CN110975439B - 提高除尘器箱体墙板-立柱结构体系立柱稳定性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了提高除尘器箱体墙板‑立柱结构体系立柱稳定性的方法，属于结构工程技术领域。本发明提供了一种能够增加除尘器箱体加劲墙板‑H形截面立柱结构体系H形截面立柱稳定性的方法，利用此方法在除尘器箱体加劲墙板‑H形截面立柱结构体系H形截面立柱上设置加固钢板，可大大减少除尘器箱体加劲墙板‑H形截面立柱结构体系H形截面立柱的耗材。

Description

提高除尘器箱体墙板-立柱结构体系立柱稳定性的方法

技术领域

本发明涉及提高除尘器箱体墙板-立柱结构体系立柱稳定性的方法，属于结构工程技术领域。

背景技术

除尘器是可把粉尘从烟气中分离出来的环保装备，被广泛应用于火电、冶金、化工和建材等行业中用以消除烟尘。除尘器的性能一般用其可处理的气体量、气体通过除尘器时的阻力损失和除尘效率来表达；同时，除尘器的价格、维护费用以及使用寿命也是考虑其性能的重要因素。

对于除尘器来说，除内部的除尘装置外，其价格、维护费用的高低以及使用寿命的长短还与其箱体围护结构的质量有关。一般情况下，箱体围护结构质量越高，除尘器越不容易收到损坏，相应的，其维护费用会变低、使用寿命则相对长，但同时，其价格也会越高。因此，如何在保证除尘器箱体围护结构质量的前提下，尽可能地降低其制作成本是除尘器生产商和使用者关注的焦点。

除尘器箱体围护结构一般为加劲墙板-H形截面立柱结构体系，加劲墙板-H形截面立柱结构体系一般包含若干H形截面中间立柱，两个平行于H形截面中间立柱的H形截面边缘立柱，焊接于相邻H形截面中间立柱的后翼缘以及H形截面边缘立柱的后翼缘之间的墙板，焊接于H形截面中间立柱和H形截面边缘立柱上的若干撑杆，焊接于墙板上且位于相邻H形截面中间立柱与H形截面边缘立柱之间的若干加劲肋，以及将加劲肋与H形截面中间立柱或H形截面边缘立柱相连的连接板。

当除尘器箱体围护结构为加劲墙板-H形截面立柱结构体系时，H形截面立柱的翼缘会与墙板连续焊接连接，形成受力整体，墙板主要直接承受由除尘器箱体内外温差造成的空气负压(由外向内作用)和风荷载等横向荷载，由于H形截面立柱是墙板两侧的支承边界，这部分横向荷载会传递到H形截面立柱，使得H形截面立柱承担弯矩和剪力。因此，H形截面立柱是除尘器箱体结构设计中最重要的受力对象之一，保证H形截面立柱的稳定性是保证除尘器箱体围护结构质量的关键。

目前，主要依靠提高H形截面立柱的截面规格来保证H形截面立柱的稳定性。但是，更高截面规格的H形截面立柱意味着更高的成本。因此，急需找到一种能够增加除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构体系H形截面立柱稳定性的方法以减少除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构体系中H形截面立柱的耗材。

发明内容

[技术问题]

本发明要解决的技术问题是提供一种能够增强除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构体系中H形截面立柱稳定性的方法。

[技术方案]

为解决上述问题，本发明提供了一种提高除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构体系H形截面立柱稳定性的方法，当H形截面立柱为H形截面中间立柱时，所述方法为在H形截面中间立柱的前翼缘两侧边缘分别焊接垂直于前翼缘的矩形加固钢板；所述加固钢板位于前翼缘与后翼缘之间且所述加固钢板的上下两边分别焊接在上下相邻的两块连接板上；

或者，当H形截面立柱为H形截面边缘立柱时，所述方法为在H形截面边缘立柱的前翼缘靠近H形截面中间立柱的一侧边缘焊接垂直于前翼缘的矩形加固钢板；所述加固钢板位于前翼缘与后翼缘之间且所述加固钢板的上下两边分别焊接在上下相邻的两块连接板上。

在本发明的一种实施方式中，所述加固钢板在H形截面中间立柱的腹板两侧对称布置。

在本发明的一种实施方式中，所述加固钢板的厚度等于前翼缘板壁厚。

在本发明的一种实施方式中，所述加固钢板的宽度等于前翼缘与加劲肋之间的水平距离。

在本发明的一种实施方式中，所述加固钢板的高度等于上下相邻两块连接板之间的垂直距离。

在本发明的一种实施方式中，所述加固钢板沿立柱高度方向的布置区间为：

当H形截面立柱的横向支撑间距(即上下相邻两个撑杆之间的间距)小于三个加劲肋区间时，加固钢板仅在除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构体系顶部的第一个加劲肋区间布置；

或者，当H形截面立柱的横向支撑间距大于等于三个且小于五个加劲肋区间时，加固钢板在除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构体系顶部的第一、二两个加劲肋区间布置；

或者，当H形截面立柱的横向支撑间距大于等于五个加劲肋区间时，加固钢板在除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构体系顶部的第一、二、三共三个加劲肋区间布置。

在本发明的一种实施方式中，所述除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构包含若干H形截面中间立柱，两个平行于H形截面中间立柱的H形截面边缘立柱，以及焊接于H形截面中间立柱的后翼缘和与之相邻的H形截面边缘立柱的后翼缘之间或焊接于相邻两个H形截面中间立柱的后翼缘之间的墙板；所述H形截面中间立柱位于两个H形截面边缘立柱之间；所述墙板平行于H形截面中间立柱的后翼缘以及H形截面边缘立柱的后翼缘；

所述H形截面中间立柱和H形截面边缘立柱上设有若干撑杆；所述撑杆垂直于墙板；所述撑杆的一端焊接于H形截面中间立柱的后翼缘或H形截面边缘立柱的后翼缘；

所述H形截面中间立柱和与之相邻的H形截面边缘立柱之间以及相邻两个H形截面中间立柱之间均设有若干加劲肋；所述加劲肋垂直于H形截面中间立柱的腹板；所述加劲肋的两端分别通过连接板焊接于H形截面中间立柱的腹板以及与之相邻的H形截面边缘立柱的腹板上或分别通过连接板焊接于相邻两个H形截面中间立柱的腹板上。

