電站鍋爐大板梁分層分段拼接設(shè)計(jì)

高志強(qiáng)

摘 ?要：電站中使用的鍋爐需要有相對(duì)比較大的容量，安裝過(guò)程比較復(fù)雜，在鋼結(jié)構(gòu)的鍋爐中，大板梁主要發(fā)揮出承重的作用，在設(shè)計(jì)這種鍋爐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)當(dāng)關(guān)注結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力特點(diǎn)，綜合考慮吊裝條件與交通運(yùn)輸需求，合理鍋爐設(shè)計(jì)，確保鍋爐實(shí)際安裝工作的安全性。不少設(shè)計(jì)者會(huì)通過(guò)分段分層拼接的設(shè)計(jì)方法來(lái)有效設(shè)計(jì)電站內(nèi)部的鍋爐裝置，現(xiàn)分析具體設(shè)計(jì)事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：電站鍋爐;大板梁;分層分段;拼接設(shè)計(jì)

電站使用的鍋爐具有發(fā)電的基本功能，其容量比較大，安裝鍋爐的基本構(gòu)件時(shí)應(yīng)當(dāng)注意安全問(wèn)題，設(shè)計(jì)者也要確保安裝設(shè)計(jì)方案的可行性?；诖笕萘垮仩t的使用需求，設(shè)計(jì)者可設(shè)計(jì)出全懸吊式鋼結(jié)構(gòu)的鍋爐，合理安排大板梁是鍋爐受力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)任務(wù)，如果大板梁的受力性能產(chǎn)生問(wèn)題，鍋爐也無(wú)法被安全使用，現(xiàn)結(jié)合電站鍋爐的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，分析如何通過(guò)分段分層的方法設(shè)計(jì)大板梁。

1拼接設(shè)計(jì)方案

1.1大板梁安裝工作概述

大板梁在大容量型鍋爐中主要發(fā)揮受力支撐的作用，是鍋爐的承力系統(tǒng)中不能缺失的重要構(gòu)件，在全懸吊式鍋爐系統(tǒng)中，大板梁更是處于不可或缺的位置，如果想要電站中安全地展開(kāi)鍋爐發(fā)電生產(chǎn)活動(dòng)，必須先完成安裝鍋爐的基本任務(wù)，確保大板梁的穩(wěn)定性與強(qiáng)度都可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化大板梁構(gòu)件時(shí)，必須清晰掌握其傳力路徑，由于鍋爐被以懸吊的方式固定到電站的鋼結(jié)構(gòu)上，頂板梁格部位必須保持穩(wěn)定，次梁與吊桿等直接受力的構(gòu)件會(huì)對(duì)荷載進(jìn)行傳遞，大板梁需接收荷載，而后將其傳送給鍋爐所用的構(gòu)架系統(tǒng)中。根據(jù)對(duì)電站常用大型鍋爐的認(rèn)識(shí)可以確定，其跨度、截面高度與需要承受的荷載都已經(jīng)超出了普通鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的常見(jiàn)指標(biāo)，設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)時(shí)，需注重經(jīng)濟(jì)性與可靠性兩個(gè)方面的設(shè)計(jì)優(yōu)化需要。

大板本身具有比較大的自重與結(jié)構(gòu)尺寸，吊裝施工條件與構(gòu)件運(yùn)輸工作會(huì)給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作帶去影響，落實(shí)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，很難使用一體化的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)者可將分塊、分層以及分段設(shè)計(jì)方法結(jié)合使用，妥善的安置具有超長(zhǎng)與超高特點(diǎn)的大板梁構(gòu)件，在施工現(xiàn)場(chǎng)加工安裝各處結(jié)構(gòu)構(gòu)件，除了需要精準(zhǔn)選取梁分段點(diǎn)之外，還需針對(duì)拼接節(jié)點(diǎn)的情況來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算工作，確定螺栓節(jié)點(diǎn)部位的受力特點(diǎn)，合理地安排拼接螺栓的工作。

