CN108868000A - 一种用于电厂悬吊式锅炉的抛物线形平面桁架式大板梁结构 - Google Patents

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任扬志
王元清
班慧勇
苏刚
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Tsinghua University
Shanghai Boiler Works Co Ltd
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Tsinghua University
Shanghai Boiler Works Co Ltd
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    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00—Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/02—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces
    • E04C3/04—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal
    • E04C3/11—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal with non-parallel upper and lower edges, e.g. roof trusses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/24—Supporting, suspending, or setting arrangements, e.g. heat shielding

Abstract

本发明提供了一种用于电厂悬吊式锅炉的抛物线形平面桁架式大板梁结构。所述抛物线形平面桁架式大板梁分为上拱式和下沉式两种结构，包括：上弦杆、下弦杆、竖腹杆和斜腹杆等。当采用上拱式结构时，竖腹杆垂直于下弦杆；而当采用下沉式结构时，竖腹杆垂直于上弦杆。竖腹杆间距按照次梁位置确定。竖腹杆长度按照节点处截面弯矩合理选取。上弦杆与下弦杆均为箱形截面，竖腹杆和斜腹杆均为工字形截面。各桁架杆件间以焊接或螺栓连接。抛物线平面桁架式大板梁间以次梁连接。此抛物线形平面桁架式大板梁具有结构简单、重量轻、材料加工采购方便、可现场焊接装配、方便运输等优点。