在本发明的一种实施方式中，所述加劲肋为角钢加劲肋、工字钢加劲肋或槽钢加劲肋。

在本发明的一种实施方式中，所述连接板垂直于H形截面中间立柱的腹板、垂直于墙板且焊接于H形截面中间立柱的前翼缘和后翼缘之间；或者，所述连接板垂直于H形截面边缘立柱的腹板、垂直于墙板且焊接于H形截面边缘立柱的前翼缘和后翼缘之间。

在本发明的一种实施方式中，所述连接板同时焊接于H形截面中间立柱的腹板、前翼缘、后翼缘以及加劲肋垂直于墙板的那条边；或者，所述连接板同时焊接于H形截面边缘立柱的腹板、前翼缘、后翼缘以及加劲肋垂直于墙板的那条边。

本发明还提供了上述方法在提高除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构体系H形截面立柱稳定性中的应用。

本发明还提供了一种除尘器箱体，所述除尘器箱体的加劲墙板-H形截面立柱结构体系的H形截面立柱上设有矩形加固钢板；

当H形截面立柱为H形截面中间立柱时，所述矩形加固钢板焊接在H形截面中间立柱的前翼缘两侧边缘，所述矩形加固钢板垂直于前翼缘，所述加固钢板位于前翼缘与后翼缘之间，且所述加固钢板的上下两边分别焊接在上下相邻的两块连接板上；

或者，当H形截面立柱为H形截面边缘立柱时，所述矩形加固钢板焊接在H形截面边缘立柱的前翼缘靠近H形截面中间立柱的一侧边缘，所述矩形加固钢板垂直于前翼缘，所述加固钢板位于前翼缘与后翼缘之间，且所述加固钢板的上下两边分别焊接在上下相邻的两块连接板上。

在本发明的一种实施方式中，所述加固钢板在H形截面中间立柱的腹板两侧对称布置。

在本发明的一种实施方式中，所述加固钢板的厚度等于前翼缘板壁厚；所述加固钢板的宽度等于前翼缘与加劲肋之间的水平距离；所述加固钢板的高度等于上下相邻两块连接板之间的垂直距离。

在本发明的一种实施方式中，所述加固钢板沿立柱高度方向的布置区间为：

当H形截面立柱的横向支撑间距(即上下相邻两个撑杆之间的间距)小于三个加劲肋区间时，加固钢板仅在除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构体系顶部的第一个加劲肋区间布置；

或者，当H形截面立柱的横向支撑间距大于等于三个且小于五个加劲肋区间时，加固钢板在除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构体系顶部的第一、二两个加劲肋区间布置；

或者，当H形截面立柱的横向支撑间距大于等于五个加劲肋区间时，加固钢板在除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构体系顶部的第一、二、三共三个加劲肋区间布置。

在本发明的一种实施方式中，所述除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构包含若干H形截面中间立柱，两个平行于H形截面中间立柱的H形截面边缘立柱，以及焊接于H形截面中间立柱的后翼缘和与之相邻的H形截面边缘立柱的后翼缘之间或焊接于相邻两个H形截面中间立柱的后翼缘之间的墙板；所述H形截面中间立柱位于两个H形截面边缘立柱之间；所述墙板平行于H形截面中间立柱的后翼缘以及H形截面边缘立柱的后翼缘；

所述H形截面中间立柱和H形截面边缘立柱上设有若干撑杆；所述撑杆垂直于墙板；所述撑杆的一端焊接于H形截面中间立柱的后翼缘或H形截面边缘立柱的后翼缘；

所述H形截面中间立柱和与之相邻的H形截面边缘立柱之间以及相邻两个H形截面中间立柱之间均设有若干加劲肋；所述加劲肋垂直于H形截面中间立柱的腹板；所述加劲肋的两端分别通过连接板焊接于H形截面中间立柱的腹板以及与之相邻的H形截面边缘立柱的腹板上或分别通过连接板焊接于相邻两个H形截面中间立柱的腹板上。

在本发明的一种实施方式中，所述加劲肋为角钢加劲肋、工字钢加劲肋或槽钢加劲肋。

在本发明的一种实施方式中，所述连接板垂直于H形截面中间立柱的腹板、垂直于墙板且焊接于H形截面中间立柱的前翼缘和后翼缘之间；或者，所述连接板垂直于H形截面边缘立柱的腹板、垂直于墙板且焊接于H形截面边缘立柱的前翼缘和后翼缘之间。

在本发明的一种实施方式中，所述连接板同时焊接于H形截面中间立柱的腹板、前翼缘、后翼缘以及加劲肋垂直于墙板的那条边；或者，所述连接板同时焊接于H形截面边缘立柱的腹板、前翼缘、后翼缘以及加劲肋垂直于墙板的那条边。

[有益效果]

本发明提供了一种能够增加除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构体系H形截面立柱稳定性的方法，利用此方法在除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构体系H形截面立柱上设置加固钢板，可大大减少除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构体系H形截面立柱的耗材。

附图说明

图1为采用稳定性增强构造后的除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构体系的平面结构示意图。

图2为采用稳定性增强构造前的除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构体系的立体结构示意图。

图3：采用稳定性增强构造后的除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构体系的立体结构示意图。

图4：除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构体系的加劲墙板承受横向荷载的示意图。

图5-7：加固钢板厚度对增强后H形截面立柱稳定承载力的影响关系曲线。

图8-10：加固钢板宽度对增强后H形截面立柱稳定承载力的影响关系曲线。

图1-4中，1：H形截面立柱；2：加固钢板；3：加劲肋；4：连接板；5：墙板；6：横向支撑(有限元计算模型中以垂直于墙板约束模拟)；7：前翼缘；8：后翼缘；9：腹板。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图，对本发明进行进一步的阐述。