1.2分段分層拼接方案設(shè)計(jì)

當(dāng)梁的跨度超過(guò)30m時(shí)應(yīng)沿梁長(zhǎng)方向分段制作，每個(gè)梁段長(zhǎng)度不宜超過(guò)24m。為避免現(xiàn)場(chǎng)焊接，大板梁分段也采用高強(qiáng)度螺栓現(xiàn)場(chǎng)拼接。翼緣拼接應(yīng)采用蓋板連接，腹板拼接可采用蓋板或端板連接;根據(jù)上下層梁的分段接頭是否在同一截面，可分為同位拼接或錯(cuò)位拼接。

為保證拼接大板梁的安全性，螺栓拼接設(shè)計(jì)應(yīng)依據(jù)現(xiàn)行GB50017 -2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》當(dāng)中螺栓連接的相關(guān)規(guī)定。具體設(shè)計(jì)方法根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)手冊(cè)》梁與梁拼接連接設(shè)計(jì)方法，選用精確計(jì)算設(shè)計(jì)法或等強(qiáng)度設(shè)計(jì)法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

精確計(jì)算方法：精確計(jì)算設(shè)計(jì)法是以螺栓連接承載力大于連接位置處內(nèi)力為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。對(duì)于大板梁縱向分層拼接，通過(guò)上下層梁疊合處螺栓拼接承擔(dān)該位置處全部剪力;對(duì)于橫向分段拼接，被連接的上層梁或下層梁以翼緣和腹板承擔(dān)作用于各自拼接連接處的彎矩M，即以梁翼緣承擔(dān)作用于翼緣彎矩Mflange，腹板同時(shí)承擔(dān)作用于腹板彎矩Mweb和截面全部剪力V來(lái)進(jìn)行拼接連接的設(shè)計(jì)。

等強(qiáng)計(jì)算也是大板梁設(shè)計(jì)過(guò)程中存有一定難度的設(shè)計(jì)任務(wù)，在設(shè)計(jì)時(shí)，必須掌握被連接處截面面積與螺栓承載力等參數(shù)信息。大板梁具有比較大內(nèi)力與幾何尺寸，拼接區(qū)域的螺栓使用數(shù)量比較多，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，必須關(guān)注螺栓承載力折減的情況。從按塑性設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)兩個(gè)方面來(lái)保障結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，板件的截面面積會(huì)影響到節(jié)點(diǎn)的連接情況，考慮到強(qiáng)度設(shè)計(jì)條件，設(shè)計(jì)者需通過(guò)合理的設(shè)計(jì)行為來(lái)使構(gòu)件保持良好的連續(xù)性。大板梁屬于簡(jiǎn)支梁，選用的設(shè)計(jì)手段為彈性設(shè)計(jì)方法，因此不需要對(duì)抗震耗能情況做過(guò)多考慮，主要需要注意滿足經(jīng)濟(jì)性與受力方面的設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)確保落實(shí)精準(zhǔn)計(jì)算的工作。

2實(shí)例展示

2.1縱向分層拼接設(shè)計(jì)

根據(jù)大板梁的具體受力情況，來(lái)確定縱向分層設(shè)計(jì)工作，應(yīng)當(dāng)順延截面部位，在其二分之一處進(jìn)行分層，將其劃分成上下兩層橫截面中性軸位部位比較特殊，彎曲應(yīng)力數(shù)值為0，只有剪應(yīng)力能夠?qū)ζ湫纬捎绊懀渌恢门c該位置的剪應(yīng)力存在一致性。啟用分層設(shè)計(jì)方案后，需對(duì)次梁的安裝位置進(jìn)行考慮，可將次梁安裝到疊合面的上方區(qū)域，避免使疊合面受到直接影響。