Description

一种用于电厂悬吊式锅炉的抛物线形平面桁架式大板梁结构
技术领域
本发明属于锅炉钢结构设计领域，特别涉及一种用于电厂悬吊式锅炉的抛物线形平面桁架式大板梁结构。
背景技术
现有电厂锅炉实腹式大板梁承载吨位较大，结构自重亦较大。截面弯矩作用下，跨中翼缘轴向弯曲应力最大，两端翼缘应力较小。当采用统一截面时，钢材消耗量高，材料利用率低。同样，截面剪力作用下，端部腹板面内剪应力大，两端腹板剪应力小。当采用统一腹板截面时，中间腹板应力比较小，材料利用率低。
中国电力工程顾问华东电力设计院的《用于塔式锅炉的析架式大板梁体系》将桁架结构引入大板梁结构设计，提出一种上下弦杆相互平行的桁架结构。此平行弦桁架结构中，跨中弦杆内力大，两端弦杆内力小；跨中腹杆内力小，两端腹杆内力大。与实腹式大板梁一样，此种平行弦桁架结构同样存在材料利用率低，整体结构设计质量偏重等问题。
因此，本技术领域迫切需要研究一种上下弦杆材料利用率高，受力性能合理，结构自重轻的新型平面桁架式大板梁结构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于电厂悬吊式锅炉的抛物线形平面桁架式大板梁结构，以克服平行弦桁架结构在结构受力，尺寸及自重等方面的不足。本发明内容结构均一，承载合理，钢材利用率高，能有效降低大板梁结构自重，实现锅炉钢结构的轻量化设计。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于电厂悬吊式锅炉的抛物线形平面桁架式大板梁结构。其特征在于，分为上拱式和下沉式两种，包括：上弦杆、下弦杆、竖腹杆和斜腹杆等。
当所述结构为上拱式时所述竖腹杆垂直于所述下弦杆，而当所述结构为下沉式时所述竖腹杆垂直于所述上弦杆。
所述竖腹杆的间距按照次梁位置确定。所述竖腹杆长度按照节点处截面弯矩合理选取。
所述上弦杆与下弦杆均为箱形截面，所述竖腹杆和斜腹杆均为工字形截面。
所述各桁架杆件间以焊接或螺栓连接。
所述抛物线平面桁架式大板梁间以次梁连接。
当大板梁为上拱式结构时，所述上弦杆按抛物线形布置，次梁沿所述下弦杆布置。
当大板梁为上拱式结构时，侧向支撑除次梁外，所述上弦杆需额外加装侧向支撑杆，以提高其侧向稳定性。
当大板梁为下沉式结构时，所述下弦杆按照抛物线形布置，次梁沿所述上弦杆布置，无需加装侧向支撑杆。
所述抛物线形平面桁架式大板梁总高为8-10米，跨度为35-55米，标高为70-160米。
本发明的有益效果是：
(1)相比上拱式结构，下沉式结构中上弦杆内力更小，杆件计算长度更小，所需杆件截面面积更小，局部稳定性更高。
(2)相比上拱式结构，下沉式结构中下弦杆中拉力更大，所需杆件截面面积较大。因此，相同桁架高度和次梁布置下，下沉式大板梁结构自重略大于上拱式结构。
(3)下沉式大板梁结构中，次梁沿上弦杆布置，无需额外加装侧向支撑杆。而上拱式大板梁结构中，次梁沿下弦杆布置；同时为增加上弦杆局部稳定性，上弦杆应增加侧向支撑杆。
(4)两种抛物线形桁架结构适用范围较广。采用上拱式大板梁结构时，厂房屋顶可按抛物线形式布局。采用下沉式结构时，应适当增加立柱高度，以适应端部支座宽度。
(5)通过采用抛物线形平面桁架式大板梁结构，上下弦杆中各杆件内力差异小。采用统一截面尺寸时，上下弦杆杆件应力比可控制在0.7以上，材料利用率大幅提高。
(6)通过采用抛物线形平面桁架式大板梁结构，腹杆中各杆件内力较小，小于弦杆内力的20％。因此，腹杆可采用工字形截面，所需截面面积较小，大幅减轻了结构整体自重。
(7)通过采用抛物线形平面桁架式大板梁结构，上下弦杆及腹杆截面形式及尺寸单一，研发设计周期短，便于材料加工及采购。
(8)通过采用抛物线形平面桁架式大板梁结构，可根据货车载重及长度限额，灵活采用焊接或螺栓拼接等方式进行组装。
(9)与实腹式大板梁相比，抛物线形平面桁架式大板梁受力结构合理，整体质量可减轻10～30％，轻量化效果显著。
附图说明
图1中A为上拱式抛物线形平面桁架大板梁立体图，B为下沉式抛物线形平面桁架大板梁立体图。
图中，1-上弦杆，2-下弦杆，3-竖腹杆，4-斜腹杆。
具体实施方式
除非另行定义,本实施例中所使用的专业术语与本领域人员所熟悉的意义相同。
下面结合实施例和附图,对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
根据一种实施方式，如图1中A和B所示，用于电厂悬吊式锅炉的抛物线形平面桁架式大板梁结构分为上拱式和下沉式两种，包括：上弦杆 1、下弦杆2、竖腹杆3和斜腹杆4等。当所述结构为上拱式时，所述竖腹杆3垂直于下弦杆，而当所述结构为下沉式时，所述竖腹杆3垂直于所述上弦杆1。所述竖腹杆3间距按照次梁位置确定。所述竖腹杆3长度按照节点处截面弯矩合理选取。所述上弦杆1与下弦杆2均为箱形截面，所述竖腹杆3和斜腹杆4均为工字形截面。所述各桁架杆件间以焊接或螺栓连接。所述抛物线平面桁架式大板梁间以次梁连接。当大板梁为上拱式结构时，所述上弦杆1按抛物线形布置，次梁沿所述下弦杆2布置。当大板梁为上拱式结构时，侧向支撑除次梁外，所述上弦杆1需额外加装侧向支撑杆，以提高其侧向稳定性。当大板梁为下沉式结构时，所述下弦杆2 按照抛物线形布置，次梁沿所述上弦杆1布置，无需加装侧向支撑杆。所述抛物线形平面桁架式大板梁总高为8-10米，跨度为35-55米，标高为 70-160米。
在本实施例中，如图1所示，竖杆长度hi(i＝1,2,...7)按照公式(1)计算得到。
式中，h为桁架式大板梁总高。Mi为上弦杆各节点处弯矩，Mmax为桁架式大板梁跨中弯矩。符号“[]”为取整运算符，按照“四舍五入”法取整。
在本实施例中，各杆件截面设计应严格按照最新版《钢结构设计规范》执行，需依次校核桁架跨中截面竖向位移、桁架最大Mises应力，以及各杆件应力比、长细比、宽厚比及高厚比、整体稳定性等。
在本实施例中，上下弦杆和腹杆均应按照压弯杆件或拉弯杆件进行校核设计。上下弦杆中轴向力及端部弯矩均较大，由强度控制。腹杆长细比较大，由杆件整体稳定性控制。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于电厂悬吊式锅炉的抛物线形平面桁架式大板梁结构，其特征在于，所述结构分为上拱式和下沉式两种，包括：上弦杆(1)、下弦杆(2)、竖腹杆(3)和斜腹杆(4)。
2.根据权利要求1所述的结构，其中：所述竖腹杆(3)的间距按照次梁位置确定；当所述结构为上拱式时所述竖腹杆(3)垂直于所述下弦杆(2)，而当所述结构为下沉式时所述竖腹杆(3)垂直于所述上弦杆(1)。
3.根据权利要求1所述的结构，其中：所述竖腹杆(3)长度按照节点处截面弯矩合理选取。
4.根据权利要求1所述的结构，其中：所述上弦杆(1)与下弦杆(2)均具有箱形截面，所述竖腹杆(3)和斜腹杆(4)均具有工字形截面。
5.根据权利要求1所述的结构，其中：所述各桁架杆件间以焊接或螺栓连接。
6.根据权利要求1所述的结构，其中：所述抛物线平面桁架式大板梁间以次梁连接。
7.根据权利要求6所述的结构，其中：当所述结构为上拱式时，所述上弦杆(1)按抛物线形布置，所述次梁沿所述下弦杆(2)布置。
8.根据权利要求6所述的结构，其中：当所述结构为上拱式时，侧向支撑除所述次梁外，所述上弦杆(1)需额外加装侧向支撑杆，以提高其侧向稳定性。
9.根据权利要求6所述的结构，其中：当所述结构为下沉式时，所述下弦杆(2)按照抛物线形布置，所述次梁沿所述上弦杆(1)布置，无需加装侧向支撑杆。
10.根据权利要求1所述的结构，其中：所述抛物线形平面桁架式大板梁总高为8-10米，跨度为35-55米，标高为70-160米。
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CN107166363A (zh) * 2017-05-16 2017-09-15 清华大学 一种用于电站悬吊式锅炉的立体桁架式大板梁群结构体系

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