如图1所示，本发明提供了一种提高除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构体系H形截面立柱稳定性的方法，当H形截面立柱1为H形截面中间立柱时，所述方法为在H形截面中间立柱的前翼缘7两侧边缘分别焊接垂直于前翼缘7的矩形加固钢2；所述加固钢板2位于前翼缘7与后翼缘8之间且所述加固钢板2的上下两边分别焊接在上下相邻的两块连接板4上；

或者，当H形截面立柱1为H形截面边缘立柱时，所述方法为在H形截面边缘立柱的前翼缘7靠近H形截面中间立柱的一侧边缘焊接垂直于前翼缘7的矩形加固钢板2；所述加固钢板2位于前翼缘7与后翼缘8之间且所述加固钢板2的上下两边分别焊接在上下相邻的两块连接板4上。

作为优选，所述加固钢板2在H形截面中间立柱的腹板9两侧对称布置。

作为优选，所述加固钢板2的厚度等于前翼缘板壁厚。

作为优选，所述加固钢板2的宽度等于前翼缘与加劲肋之间的水平距离。

作为优选，所述加固钢板2的高度等于上下相邻两块连接板之间的垂直距离。

作为优选，所述加固钢板2沿立柱高度方向的布置区间为：

当H形截面立柱的横向支撑间距(即上下相邻两个撑杆之间的间距)小于三个加劲肋区间时，加固钢板2仅在除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构体系顶部的第一个加劲肋区间布置；

或者，当H形截面立柱的横向支撑间距大于等于三个且小于五个加劲肋区间时，加固钢板2在除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构体系顶部的第一、二两个加劲肋区间布置；

或者，当H形截面立柱的横向支撑间距大于等于五个加劲肋区间时，加固钢板2在除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构体系顶部的第一、二、三共三个加劲肋区间布置。

本发明对采用稳定性增强构造方法前、后的除尘器箱体H形截面立柱稳定性的计算和分析通过有限元软件ANSYS进行数值模拟，稳定性增强前和稳定性增强后的结构模型分别如图2和图3所示。有限元计算分析过程说明如下：

1、定义单元：所有结构部件均采用Shell181单元模拟。

2、定义材料：考虑材料非线性影响，钢材材料采用双线性等向强化模型，以Von-Mises准则判断是否发生屈服。制作除尘器一般采用Q235钢材，其屈服强度f_y＝235MPa，弹性模量E＝2.06×10⁵MPa，泊松比ν＝0.3，材料在强化阶段的切线模量E_t＝2060MPa。

3、施加约束情况：除尘器箱体墙板顶端与箱体加劲顶板连接，因此在墙板顶部边界施加垂直墙板方向(Z向)的平动约束。墙板底端与灰斗加劲壁板连接，因此在墙板底端边界施加垂直墙板方向的平动约束。立柱受等间距布置的横向支撑(垂直于墙板方向)约束，在立柱与横向支撑连接处施加垂直墙板方向的平动约束。在中间立柱柱底施加三个方向的平动约束。由于箱体内烟气往往是高温，为了释放温度变形，两侧立柱底部仅施加沿墙板高度方向(Y向)和垂直于墙板方向的约束，以实现结构在墙板平面内(X向)可以伸缩变形。

4、施加荷载情况：除尘器箱体墙板在运行过程中受到风荷载以及箱体内外压差(负压)产生垂直于墙板的横向荷载P_w。当设备投入使用一段时间后，积灰荷载以及后期检修荷载、清理积灰的振打荷载等竖向荷载由箱体顶部支承顶梁传递到立柱，因此立柱在顶部承受轴向压力。上述过程导致除尘器随着时间在不同使用阶段的受力状况有明显差异，此外，由于工艺条件不同，造成的除尘器箱体墙板承受的横向荷载水平是有差异的，因此需要验证稳定性增强构造在不同横向和轴向荷载情况时的效果。为模拟除尘器箱体不同阶段不同的受载情况，模型的加载过程分为两个阶段，第一阶段施加横向荷载，在墙板上作用均布面荷载P_w，对应试运行阶段和初始开机阶段，横向荷载作用情况如附图4所示。第二阶段在立柱柱顶施加轴向压力至立柱破坏，立柱破坏时对应的轴向极限承载力定义为P_c,cr。定义

为立柱承担轴向荷载的稳定系数，即

(P_cy＝f_y·A_H，A_H为H形立柱截面积，P_cy为H形截面立柱全截面屈服荷载)。在所有的实施例中，通过轴压阶段稳定系数的大小来衡量立柱在最后破坏时稳定性的好坏。

由于墙板与立柱可靠连续连接，墙板会分担一部分立柱所受轴向荷载，即便在立柱顶端截面，由于墙板与立柱后翼缘连续焊接连接形成一个组合截面，墙板也会分担一部分轴向压力。通过对大量有限元计算结果的统计分析，一般立柱顶部截面承担的轴向压力为柱顶施加轴向压力的80％～90％，其余由墙板与立柱的连接结点传递至墙板，因此立柱的轴向极限承载力可能大于立柱的全截面屈服荷载。

5、构造初始缺陷：由于除尘器箱体结构在运输、安装、焊接装配等过程中不可避免地会产生初始缺陷。在箱体立柱承受横向和轴向荷载共同作用时，立柱对于压应力较大区域的前半部分截面(腹板与前翼缘)弯扭失稳最为敏感，此时其稳定承载力最低。因此为了考虑初始缺陷的不利影响，同时诱发立柱发生失稳，对于稳定性增强前的研究模型，在立柱高压应力区域构造截面初始弯扭变形，初始弯扭变形幅值取为立柱横向支撑间距的1/1000。对于布置加固钢板后的模型，加固板的作用可能会引起高压应力区的改变。同时，加固板在制作、安装、焊接等过程中可能会造成一定的鼓曲变形，鼓曲变形幅值的取值等于初始弯扭变形幅值。因此，对于稳定性增强后的模型，在构造初始缺陷时要通过比较三种初始几何缺陷形式的不利影响来确定最不利的初始缺陷形式，包括：“原高压应力区(即稳定性增强前的模型高压应力区域)立柱前半部分截面弯扭缺陷与加固板的鼓曲缺陷并存的缺陷形式”、“稳定性增强后模型的高压应力区域立柱前半部分截面初始弯扭缺陷”和“稳定性增强后模型的高压应力区域初始弯扭缺陷与加固板鼓曲缺陷并存的缺陷形式”，三种缺陷幅值均为立柱横向支撑间距的1/1000，求得三种缺陷结构中稳定承载力最低的作为最不利缺陷形式，以充分考虑初始缺陷的不利影响。后文列举的大量算例均表明，缺陷结构最终发生最大失稳变形的位置就在施加初始几何变形的范围内，即表明立柱上的高轴向压应力区域与施加初始弯扭变形区域以及缺陷结构最终发生失稳区域是一致的。

