板梁两端位置，根据荷载大小和大板梁尺寸来确定支座加劲肋数量：当荷载小于5000吨或者大板梁高度低于7米时，大板梁每端只设置一道支座加劲肋；当荷载大于5000吨或者大板梁高度高于7米时，每端应设置两道支座加劲肋，加紧肋在叠合面处设置断开，靠夹板和螺栓紧固，加劲肋间距由夹板厚度和固定螺栓级别确定；

第二步，确定支座形式

支座形式应根据支座加劲肋数量来确定：当支座加劲肋数量为每端一根时，将支座设置成正扣或者反口弧形支座两种形式；当支座加劲肋为每端两根时，将支座形式设置为反扣型弧形支座；

第三步，确定弧形支座尺寸

弧形支座宽度与第一步确定的加劲肋间距一致，保证支座加劲肋能直接传力至弧形支座；

第四步，设置定位孔

确定了支座形式和尺寸后，在柱顶盖板和梁下翼缘，沿弧形支座两边设置定位孔，定位孔是大板梁吊装时梁与柱的对准点，采用有限元方法确定安装完成后大板梁受荷后的侧向相对位移；

第五步，按照有限元计算值确定支座定位孔位置

将第四步有限元方法所得的弧形支座和梁底板水平侧向相对位移作为大板梁定位孔的参考值，在柱顶盖板和大板梁下翼缘沿弧形支座两边对应位置设置定位孔，供工厂下料时使用。

2、根据权利要求1所述的基于电厂钢结构大板梁与柱连接节点的构筑方法，其特征是，第一步中，支座加劲肋设置在离大板梁两端0.5米的位置。

3、根据权利要求1或2所述的基于电厂钢结构大板梁与柱连接节点的构筑方法，其特征是，第一步中，加劲肋间距大于2倍夹板厚度与6倍螺栓高度及1倍加劲肋厚度之和。

4、根据权利要求1所述的基于电厂钢结构大板梁与柱连接节点的构筑方法，其特征是，第二步中，将支座形式设置为反扣型弧形支座是指弧形支座底平面与大板梁下翼缘焊接，弧形面与柱顶盖板自由接触，可绕接触线自由转动。

5、根据权利要求1所述的基于电厂钢结构大板梁与柱连接节点的构筑方法，其特征是，第三步中，弧形支座总高度取150毫米，其中弧形段高度取30毫米。

6、根据权利要求1所述的基于电厂钢结构大板梁与柱连接节点的构筑方法，其特征是，第四步中，采用有限元方法确定安装完成后大板梁受荷后的侧向相对位移，步骤如下：

步骤一，大板梁建模：建立大板梁有限元模型，包括上下翼缘、腹板、叠合面、横向加劲肋、纵向加劲肋、支座加劲肋，对其划分网格；

步骤二，弧型支座建模：在大板梁下翼缘底面两端建立反扣得弧形面作为弧形支座的断面，后补充包络成体，作为弧形支座；

步骤三，柱顶建模：建立柱顶有限元模型，取柱高度为5米，柱顶盖板厚度取150毫米；

步骤四，划分网格：将大板梁、弧型支座和柱顶划分有限元网格；

步骤五，接触设置：在接触线附近将网格细化，在柱顶盖板上表面覆盖一层目标单元，而在弧形支座上表面覆盖一层接触单元；

步骤六，结果提取：提取弧形支座与柱顶盖板接触处节点相对位移为定位孔偏移量。

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