CN106439391B - 一种空分冷箱面板围护结构 - Google Patents

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Abstract

一种空分冷箱面板围护结构，空分冷箱主要由四周的桁架结构以及围护在四周桁架结构上的冷箱面板组成，桁架结构由两侧的长形冷箱柱、上下依次固定在两侧冷箱柱上的多根冷箱横梁、从上到下依次有交叉固定于上中下三根冷箱横梁上、并以中间冷箱横梁中间为交叉点的两根斜撑组成，桁架结构上垂直固定在冷箱横梁上、并在冷箱横梁上水平均布的多根从底部一直延伸到顶部的加劲肋；所述桁架结构上分别密封焊接有用于包裹整个冷箱的冷箱面板；冷箱面板与冷箱柱和冷箱横梁的连接是：冷箱面板在冷箱柱和冷箱横梁的外侧面上保留30mm以上的搭接长度，在外搭接处分别采用4mm高角焊缝围焊，即密封焊接，不得漏气；在内搭接处采用4mm高角焊缝间断焊。

Description

一种空分冷箱面板围护结构
技术领域
本发明涉及的是一种空分冷箱面板围护结构，适用于空气分离制氧氮设备冷箱、制氩设备冷箱、制氢设备冷箱、换热器冷箱及液化设备冷箱等一切含有低温设备的封闭性冷箱，属于空分制冷技术领域。
背景技术
传统空分冷箱采用板块式结构体系，这种结构为将整个冷箱分割成几十个甚至上百个板块单元，每个单元均由H型钢或槽钢作为边缘构件，内含斜撑和面板，每个单元相连时，边缘构件和边缘构件通过螺栓和焊接两种连接方式组成新杆件，即梁或者柱；斜撑则采用H型钢，面板直接焊接在斜撑上，通常不设置面板加劲肋，即使个别设置面板加劲肋的也是将加劲肋一起焊接在斜撑上，导致斜撑承受巨大的、来自面板的平面外荷载，包括面板上的珠光砂荷载，氮气压力和冷箱面板外风荷载吸力或压力，这就使主结构原本的桁架结构体系遭到破坏，因为桁架结构体系的斜撑是二力杆，不承受平面外的荷载；而冷箱这种特种结构是中空无楼层板的，主要靠四周的桁架结构传递荷载，一旦桁架结构体系的斜撑杆件受力方式由二力杆变成了拉压剪弯构件后，整个结构体系的荷载就会传力路径不清晰，不便与工程师手工复核软件的计算结果，结构的安全经济性就不可靠，导致很多工程师就盲目相信软件结果，造成了多起安全事故和不可估量的经济损失。
现有的这种空分冷箱结构体系和面板围护体系不脱开，不但对主结构受力体系造成破坏，还通常不设置加劲肋，单靠横梁、立柱和斜撑作为面板的支撑，虽然冷箱四周面板选用了相对较厚的5mm钢板，但遇到风荷载较大或面板跨度较大时，强度就会不够，导致冷箱面板爆裂，冷箱内的珠光砂绝热材料喷出事故时有发生，导致整套空分系统停车检修，造成的直接和间接的经济损失是巨大的，有时甚至造成人员伤亡。
综上所述，传统空分冷箱结构体系的斜撑和面板围护体系不脱开对主结构体系和面板围护体系都非常不利，急需新的设计方法来优化它了。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种在现有技术基础上进行改进的，结构简单、受力合理，强度高，使用安全可靠，传力路径清晰，计算方便快捷、容易手工复核的空分冷箱面板围护结构。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：一种空分冷箱面板围护结构，所述的空分冷箱主要由四周的桁架结构以及围护在四周桁架结构上的冷箱面板组成，所述的桁架结构由两侧的长形冷箱柱、上下依次固定在在两侧冷箱柱上的多根冷箱横梁、从上到下依次有交叉固定于上中下三根冷箱横梁上、并以中间冷箱横梁中间为交叉点的两根斜撑组成，所述的桁架结构上垂直固定在冷箱横梁上、并在冷箱横梁上水平均布的多根从底部一直延伸到顶部的加劲肋；所述桁架结构上分别密封焊接有用于包裹整个冷箱的冷箱面板。
作为优选：所述的冷箱面板与冷箱柱和冷箱横梁的连接是：冷箱面板在冷箱柱和冷箱横梁的外侧面上保留30mm以上的搭接长度，在外搭接处分别采用4mm高角焊缝围焊，即密封焊接，不得漏气；在内搭接处采用4mm高角焊缝间断焊；
所述冷箱面板与加劲肋的连接是：所述加劲肋截面采用角钢或槽钢或方钢，在冷箱面板和加劲肋的搭接处采用4mm高角焊缝间断焊；
所述冷箱面板采用4mm厚普通钢板，冷箱的顶面上焊接的顶板采用6mm厚花纹钢板；
所述加劲肋与冷箱横梁的连接是：加劲肋与冷箱横梁外翼缘相碰处，加劲肋切角，然后用双面角焊缝焊接后磨平；
所述加劲肋与桁架结构的斜撑间必须保留一定的空隙。