6、分析过程：对已构造初始缺陷的模型(本发明性能测定中所述及的所有实施例模型均引入初始缺陷，包括不设置稳定性增强构造的模型和设置稳定性增强构造的模型)，先在墙板上施加横向荷载，以3000Pa的横向均布面荷载来模拟横向荷载水平较小时结构的受力状况；以9000Pa的横向均布面荷载来模拟横向荷载水平较大时结构的受力状况。再在立柱顶部施加轴向压力直至破坏，轴向压力达到的极值点即为该模型立柱的轴向稳定承载力。进行立柱稳定承载力分析时也考虑几何非线性影响，采用弧长法跟踪结构响应路径。

下述实施例考察了稳定性增强构造参数的改变对立柱稳定承载力的影响。

实施例1：

除尘器箱体墙板厚度t为5mm，墙板宽度w为3500mm，墙板角钢加劲肋间距s为1170mm，每隔三个加劲肋间距设一道横向支撑(横向支撑间距为l＝3s)，立柱总高度H为11990mm，立柱截面为H200mm×150mm×6mm×9mm(截面高h×翼缘宽b_f×腹板厚t_w×翼缘厚t_f)。

在不同的荷载作用下，此算例立柱的高压应力区均出现在最顶部第一个加劲肋区间，因此在立柱的高压应力区构造初始弯扭变形。计算立柱在横向荷载为3000Pa和9000Pa时的轴向承载力，得到立柱稳定性增强前的稳定承载力如表1所示。

实施例2～4：

对实施例1的结构中立柱模拟采取稳定性增强构造措施，加固钢板厚度t_s为立柱前翼缘厚度的1.0倍，加固钢板宽度b_s为立柱截面自由高度b_h(即立柱截面前翼缘边缘至墙板加劲肋边缘的水平距离)，稳定性增强区间为第一个加劲肋区间。考虑到模型在采取稳定性增强措施前后的高压应力区发生改变以及在制作安装等过程中导致加固板的鼓曲可能对立柱稳定性造成影响，实施例2在与实施例1高压应力区相同的区域构造立柱前半部分截面的初始弯扭缺陷和加固板的鼓曲缺陷，实施例3仅在采取稳定性构造措施后模型立柱新的高压应力区构造前半部分截面初始弯扭缺陷，实施例4在采取稳定性构造措施后立柱新的高压应力区构造前半部分截面初始弯扭缺陷和加固板的鼓曲缺陷，缺陷幅值均为立柱横向支撑间距的1/1000，得到立柱稳定性增强后的结构稳定承载力如表1所示。

实施例5～6：

实施例5和实施例6相对于实施例2改变稳定性增强构造中加固钢板厚度，具体构造参数和立柱稳定承载力比较如表1所示。

实施例7～9：

实施例7～9相对于实施例2仅改变稳定性增强构造中加固钢板宽度，具体构造参数和立柱稳定承载力比较如表1所示。

实施例10～12：

实施例10～12相对于实施例3仅改变稳定性增强构造中加固钢板宽度，具体构造参数和立柱稳定承载力比较如表1所示。

实施例13～15：

实施例13～15相对于实施例4仅改变稳定性增强构造中加固钢板宽度，具体构造参数和立柱稳定承载力比较如表1所示。

表1 H200×150×6×9立柱模型稳定性增强前后立柱承载力比较

对比实施例1～4立柱稳定承载力，在考虑同样幅度缺陷的情况下，本发明的立柱稳定性增强方法对立柱稳定性的增强有显著作用。在横向荷载较小的情况下立柱轴压承载力至少提高26％；在横向荷载较大的情况下提高11％。同时，考察比较实施例组2、3、4，实施例组7、10、13和实施例组8、11、14以及实施例组9、12、15，在稳定性增强后模型的高压应力区构造初始缺陷的立柱承载力总体小于在稳定性增强前模型的高压应力区构造初始弯扭缺陷的立柱承载力，同时，加固板的鼓曲缺陷对立柱轴压承载力的影响较小。因此，在该规格截面立柱模型的后续分析中，仅计算分析在采取稳定性增强措施后模型新的高压应力区构造立柱前半部分截面初始弯扭缺陷得到立柱稳定性增强后的结构稳定承载力。

实施例16：

模型尺寸如下：除尘器箱体墙板厚度t为5mm，墙板宽度w为4030mm，角钢加劲肋间距s为1040mm，横向支撑间距为l＝5s，立柱总高度H为17060mm，立柱截面为H294×200×8×12。

在不同的荷载作用下，此例立柱的高压应力区一般出现在第一个加劲肋区间底部以及第二个加劲肋区间顶部。在立柱的高压应力区构造初始弯扭变形。计算立柱在横向荷载为3000Pa和9000Pa时的承载力，得到立柱稳定性增强前的稳定承载力如表2所示。

实施例17～19：

对实施例16中的立柱模拟采取稳定性增强构造措施，t_s为立柱翼缘厚度的1.0倍，b_s为立柱截面自由高度b_h(即立柱截面前翼缘边缘至墙板加劲肋边缘的水平距离)，稳定性增强区间为第一、二个加劲肋区间。考虑到模型在加固前后的高压应力区发生改变以及在制作安装等过程中加固板的鼓曲可能对立柱稳定性造成影响，实施例17在与实施例16高压应力区相同的区域构造立柱前半部分截面的初始弯扭缺陷和加固板的鼓曲缺陷，实施例18仅在稳定性增强后模型立柱新的高压应力区构造前半部分截面初始弯扭缺陷，实施例19在稳定性增强后立柱新的高压应力区构造前半部分截面初始弯扭缺陷和加固板的鼓曲缺陷，缺陷幅值均为立柱横向支撑间距的1/1000，得到立柱稳定性增强后的稳定承载力如表2所示。

