除尘器箱体立柱在横向荷载作用下的抗剪强度计算方法技术

本发明专利技术公开了一种除尘器箱体立柱在横向荷载作用下的抗剪强度计算方法，属于结构技术领域。该方法包括：将上、下相邻加劲肋和左、右两侧立柱围成的墙板区格作为一块四边简支受横向均布荷载作用的独立工作弹性板，求解边界横向反力；将各区格墙板边界横向反力反向作用到立柱，立柱作为一独立工作的等截面多跨连续梁求解其截面剪力计算立柱截面上最大剪应力，完成立柱抗剪强度验算。该方法通过本发明专利技术提出的计算公式和计算表格可直接求得除尘器箱体墙板受横向荷载作用时立柱最大剪力值，取立柱H形截面为受剪截面，依据公式可方便地进行截面抗剪强度计算，计算出的抗剪强度准确性高，较目前通行的工程简化计算方法更为准确可靠。

【技术实现步骤摘要】
除尘器箱体立柱在横向荷载作用下的抗剪强度计算方法
本专利技术涉及一种除尘器箱体(亦可称壳体)立柱在横向荷载作用下的抗剪强度计算方法，属于结构

技术介绍
除尘器是广泛应用于火电、冶金、化工和建材等行业中以消除烟尘的主力环保装备，箱体是其中最重要的工艺部件。当箱体围护结构采用带加劲肋的平直钢板墙板—H形(或工字形)截面立柱结构体系时，H形截面立柱一侧翼缘与钢板墙板连续焊接连接，形成受力整体。箱体墙板主要直接承受由于内外温差而形成的空气负压(由外向内作用)和风荷载等横向荷载，由于立柱是墙板两侧的支承边界，这部分荷载会传递到立柱，使得立柱承担横向荷载。横向荷载时箱体立柱抗剪强度计算方法与跨度、墙板宽度、加劲肋间距以及施加到墙板上的均布面荷载有关；所以对于除尘器箱体支承立柱进行结构设计时，需要有准确可靠的箱体墙板上直接作用横向荷载时箱体立柱抗剪强度计算方法。目前，工程设计中常用的立柱抗剪强度简化计算方法为：偏于简单和保守地将墙板视作均匀同性的单向受力板，其所受横向荷载均匀分配到相邻两侧立柱上，将立柱视作一有跨间支承的受均布线荷载的独立工作等截面多跨连续梁，其最大剪力Vs可根据线弹性结构力学方法得到。该简化计算方法传力机制不够准确，除尘器箱体墙板并非单向传力板，应考虑墙板上加劲肋的传力作用，因此这种工程简化计算方法会造成计算剪力过大，对与计算得到的剪力过大会导致在设计时会使墙板宽度过大，进而会造成浪费。鉴于以往计算方法的准确度不够，本专利技术对除尘器箱体立柱在横向荷载作用下的抗剪强度提出了一种更为准确可靠和考虑全面的计算方法。
技术实现思路
本专利技术目的是针对现有除尘器箱体立柱在横向荷载作用下抗剪强度的工程简化计算方法存在的不足，提出一种受力模型更合理、结果准确度更高的抗剪强度计算方法，可以一定程度上优化立柱截面设计。本专利技术在推导形成过程中，依据实际工程的除尘器构造，适用范围涵盖了小、中、大型除尘器的几何尺寸。一种除尘器箱体或壳体立柱在横向荷载作用下的抗剪强度计算方法；其步骤为：第一步，不考虑墙板与立柱的协同工作，将上、下相邻加劲肋和左、右两侧立柱围成的墙板区格作为一块四边简支受横向均布荷载作用的独立工作弹性板，求解边界横向反力；第二步，将各区格墙板边界横向反力反向作用到立柱，立柱作为一独立工作的等截面多跨连续梁求解其截面剪力；第三步，不考虑墙板与立柱协同受力的作用，计算立柱截面上最大剪应力，完成立柱抗剪强度验算。在一种实施方式中，所述的除尘器箱体或壳体其结构为：除尘器箱体墙板为带有加劲肋的钢板，墙板上作用横向均布荷载，所述的横向是垂直于墙板方向，墙板与立柱一侧翼缘连续焊接连接，立柱为轧制H型钢或轧制I型钢或焊接H形截面，除尘器箱体内部对于立柱布置等间距的垂直墙板方向支撑。在一种实施方式中，所述的上、下相邻加劲肋和左、右两侧立柱围成的墙板区格作为一块四边简支受横向均布荷载作用的独立工作弹性板，该墙板区格向左侧或者右侧立柱传递非均匀分布横向荷载qc；该墙板区格向上侧或下侧加劲肋边界传递横向荷载的合力为Fs，该墙板区格向板件四个角点传递的横向集中力为-Fc，该墙板区格通过上侧或者下侧的角钢加劲肋向左侧或者右侧的立柱传递集中力为F＝Fs/2-Fc。