除尘器箱体立柱在横向荷载作用下的抗弯强度计算方法技术

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弯强度计算方法，工程设计人员可以方便准确地依据本发明专利技术提出的公式和相关计算系数表格计算出箱体墙板受横向荷载作用时中间立柱内力最大截面弯矩；考虑墙板与立柱的协同工作，将立柱两侧有效宽度内的墙板作为立柱翼缘的延伸部分组成组合截面，与立柱共同承担弯矩，因此将立柱截面模量乘以一个修正系数γ，通过对多个实施例的有限元计算分析表明，γ可以偏于安全地取值为1.06，由此进行立柱截面的抗弯强度验算。

Calculation method of bending strength of box column of dust collector under transverse load

The invention discloses a calculation method of bending strength of the column of a dust collector under lateral load. The engineering designer can calculate the maximum section bending moment of the inner force of the middle column when the wall plate is subjected to lateral load on the basis of the formula and the relative calculation coefficient table of the invention. In the cooperative work of the column, the wall plate in the effective width of the column on both sides of the column is used as an extension part of the vertical flange to form a combined section, and the bending moment is shared with the vertical column. Therefore, the section modulus of the column is multiplied by a correction factor. The flexural strength of the column section is checked.

【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弯强度计算方法
本专利技术涉及一种除尘器箱体立柱在横向荷载作用下的抗弯强度计算方法，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。对于除尘器箱体进行结构设计时，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弯强度计算方法。目前，工程设计中常用的立柱抗弯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，不考虑墙板和立柱连接后的协同工作，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，其最大弯矩Ms可根据线弹性结构力学方法得到。该简化计算方法一是传力机制不够准确，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；二是受力载体不够准确，未考虑墙板与立柱的协同工作，将墙板所受横向荷载全部传递至立柱承担，因此这种工程简化计算方法会造成计算内力过大。
技术实现思路
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弯强度提出了一种更为准确可靠和考虑全面的计算方法。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弯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弯强度计算方法，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。一种除尘器箱体立柱在横向荷载作用下的抗弯强度计算方法，其适用范围为：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，墙板与立柱一侧翼缘连续焊接连接，立柱为轧制H型钢、轧制I型钢或者焊接H形截面，立柱为除尘器箱体中间支承立柱而非边缘立柱，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；本专利技术第一步，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弯矩；第三步，确定墙板与立柱协同受力的有效部分，视作立柱翼缘的延伸，与立柱组成组合截面，并计算立柱上最大正应力，完成立柱抗弯强度验算。本专利技术除尘器箱体墙板受横向荷载作用时中间立柱最大弯矩发生在立柱顶部第一道跨间支撑处截面，其最大弯矩Mt可以按照下式计算：Mt＝α[(n×a)2pb](1)式中，n为立柱每跨间的墙板区格数量；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为负压和风荷载等横向均布荷载值，单位为：N/mm2；α为立柱截面最大弯矩的计算系数，见表1～表5。表1两跨立柱截面最大弯矩计算系数表2三跨立柱截面最大弯矩计算系数表3四跨立柱截面最大弯矩计算系数表4五跨立柱截面最大弯矩计算系数表5六跨立柱截面最大弯矩计算系数本专利技术采用力矩分配法求解立柱控制截面最大弯矩Mt过程中，对于两端固定，跨间对应n个墙板区格的柱段，受到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，推导得到该跨段立柱在横向荷载作用下的固端弯矩计算公式为：F＝Fs/2-Fc(6)为方便编制计算机程序对固端弯矩进行数值计算，两端固定情况的立柱固端弯矩表达式改写为：式中，l为立柱一跨长度，单位为：mm；k为所计算的微元段至计算开始端(A端)所包括的墙板区格数目；i为中间过程系数。本专利技术采用力矩分配法求解立柱控制截面最大弯矩Mt过程中，对于一端固定另一端铰支，跨间对应n个墙板区格，受到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，推导得到该跨段立柱在横向荷载作用下的固端弯矩计算公式为：为方便编制计算机程序对固端弯矩进行数值计算，一端固定一端铰支情况的立柱固端弯矩表达式改写为：式中，l为立柱一跨长度，单位为：mm；k为所计算的微元段至计算开始端(A端)所包括的墙板区格数目；i为中间过程系数。本专利技术考虑墙板与立柱的协同抵抗弯矩作用，将有效宽度内的墙板作为立柱翼缘的延伸部分，与立柱截面组成组合截面，将立柱截面模量乘以修正系数γ得到组合截面的截面模量，立柱最大弯曲正应力可以利用以下公式求得；σmax＝Mt/(γ×WH)(10)式中，γ为立柱截面模量修正系数，偏于安全取值为1.06；WH为立柱截面模量，单位为：mm3。本专利技术提出的除尘器箱体立柱在横向荷载作用下抗弯强度计算方法的优点是：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；考虑墙板与立柱的协同工作；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内力最大截面正应力σmax，可方便准确地进行截面抗弯强度计算。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为本专利技术中立柱在横向荷载作用下受力简图。图4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5为本专利技术中一跨两端固定立柱的受力简图。图6为本专利技术中一跨一端固定、一端铰支立柱的受力简图。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。第一步为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弯矩。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，引起立柱承担弯矩。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载作用的独立工作弹性板，求解边界横向反力。四边简支板宽度为一跨墙板宽度b，其高度为墙板加劲肋间距a，墙板厚度为t，一个墙板区格受力如附图2所示。负压和风荷载等横向均布荷载p直接作用到箱体每一个墙板区格上，继而向左、右两边的立柱和上、下两端的加劲肋传递。墙板区格左、右两侧立柱提供的横向分布边界反力为Vy，将其反向作用到立柱上作为立柱直接承受的横向线荷载qc。墙板区格上、下端加劲肋提供的横向边界反力为Vx，其合力大小为Fs，加劲肋与两边立柱通过连接板连接，将一侧加劲肋提供边界反力的合力Fs/2反向作用到加劲肋与立柱连接点，作为各墙板区格上、下端边界传递的集中横向荷载。此外在各墙板区格的四个角点上还有集中反力R，也将其反向作用到加劲肋与立柱连接点，作为墙板区格角点向立柱传递的集中横向荷载Fc。立柱沿高度方向设有等间距的横向支撑，为其提供垂直墙板方向的约束，立柱跨本文档来自技高网...