实施例20～21：

实施例20和实施例21相对于实施例18仅改变稳定性增强构造中加固钢板厚度，具体构造参数和立柱稳定承载力比较如表2所示。

实施例22～24：

实施例22～24相对于实施例17仅改变稳定性增强构造中加固钢板宽度，具体构造参数和立柱稳定承载力比较如表2所示。

实施例25～27：

实施例25～27相对于实施例18仅改变稳定性增强构造中加固钢板宽度，具体构造参数和立柱稳定承载力比较如表2所示。

实施例28～30：

实施例28～30相对于实施例19仅改变稳定性增强构造中加固钢板宽度，具体构造参数和立柱稳定承载力比较如表2所示。

表2 H294×200×8×12立柱模型稳定性增强前后立柱承载力比较

对比实施例16～19立柱稳定承载力，在考虑同样幅度缺陷的情况下，本发明的立柱稳定性增强方法对立柱稳定性的增强有显著作用。在横向荷载较小的情况下立柱轴压承载力至少提高了38％；在横向荷载较大的情况下至少提高了21％。同时，考察比较实施例组17、18、19，实施例组22、25、28和实施例组23、26、29以及实施例组24、27、30，在稳定性增强后模型立柱的高压应力区构造初始缺陷的立柱轴压稳定承载力小于在稳定性增强前模型立柱的高压应力区构造初始弯扭缺陷的立柱轴压稳定承载力，同时，加固板的鼓曲缺陷对立柱轴压承载力的影响较小。因此，在该规格截面立柱模型的后续分析中，仅计算比较在加固后模型新的高压应力区构造前半部分截面初始弯扭缺陷得到的立柱稳定性增强后的结构稳定承载力。

实施例31：

模型几何尺寸如下：除尘器箱体墙板厚度t为7mm，墙板宽度w为4030mm，角钢加劲肋间距s为1200mm，横向支撑间距为l＝6s，立柱总高度H等于20540mm，立柱截面为H350×350×10×16。

在横向荷载作用较小的情况下，立柱的高压应力区出现在第一个加劲肋区间底部及第二个加劲肋区间顶部；在横向荷载作用较大的情况下，立柱的高压应力区出现在第二个加劲肋区间及第三个加劲肋区间顶部。在立柱的高压应力区构造前半部分截面初始弯扭变形缺陷。计算立柱在横向荷载为3000Pa和9000Pa时的承载力，得到立柱稳定性增强前的稳定承载力如表3所示。

实施例32～34：

对实施例31中的立柱模拟采取稳定性增强构造措施，t_s为立柱翼缘厚度的1.0倍，b_s为立柱截面自由高度b_h(即立柱截面前翼缘边缘至墙板加劲肋边缘的水平距离)，稳定性增强区间为第一、二、三个加劲肋区。考虑到模型在加固前后的高压应力区发生改变以及加固板的鼓曲可能对立柱稳定性造成影响，实施例32在与实施例31高压应力区相同的区域构造立柱前半部分截面的初始弯扭缺陷和加固板的鼓曲缺陷，实施例33仅在稳定性增强后模型立柱新的高压应力区构造前半部分截面初始弯扭缺陷，实施例34在稳定性增强后立柱新的高压应力区构造前半部分截面初始弯扭缺陷和加固板的鼓曲缺陷，缺陷幅值均为立柱横向支撑间距的1/1000，得到立柱稳定性增强后的稳定承载力如表3所示。

实施例35～37：

实施例35～37相对于实施例33仅改变稳定性增强构造中加固钢板厚度，具体构造参数和立柱稳定承载力比较如表3所示。

实施例38～40：

实施例38～40相对于实施例32仅改变稳定性增强构造中加固钢板宽度，具体构造参数和立柱稳定承载力比较如表3所示。

实施例41～43：

实施例41～43相对于实施例33仅改变稳定性增强构造中加固钢板宽度，具体构造参数和立柱稳定承载力比较如表3所示。

实施例44～46：

实施例44～46相对于实施例34仅改变稳定性增强构造中加固钢板宽度，具体构造参数和立柱稳定承载力比较如表3所示。

表3 H350×350×10×16立柱模型稳定性增强前后立柱承载力比较

对比实施例31～34立柱稳定承载力，在考虑同样幅度缺陷的情况下，本发明的立柱稳定性增强方法对立柱稳定性的增强有显著作用。在横向荷载较小的情况下立柱轴压承载力至少提高了37％；在横向荷载较大的情况下至少提高了42％。同时，考察比较实施例组32、33、34，实施例组38、41、44和实施例组39、42、45以及实施例组40、43、46，在稳定性增强后模型立柱的高压应力区构造初始缺陷的立柱承载力小于在稳定性增强前模型立柱的高压应力区构造初始弯扭缺陷的立柱承载力，同时，加固板的鼓曲缺陷对立柱轴压承载力的影响较小。因此，在该规格截面立柱模型的后续分析中，仅计算比较在加固后模型新的高压应力区构造前半部分截面初始弯扭缺陷得到的立柱稳定性增强后的结构稳定承载力。

将实施例2-15、17-30、32-46采取稳定性增强构造措施后的立柱轴压阶段稳定承载力分别与实施例1、16、31的立柱稳定性增强前的稳定承载力进行对比，在考虑同样幅度缺陷的前提下，可以得出本发明的立柱稳定性增强构造措施对立柱稳定性有明显提高。实际工程中，当对立柱顶部区域布置加固钢板后会有效限制立柱截面的初始弯扭变形，因此采取稳定性增强措施后立柱的初始几何缺陷幅值一般是会明显减小的，本发明计算稳定性增强方法的效果时取了同样的缺陷幅值，是偏于保守的，实际的稳定承载力增大效果会比上述实施例计算对比反映的更为显著。