在一种实施方式中，除尘器箱体墙板受横向荷载作用时立柱最大剪力发生在立柱顶部第一道跨间支撑处截面，中间立柱最大剪力Vtm可以按照下式计算，边缘立柱最大剪力Vte＝Vtm/2：Vtm＝β[(n×a)·Pb](1)式中，n为一跨立柱范围内的墙板区格数量；a为墙板上加劲肋的间距，单位为：mm；b为相邻立柱间墙板的宽度，单位为：mm；P为横向均布荷载值(由负压和风荷载等组成)，单位为：N/mm2；β为立柱截面最大剪力的计算系数，见表1～表5：表1两跨立柱截面最大剪力计算系数表2三跨立柱截面最大剪力计算系数表3四跨立柱截面最大剪力计算系数表4五跨立柱截面最大剪力计算系数表5六跨立柱截面最大剪力计算系数在一种实施方式中，利用中间立柱控制截面最大弯矩Mt，对于一跨范围内对应n个墙板区格的柱段，受到两侧墙板向立柱直接传递的非均匀分布荷载2qc和在其加劲肋与立柱连接点位置向立柱传递的集中力4F作用，推导得到中间立柱在横向荷载作用下顶部第一道跨间支承位置最大剪力理论计算公式为：在一种实施方式中，中间立柱截面最大剪力表达式改写为：式中，l为立柱一跨长度，单位为：mm；i为中间过程系数(i＝0,1,2,3,4,5,6……)；x为分布荷载计算微元段到计算截面的距离，公式(3)能够方便编制计算机程序对剪力进行数值计算。在一种实施方式中，本专利技术在计算得到立柱截面最大剪力后，不考虑墙板的抗剪作用，最大剪应力按照H形截面(或I形截面)立柱独立承担计算，利用立柱控制截面最大剪力Vt，当立柱为中间立柱时所述的Vt为Vtm，当立柱为边缘立柱时所述的Vt为Vte，立柱截面最大剪应力τt可以利用以下公式求得；ζ为立柱剪应力修正系数，取值为1.1。式中，Smax为立柱H形截面(或I形截面)的最大面积矩，单位为：mm3；Iy为立柱H形截面(或I形截面)的惯性矩，单位为：mm4；t1为H形截面(或I形截面)立柱的腹板厚度，单位为：mm。在一种实施方式中，利用边缘立柱控制截面最大弯矩Mt/2，对于一跨范围内对应n个墙板区格的边缘立柱柱段，受到仅一侧墙板向立柱直接传递的非均匀分布荷载qc和在其加劲肋与立柱连接点位置向立柱传递的集中力2F作用，边缘立柱在横向荷载作用下顶部第一道跨间支承位置最大剪力理论计算公式为：其中，l为一跨立柱的长度，单位为：mm；x为分布荷载计算微元段到计算截面的距离。在一种实施方式中，边缘立柱在横向荷载作用下顶部第一道跨间支承位置最大剪力计算公式为：其中，i为中间过程系数，其中i＝0,1,2,3,4,5,6……，公式(19)能够方便编制计算机程序对剪力进行数值计算。借助以上技术方案，本专利技术的有益效果为：1、准确性高，考虑因素全面：考虑墙板上加劲肋的传力作用，传力机制更加准确；较目前通行的工程简化计算方法更为准确可靠。2、使用方便：根据本专利技术提出的计算公式和计算表格可直接求得除尘器箱体墙板受横向荷载作用时中间立柱最大剪力值，取立柱H形截面为受剪截面，依据公式(4)可方便准确地进行截面抗剪强度计算。附图说明图1为本专利技术的结构模型与位移坐标系。图2为本专利技术中四边简支板边界反力分布及坐标系图。图3为本专利技术中横向荷载传递机制示意图。图4为本专利技术中立柱受到一侧墙板传递的横向荷载作用时受力简图。图5为本专利技术中阶数上限m’取不同值时各项荷载结果比较。图6为本专利技术中中间立柱最大剪力计算受力简图。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施例，对本专利技术中的技术方案进行完整详细的描述，以进一步说明本专利技术的技术方案特征及其形成过程。可以理解的是，此处所描述的实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。