【技术保护点】
除尘器箱体立柱在横向荷载作用下的抗弯强度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：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弯矩；第三步，确定墙板与立柱协同受力的有效部分，视作立柱翼缘的延伸，与立柱组成组合截面，并计算立柱上最大正应力，完成立柱抗弯强度验算。

【技术特征摘要】
1.除尘器箱体立柱在横向荷载作用下的抗弯强度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：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弯矩；第三步，确定墙板与立柱协同受力的有效部分，视作立柱翼缘的延伸，与立柱组成组合截面，并计算立柱上最大正应力，完成立柱抗弯强度验算。2.根据权利要求1所述的除尘器箱体立柱在横向荷载作用下的抗弯强度计算方法，其特征在于：除尘器箱体墙板受横向荷载作用时中间立柱最大弯矩发生在立柱顶部第一道跨间支撑处截面，其最大弯矩Mt可以按照下式计算：Mt＝α[(n×a)2pb](1)式中，n为立柱每跨间的墙板区格数量；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为负压和风荷载等横向均布荷载值，单位为：N/mm2；α为立柱截面最大弯矩的计算系数。3.根据权利要求1所述的除尘器箱体立柱在横向荷载作用下的抗弯强度计算方法，其特征在于：采用力矩分配法求解立柱控制截面最大弯矩Mt过程中，对于两端固定，跨间对应n个墙板区格的柱段，受到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，推导得到该跨段立柱在横向荷载作用下的固端弯矩计算公式为：

【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