考察比较实施例组1、3、5、6和实施例组16、18、20、21以及实施例组31、33、35、36、37，加固钢板厚度对立柱稳定承载力的影响关系分别如附图5-7所示，为便于理解，附图中的加固钢板厚度采用了绝对值，与表中采用的相对值在数值上相同。计算结果表明，加固板厚度对立柱轴压稳定承载力影响较小，当加固板厚度超过0.5倍立柱翼缘厚度时，再增大加固钢板壁厚，不同几何尺寸结构中立柱的稳定承载力都几乎不再增大。为了提高稳定性增强效果，且保证加固钢板的局部稳定性，同时考虑加固钢板与立柱前翼缘在焊接连接时的方便，因此本发明中对加固钢板厚度取与立柱前翼缘等厚。

考察比较实施例组1、3、10～12和实施例组16、18、25～27以及实施例组31、33、41～43，加固钢板宽度对立柱轴压稳定承载力的影响关系分别如附图8-10所示。在本发明中，加固钢板的最大宽度为立柱截面不受墙板加劲肋约束的自由高度，即立柱前翼缘到墙板加劲肋边缘的距离。由表1～3中模型的计算结果可知，同样几何尺寸同样缺陷形式的结构，立柱的稳定承载力随加固板宽度的增大而提高。因此上述计算结果比较分析表明，当加固板宽达到立柱截面不受墙板加劲肋约束的自由高度时，不同几何尺寸结构中立柱的稳定承载力增强效果最好。如果要进一步加大加固钢板宽度，则加固钢板与上、下连接板的连接焊缝和墙板加劲肋与连接板之间的连接焊缝会重叠，将严重降低焊接质量。因此，考虑对于立柱稳定性增强措施的效果最大化，且加固钢板与上、下连接板焊接质量有保证，因此本发明中对加固钢板宽度取立柱截面自由高度(即立柱截面前翼缘边缘至墙板加劲肋边缘的水平距离)。

需要注意的是，由于初始缺陷的存在，加固钢板并非平直板件，在加载后期会有明显的局部失稳发生，但在局部失稳发生后，立柱承载力可以继续明显增加，表明可以利用加固钢板的屈曲后强度。因此，不需要按照《钢结构设计标准》中规定的压弯构件翼缘的要求限制加固钢板宽厚比。

综上所述：在立柱的稳定性增强构造方法中，当加固钢板厚度为立柱前翼缘厚度，加固钢板宽度为立柱截面自由高度(即立柱截面前翼缘边缘至墙板加劲肋边缘的水平距离)，立柱稳定性增强效果明显且施工便利。

实施例47：

模型尺寸如下：t为5mm，w为4030mm，s为1040mm，横向支撑间距为l＝2s，立柱总高度H为17060mm，立柱截面为H294×200×8×12。

在不同的荷载作用下，立柱的高压应力区出现在第一个加劲肋区间，因此在稳定性增强后立柱的新高压应力区构造立柱前半部分截面的初始弯扭缺陷，缺陷幅值为立柱横向支撑间距的1/1000。计算立柱在横向荷载为3000Pa和9000Pa时的承载力，得到立柱稳定性增强前的稳定承载力如表4所示。

实施例48：

对实施例47中的立柱模拟采取稳定性增强构造措施，t_s为立柱前翼缘厚度的1.0倍，b_s为立柱截面自由高度，加固区间为第一个加劲肋区间。构造初始缺陷后得到立柱稳定性增强后的稳定承载力如表4所示。

实施例49：

对实施例47中的立柱模拟采取稳定性增强构造措施，t_s为立柱前翼缘厚度的1.0倍，b_s为立柱截面自由高度，加固区间为第一、二个加劲肋区间。构造初始缺陷后得到立柱稳定性增强后的稳定承载力如表4所示。

表4 l＝2s时不同加固区间布置方案立柱承载力比较

对比实施例47和实施例48，可以得到当横向支撑间距为两个加劲肋区间时，仅对第一个加劲肋区间采取稳定性增强措施，立柱的轴压稳定承载力在横向荷载较小的情况下提高39％，；在横向荷载较大的情况下提高了29％。对比实施例49和实施例48，加固钢板布置在第一、二个加劲肋区间比仅布置在第一个加劲肋区间立柱的轴压稳定承载力提高不明显，横向荷载较小的情况下提高5％；在横向荷载较大的情况下提高了6％。考察实施例47～49，发现立柱上的高压应力区域与最终发生失稳的区域均一致，均在顶部第一个加劲肋区间，因此当横向支撑间距为两个加劲肋区间时，仅需加固第一个加劲肋区间。

实施例50：

实施例50相对于实施例3(横向支撑间距l＝3s)仅改变加固钢板布置区间，由第一个加劲肋区间变为第一、二两个加劲肋区间，得到立柱稳定性增强后的稳定承载力，如表5所示。

表5 l＝3s时不同加固区间布置方案立柱承载力比较

当横向支撑间距为三个加劲肋区间时，立柱上的高压应力区域以及最终的失稳区域可能位于第一个加劲肋区间底部和第二个加劲肋区间顶部，即可能跨越两个加劲肋区间。对比实施例1和实施例3，当不采取稳定性增强构造措施的情况下立柱失稳发生在第一个加劲肋区间；当对第一个加劲肋区间采取稳定性增强措施时，失稳发生在第二个加劲肋区间顶部。此时，在横向荷载较小的情况下，立柱的稳定承载力提升26％；在横向荷载较大的情况下，立柱的稳定承载力提升了11％。对比实施例50和实施例3，在横向荷载较小的情况下，增强两个加劲肋区间比增强一个加劲肋区间稳定承载力提高了19％；在横向荷载较大的情况下，增强两个加劲肋区间比增强一个加劲肋区间稳定承载力提高了52％，承载力显著提高。综上所述，偏于保守地，当横向支撑间距等于三个加劲肋区间时，应对第一、二个加劲肋区间范围内采取稳定性增强措施。

实施例51：

实施例51相对于实施例18(横向支撑间距l＝5s)仅改变加固钢板布置区间，由第一、二个加劲肋区间变为第一个加劲肋区间，得到立柱稳定性增强后的稳定承载力，如表6所示。