冷箱面板作为密闭性围护体系承受着很大的平面外荷载，冷箱内的珠光砂对冷箱面板的水平推力和氮气对冷箱面板的压力，冷箱外风荷载对冷箱面板的压力和吸力，冷箱面板所受的最不利工况为珠光砂水平推力+氮气压力+风荷载的侧向吸力，这个荷载组合很大但由面板加劲肋直接导向横梁，使主桁架结构斜撑不受平面外荷载，保留二力杆受力状态，保护了主桁架结构受力体系的合理性，传力路径的明确性，大大减少了主结构的用钢量，同时面板加劲肋成为简支梁，面板成为单向板，受力明确，计算简单精确，方便手工复核，提高准确性。
附图说明
图1是本发明所述冷箱顶板面板的平面布置示意图。
图2是本发明所述冷箱面板立面布置示意图。
图3是图2中A部放大结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作详细的介绍：图1-3所示，本发明所述的一种空分冷箱面板围护结构，所述的空分冷箱主要由四周的桁架结构1以及围护在四周桁架结构1上的冷箱面板2组成，所述的桁架结构1由两侧的长形冷箱柱3、上下依次固定在在两侧冷箱柱3上的多根冷箱横梁4、从上到下依次有交叉固定于上中下三根冷箱横梁4上、并以中间冷箱横梁中间为交叉点的两根斜撑5组成，所述的桁架结构1上垂直固定在冷箱横梁4上、并在冷箱横梁4上水平均布的多根从底部一直延伸到顶部的加劲肋6；所述桁架结构1上分别密封焊接有用于包裹整个冷箱的冷箱面板2。
本发明所述的冷箱面板2与冷箱柱3和冷箱横梁4的连接是：冷箱面板2在冷箱柱3和冷箱横梁4的外侧面上保留30mm以上的搭接长度，在外搭接处分别采用4mm高角焊缝围焊，即密封焊接，不得漏气；在内搭接处采用4mm高角焊缝间断焊；
所述冷箱面板2与加劲肋6的连接是：所述加劲肋6截面采用角钢或槽钢或方钢，在冷箱面板2和加劲肋6的搭接处采用4mm高角焊缝间断焊；
所述冷箱面板2采用4mm厚普通钢板，冷箱的顶面上焊接的顶板7采用6mm厚花纹钢板；还包括顶部加劲肋8.
所述加劲肋6与冷箱横梁4的连接是：加劲肋6与冷箱横梁4外翼缘相碰处，加劲肋6切角，然后用双面角焊缝焊接后磨平；
所述加劲肋6与桁架结构的斜撑5间必须保留一定的空隙。
实施例：冷箱是为内部低温设备保冷的，所以内部填满绝热材料珠光砂，并与低温设备和低温管道间留有300mm以上的距离，否则冷箱面板会积霜甚至使碳钢面板发生低温冷脆现象。冷箱平面布置图为矩形，中空无楼层板，四周采用桁架结构体系并用钢板做面板围护的密闭特种钢结构，为了桁架结构的斜撑为二力杆，不受平面外荷载的影响，将面板及其加劲肋结构体系和桁架的斜撑脱开，保留一定的间距，使冷箱面板平面外的荷载，如珠光砂荷载、氮气压力和风荷载等不会直接传导给斜撑，这样更符合桁架结构体系的条件，使结构传力路径更加清晰明确。
冷箱面板及其加劲肋的具体结构如下：作用在冷箱面板上的平面外主要荷载有珠光砂荷载、氮气压力和风荷载，对面板最不力的工况为珠光砂水平推力+氮气压力+风荷载的侧向吸力。珠光砂荷载的大小并不象水压随着高度的增加而增加，它是根据冷箱某截面高度上冷箱和塔器的横截面积之差与周长之和的比值，即水力半径确定的。珠光砂荷载又分为对冷箱面板的水平推力和竖向摩擦力，还有一部分直接作用在基础上；冷箱内的氮气压力是所有高度全部相同的，所以作用在面板上的压力也是所有高度都相同的；风荷载则随着高度的增加风压是逐渐增加的。所以将这三个荷载的最不利工况组合后可以发现，随着冷箱高度的增加，该组合的荷载也在增加，这个与冷箱内装水是完全不一样的。故随着冷箱高度的增加，在冷箱侧向面板取4mm厚钢板的前提下，面板加劲肋的间距将会减小或者加劲肋的截面将会增大，但由于面板及其加劲肋需与主结构斜撑保持一定的空隙，加劲肋截面高度大小将受到限制，所以将会在冷箱上部的面板加劲肋设计时同时使用减小间距和增加截面两种方法。
作用在冷箱面板上的平面外荷载最不利工况随着高度的增加差异较大，所以沿着高度方向设置多种加劲肋形式，可以节省材料，但形式也不宜过多，太多会给采购和安装带来麻烦，以3-5种为宜。
冷箱面板上所受的平面外荷载由于面板加劲肋的导向作用，可以直接转化成横梁的线荷载加在主结构模型上，目前的结构计算软件还不能将面板围护体系和主结构一起建模计算，因此对面板及其加劲肋的设计计算只能单独建模计算，通过本优化设计后，面板及其加劲肋的受力简单清晰，所以用手工复核计算也很方便。
冷箱面板围护体系的结构连接结构如下：
1)面板和梁柱连接：面板在梁柱外侧面上保留30mm以上的搭接长度，在外搭接处采用4mm高角焊缝围焊，即密封焊接，不得漏气；在内搭接处采用4mm高角焊缝间断焊。
2)面板和加劲肋连接：加劲肋有角钢、槽钢和方管等，在面板和加劲肋搭接处采用4 mm高角焊缝间断焊。
3)加劲肋与横梁连接：加劲肋与横梁外翼缘相碰处，加劲肋切角然后用双面角焊缝焊接后磨平。
4)加劲肋和桁架结构斜撑间必须保留一定的空隙。