计算墙板所受横向荷载分配传递至立柱后引起的立柱最大剪力。除尘器箱体墙板-立柱结构体系如附图1所示。除尘器箱体墙板直接承受横向均布荷载P作用，横向荷载会分配传递到墙板两侧立柱，使立柱受到剪力。本专利技术第一步计算横向荷载向立柱的传递，不考虑墙板与立柱的协同工作，将上、下相邻加劲肋和左、右两侧立柱围成的墙板区格作为一块四边简支受横向均布荷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种除尘器箱体或壳体立柱在横向荷载作用下的抗剪强度计算方法；其特征在于，所述的计算方法步骤为：(1)不考虑墙板与立柱的协同工作，将上、下相邻加劲肋和左、右两侧立柱围成的墙板区格作为一块四边简支受横向均布荷载作用的独立工作弹性板，求解边界横向反力；(2)将各区格墙板边界横向反力反向作用到立柱，立柱作为一独立工作的等截面多跨连续梁求解其截面剪力；(3)不考虑墙板与立柱协同受力的作用，计算立柱截面上最大剪应力，完成立柱抗剪强度验算。

【技术特征摘要】
1.一种除尘器箱体或壳体立柱在横向荷载作用下的抗剪强度计算方法；其特征在于，所述的计算方法步骤为：(1)不考虑墙板与立柱的协同工作，将上、下相邻加劲肋和左、右两侧立柱围成的墙板区格作为一块四边简支受横向均布荷载作用的独立工作弹性板，求解边界横向反力；(2)将各区格墙板边界横向反力反向作用到立柱，立柱作为一独立工作的等截面多跨连续梁求解其截面剪力；(3)不考虑墙板与立柱协同受力的作用，计算立柱截面上最大剪应力，完成立柱抗剪强度验算。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的除尘器箱体或壳体其结构为：除尘器箱体墙板为带有加劲肋的钢板，墙板上作用横向均布荷载，所述的横向是垂直于墙板方向，墙板与立柱一侧翼缘连续焊接连接，立柱为轧制H型钢或轧制I型钢或焊接H形截面，除尘器箱体内部对于立柱布置等间距的垂直墙板方向支撑。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的上、下相邻加劲肋和左、右两侧立柱围成的墙板区格作为一块四边简支受横向均布荷载作用的独立工作弹性板，该墙板区格向左侧或者右侧立柱传递非均匀分布横向荷载qc；该墙板区格向上侧或下侧加劲肋边界传递横向荷载的合力为Fs，该墙板区格向板件四个角点传递的横向集中力为-Fc，该墙板区格通过上侧或者下侧的角钢加劲肋向左侧或者右侧的立柱传递集中力为F＝Fs/2-Fc。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的除尘器箱体墙板受横向荷载作用时立柱最大剪力发生在立柱顶部第一道跨间支撑处截面，中间立柱最大剪力Vtm可以按照公式(1)计算；边缘立柱最大剪力值Vte＝Vtm/2：Vtm＝β[(n×a)·Pb](1)式中，n为一跨立柱范围内的墙板区格数量；a为墙板上加劲肋的间距，单位为：mm；b为相邻立柱间墙板的宽度，单位为：mm；P为横向均布荷载值，由负压和风荷载等组成，单位为：N/mm2；β为立柱截面最大剪力的计算系数。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当立柱为两跨立柱时，立柱截面最大剪力的计算系数β值为表1所示；当立柱为三跨时，β值为表2所示；当立柱为四跨时，β值为表3所示；当立柱为五跨时，β值为表4所示；当立柱为六跨时，β值为表5所示：表1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王登峰，钱海峰，赵婧同，潘立程，宋碧颖，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32