实施例52：

实施例52相对于实施例18(横向支撑间距l＝5s)仅改变加固钢板布置区间，由第一、二个加劲肋区间变为第一、二、三个加劲肋区间，得到立柱稳定性增强后的稳定承载力，如表6所示。

表6 l＝5s时不同加固区间布置方案立柱承载力比较

当横向支撑间距为五个加劲肋区间时，不采取稳定性增强措施时立柱的高压应力区与最终失稳区域均在第二个加劲肋区间顶部。对比实施例51和实施例16，在横向荷载较小的情况下，立柱的高压应力区域及失稳区域一般发生在第一个加劲肋区间底部，因此仅增强第一个加劲肋区间，立柱的稳定承载力提高了12％；但在横向荷载较大的情况下，仅增强一个加劲肋区间时立柱的高压应力区与失稳区域发生在第二个加劲肋区间顶部，因此对立柱的稳定承载力无明显提高。对比实施例18和实施例16，在第一、二个加劲肋区间采取稳定性增强措施时，立柱的稳定承载力在横向荷载较小和较大的情况下分别提高了38％和21％，立柱的稳定承载力提高显著。对比实施例52和实施例18，对第一、二、三个加劲肋区间采用稳定性增强措施时立柱的稳定承载力较仅对第一、二个加劲肋区间采取稳定性增强措施的情况仍有显著提高，在横向荷载较小的情况下提高了14％，横向荷载较大的情况下提高了47％。因为仅在第一、二个加劲肋区间采取稳定性增强措施时，立柱的高压应力区转移到第三个加劲肋区间，失稳一般发生在第三个加劲肋区间顶部，此时第三道加劲肋顶部高度位置立柱截面同第一、二个加劲肋区间立柱截面前半部分均已大部分屈服，而对第一、二、三个加劲肋区间采取稳定性增强措施的立柱的失稳仍旧发生在第三个加劲肋区间。同时，对这一组l＝5s的实施例研究表明，不论横向荷载水平，稳定性增强前、后立柱高压应力区域不会出现在顶部第四个加劲肋区间，因此可以推断，没有必要对顶部第四个加劲肋区间布置加固钢板了，本发明中设定横向支撑间距为五个加劲肋区间时，需在第一、二、三共三个加劲肋区间范围内采取稳定性增强措施。

实施例53：

模型尺寸如下：t为5mm，w为4030mm，s为1040mm，横向支撑间距为l＝6s，立柱总高度H为17060mm，立柱截面为H294×200×8×12。

在荷载较小的情况下下，立柱的高压应力区出现在第一个加劲肋底部以及第二个加劲肋顶部区间；在横向荷载较大的情况下，立柱的高压应力区出现在第一个加劲肋底部到第三个加劲肋顶部区间，分别在立柱的高压应力区构造初始弯扭变形。计算立柱在横向荷载为3000Pa和9000Pa时的承载力，得到立柱稳定性增强前的稳定承载力如表7所示。

实施例54：

对实施例53中的立柱采取稳定性增强措施，t_s为立柱前翼缘厚度的1.0倍，b_s为立柱截面自由高度。在第一、二个加劲肋区间采取稳定性增强措施。得到立柱稳定性增强后的稳定承载力如表7所示。

实施例55：

对实施例53中的立柱采取稳定性增强措施，t_s为立柱前翼缘厚度的1.0倍，b_s为立柱截面自由高度。在第一、二、三个加劲肋区间同时采取稳定性增强措施。得到立柱稳定性增强后的稳定承载力如表7所示。

实施例56：

实施例56相对于实施例33(横向支撑间距l＝6s)仅改变加固钢板布置区间，由第一、二、三个加劲肋区间变为第一个加劲肋区间，得到立柱稳定性增强后的稳定承载力，如表7所示。

实施例57：

实施例57相对于实施例33(横向支撑间距l＝6s)仅改变加固钢板布置区间，由第一、二、三个加劲肋区间变为第一、二个加劲肋区间，得到立柱稳定性增强后的稳定承载力，如表7所示。

表7 l＝6s时不同加固区间布置方案立柱承载力比较

对比实施例53、54以及实施例16、56、57，可以得到当横向支撑间距为六个加劲肋区间时，在横向荷载较小的情况下，不采取稳定性增强措施时，立柱的高压应力区与失稳区域一般出现在第二个加劲肋区间，因此加固钢板仅布置在第一、二个加劲肋区间，立柱的稳定承载力提高了19％。但当横向荷载较大时，不采取稳定性增强措施时立柱的高压应力区与失稳区域均在第二个加劲肋区间底部以及第三个加劲肋区间顶部，因此仅对第一、二个加劲肋区间采取稳定性增强措施，立柱的稳定承载力的提高不明显，实施例54较实施例53立柱的稳定承载力提高了15％，而实施例57较实施例56立柱的稳定承载力提高了8％。对比实施例54、55以及实施例33、57，可以得到在横向荷载较小的情况下，增强第一、二、三个加劲肋区间较增强第一、二个加劲肋区间立柱的稳定承载力提高显著，实施例55较实施例54立柱的稳定承载力提高了29％，实施例33较实施例57立柱的稳定承载力提高了15％；在横向荷载较大的情况下，实施例55较实施例54立柱的稳定承载力提高了38％，实施例33较实施例57立柱的稳定承载力提高了30％。此外，对上述l＝6s的算例研究表明，不论横向荷载水平，稳定性增强前、后立柱高压应力区域不会出现在顶部第四个加劲肋区间，因此可以推断，没有必要对顶部第四个加劲肋区间布置加固钢板了。因此在横向支撑间距为六个加劲肋区间时，有必要对第一、二、三个加劲肋区间范围内的立柱进行增强。

综上所述：当立柱横向支撑间距小于三个加劲肋区间时，加固钢板仅在顶部第一个加劲肋区间布置；当横向支撑间距大于等于三个且小于五个加劲肋区间时，加固钢板在顶部第一、二两个加劲肋区间布置；当横向支撑间距大于等于五个加劲肋区间时，加固钢板在顶部第一、二、三共三个加劲肋区间布置。