Claims (1)

1.一种空分冷箱面板围护结构，所述的空分冷箱主要由四周的桁架结构以及围护在四周桁架结构上的冷箱面板组成，所述的桁架结构由两侧的长形冷箱柱、上下依次固定在在两侧冷箱柱上的多根冷箱横梁、从上到下依次有交叉固定于上中下三根冷箱横梁上、并以中间冷箱横梁中间为交叉点的两根斜撑组成，其特征在于所述的桁架结构上垂直固定在冷箱横梁上、并在冷箱横梁上水平均布的多根从底部一直延伸到顶部的加劲肋；所述桁架结构上分别密封焊接有用于包裹整个冷箱的冷箱面板；
所述的冷箱面板与冷箱柱和冷箱横梁的连接是：冷箱面板在冷箱柱和冷箱横梁的外侧面上保留30mm以上的搭接长度，在外搭接处分别采用4mm高角焊缝围焊，即密封焊接，不得漏气；在内搭接处采用4mm高角焊缝间断焊；
所述冷箱面板与加劲肋的连接是：所述加劲肋截面采用角钢或槽钢或方钢，在冷箱面板和加劲肋的搭接处采用4mm高角焊缝间断焊；
所述冷箱面板采用4mm厚普通钢板，冷箱的顶面上焊接的顶板采用6mm厚花纹钢板；
所述加劲肋与冷箱横梁的连接是：加劲肋与冷箱横梁外翼缘相碰处，加劲肋切角，然后用双面角焊缝焊接后磨平；
所述加劲肋与桁架结构的斜撑间必须保留一定的空隙。
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