展開(kāi)拼接工作時(shí)，應(yīng)當(dāng)通過(guò)端板構(gòu)件來(lái)完成拼接任務(wù)，在下層梁的頂端位置與上層梁的底部位置有效焊接疊合板，形成疊合面建立之后，拼接端板的工作也能夠被簡(jiǎn)化，構(gòu)件安裝過(guò)程中受到的阻礙也逐漸減少。上層梁部位的構(gòu)件拼裝工作也變得更加便捷。

橫向分段拼接位置應(yīng)在彎矩和剪力均較小的截面處，以保障拼接節(jié)點(diǎn)的安全性并降低螺栓用量，且應(yīng)考慮運(yùn)輸要求和次梁和橫向加勁肋布置。下層梁分段拼接下層梁分段位置確定在梁長(zhǎng)度方向約1/3處，距離梁端13.60m。斷開(kāi)處翼緣和腹板均采用蓋板連接，主要考慮下層梁以受拉為主，如果采用蓋板連接，會(huì)使螺栓收到很大的拉力作用，影響螺栓的預(yù)拉力值，要求螺栓連接具有極高的可靠性;如果采用蓋板連接，螺栓群受剪，受力明確。下層梁分段拼接上層梁截面受力狀態(tài)與下層梁相反，主要受彎曲壓應(yīng)力，可選擇跨中截面和跨度三分之一截面兩種方案，但是本文推薦段位置選擇在上層梁跨中截面，分為22.33m長(zhǎng)的兩段，斷開(kāi)處連接方案選擇端板連接方式，即上層梁分段處兩側(cè)翼緣和腹板均與端板焊接，兩塊端板通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接。原因是上層梁主要以受壓為主，且跨中截面剪力為0，不僅合內(nèi)力較小，而且采用端板連接可以增加受壓接觸面，降低對(duì)連接的要求。

2.2螺栓拼接設(shè)計(jì)

以剪應(yīng)力相同范圍分段，疊合面拼接設(shè)計(jì)按照每段實(shí)際內(nèi)力進(jìn)行螺栓拼接設(shè)計(jì)。由于疊合面分段長(zhǎng)度較長(zhǎng)，設(shè)計(jì)中參照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)長(zhǎng)接頭螺栓承載力折減系數(shù)，對(duì)螺栓抗剪承載力進(jìn)行折減。設(shè)計(jì)布置共1248個(gè)螺栓，在腹板單側(cè)各布置兩排螺栓，每排312個(gè)。疊合面厚度為30mm，寬度為550mm;螺栓橫向間距為80mm，不同分段處根據(jù)螺栓數(shù)量不同，螺栓縱向間距不同，但均滿足規(guī)范容許間距的要求。上層梁采用端板連接方式，端板代替跨中穩(wěn)定加勁肋，并主要通過(guò)端板傳遞壓應(yīng)力，因此僅按照構(gòu)造要求布置螺栓，在滿足最大容許間距的情況下，盡可能減少螺栓數(shù)量。由于上下層梁疊合面處剪應(yīng)力呈階梯狀連續(xù)變化，建議按照每段實(shí)際內(nèi)力進(jìn)行螺栓拼接設(shè)計(jì)。

3結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)拼接的方式來(lái)設(shè)計(jì)大板梁，可以使大板梁保持更強(qiáng)的受力性能，利用螺栓展開(kāi)拼接工作時(shí)，應(yīng)當(dāng)關(guān)注特殊區(qū)域的拼接處理工作，可以根據(jù)電站鍋爐所處的位置設(shè)計(jì)多個(gè)拼接方案，選出安全性與可行性都比較強(qiáng)的方案。設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，需要考慮到塑性設(shè)計(jì)需求與抗震設(shè)計(jì)需求，精確處理大板梁的節(jié)點(diǎn)部位，盡量控制螺栓的使用數(shù)量，節(jié)省電站鍋爐的安裝成本，簡(jiǎn)化大板梁的安裝過(guò)程。

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