实施例58：

一除尘器箱体结构，箱体墙板厚度t为5mm，墙板宽度w为3500mm，角钢加劲肋间距s为1170mm，横向支撑间距为l＝3s，立柱总高度H为11990mm。设计荷载情况为：横向均布荷载设计值为3000Pa，柱顶轴向压力设计值为950kN。

如果不采取任何稳定性增强措施，设计中间立柱截面尺寸为H200×150×6×9。

由ANSYS有限元程序计算可得，在结构不采用任何稳定性增强方法且考虑立柱在其高压应力区构造前半部分截面初始弯扭缺陷时，立柱的轴压稳定承载力为P_c,cr＝980kN>950kN，其立柱轴压稳定承载力满足安全性要求。

实施例59：

实施例59相对于实施例58仅改变中间立柱截面大小，考虑到工程实际情况，立柱截面不宜过小，因此设计中间立柱截面为H180×120×6×9，根据本发明在第一、二个加劲肋区间采取稳定性增强措施。

由ANSYS有限元程序计算可得，在结构立柱高压应力区构造前半部分截面初始弯扭缺陷时，立柱的轴压稳定承载能力为P_c,cr＝1200kN>950kN，其立柱轴压稳定承载力满足设计要求且有较大安全裕量。

对比实施例58和实施例59，在同样设计荷载下，采用本发明所述的稳定性增强措施，可以有效减小立柱截面尺寸，实施例58中间立柱的用钢量约为30.6kg/m，实施例59考虑了加固钢板耗材后的中间立柱的用钢量约为27.6kg/m，减少了材料用量9.8％，提高了材料利用率。

实施例60：

一除尘器箱体结构，箱体墙板厚度t为5mm，墙板宽度w为4030mm，角钢加劲肋间距s为1040mm，横向支撑间距为l＝5s，立柱总高度H为17060mm。设计荷载情况为：横向均布荷载设计值为9000Pa，柱顶轴向压力设计值为1350kN。

如果不采取任何稳定性增强措施，设计中间立柱截面尺寸为H294×200×8×12。

由ANSYS有限元程序计算可得，在结构不采用任何稳定性增强方法且考虑立柱在其高压应力区构造前半部分截面初始弯扭缺陷时，立柱的轴压稳定承载力为P_c,cr＝1463kN>1350kN，其立柱轴压稳定承载力满足设计要求。

实施例61：

实施例61相对于实施例60仅改变中间立柱截面大小，设计中间立柱截面为H250×180×8×10，根据本发明在第一、二、三共三个加劲肋区间采取稳定性增强措施。

由ANSYS有限元程序计算可得，在结构立柱高压应力区构造前半部分截面初始弯扭缺陷时，立柱的轴压稳定承载能力为P_c,cr＝1842kN>1350kN，其立柱轴压稳定承载力满足设计要求且有较大安全裕量。

对比实施例60和实施例61，在同样设计荷载下，采用本发明所述的稳定性增强措施，可以有效减小立柱截面尺寸。实施例60中间立柱的用钢量约为56.1kg/m，实施例61考虑了加固钢板耗材后的中间立柱的用钢量约为47.5kg/m，减少了材料用量15.3％，提高了材料利用率。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (4)

1.一种提高除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构体系H形截面立柱稳定性的方法，其特征在于，当H形截面立柱为H形截面中间立柱时，所述方法为在H形截面中间立柱的前翼缘两侧边缘分别焊接垂直于前翼缘的矩形加固钢板；所述加固钢板位于前翼缘与后翼缘之间且所述加固钢板的上下两边分别焊接在上下相邻的两块连接板上；

或者，当H形截面立柱为H形截面边缘立柱时，所述方法为在H形截面边缘立柱的前翼缘靠近H形截面中间立柱的一侧边缘焊接垂直于前翼缘的矩形加固钢板；所述加固钢板位于前翼缘与后翼缘之间且所述加固钢板的上下两边分别焊接在上下相邻的两块连接板上；所述加固钢板在H形截面中间立柱的腹板两侧对称布置；所述加固钢板的厚度等于前翼缘板壁厚；所述加固钢板的宽度等于前翼缘与加劲肋之间的水平距离；所述加固钢板的高度等于上下相邻两块连接板之间的垂直距离。

2.如权利要求1所述的一种提高除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构体系H形截面立柱稳定性的方法，其特征在于，所述加固钢板沿立柱高度方向的布置区间为：

当H形截面立柱的横向支撑间距小于三个加劲肋区间时，加固钢板仅在除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构体系顶部的第一个加劲肋区间布置；

或者，当H形截面立柱的横向支撑间距大于等于三个且小于五个加劲肋区间时，加固钢板在除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构体系顶部的第一、二两个加劲肋区间布置；

或者，当H形截面立柱的横向支撑间距大于等于五个加劲肋区间时，加固钢板在除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构体系顶部的第一、二、三共三个加劲肋区间布置。

3.权利要求1-2任一所述的方法在提高除尘器箱体加劲墙板-H形截面立柱结构体系H形截面立柱稳定性中的应用。

4.一种除尘器箱体，其特征在于，所述除尘器箱体的加劲墙板-H形截面立柱结构体系的H形截面立柱上设有矩形加固钢板；

当H形截面立柱为H形截面中间立柱时，所述矩形加固钢板焊接在H形截面中间立柱的前翼缘两侧边缘，所述矩形加固钢板垂直于前翼缘，所述加固钢板位于前翼缘与后翼缘之间，且所述加固钢板的上下两边分别焊接在上下相邻的两块连接板上；

或者，当H形截面立柱为H形截面边缘立柱时，所述矩形加固钢板焊接在H形截面边缘立柱的前翼缘靠近H形截面中间立柱的一侧边缘，所述矩形加固钢板垂直于前翼缘，所述加固钢板位于前翼缘与后翼缘之间，且所述加固钢板的上下两边分别焊接在上下相邻的两块连接板上；所述加固钢板在H形截面中间立柱的腹板两侧对称布置；所述加固钢板的厚度等于前翼缘板壁厚；所述加固钢板的宽度等于前翼缘与加劲肋之间的水平距离；所述加固钢板的高度等于上下相邻两块连接板之间的垂直距离。

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