一种确定除尘器箱体双肢组合截面柱轴压稳定承载力的方法技术

本发明专利技术提供一种确定除尘器箱体双肢组合截面柱轴压稳定承载力的方法，属于除尘器结构技术领域。包括如下步骤：除尘器箱体立柱截面为两肢H型钢柱，在两肢间用加劲钢板制作的连接墙板连接；组合截面柱两侧连接除尘器箱体加劲钢板墙板；以除尘器箱体双肢组合截面柱轴压稳定系数

【技术实现步骤摘要】
一种确定除尘器箱体双肢组合截面柱轴压稳定承载力的方法
本专利技术涉及一种确定除尘器箱体双肢组合截面柱轴压稳定承载力的方法，属于除尘器结构

技术介绍
除尘器是广泛应用于电力、冶金、化工、建材等行业中用以消除烟尘的重要环保装备。烟尘颗粒的捕捉收集均在除尘器箱体内部完成，因此箱体是最重要的工艺部件。中大型的除尘器箱体围护结构一般采用加劲钢板墙板—H型钢立柱结构体系。为保证密闭性，墙板与H型钢立柱一侧翼缘连续焊接连接，组成共同工作的结构整体。箱体顶部设有支承梁，用于悬挂阴极线、阳极板以及附着的积灰，这些工艺设备和积灰自重形成的竖向荷载由箱体顶梁传递到立柱，使得立柱承受轴向压力。由于放电距离方面的工艺要求以及承担较大荷载时的强度与稳定性设计方面的考虑，某些除尘器箱体顶部支承梁会设计为较宽的截面，因此顶梁下方的箱体支承立柱也相应设计为较宽的截面。为了减少用钢量，此类立柱会采用双肢H型钢组合截面，两肢间采用带角钢加劲肋的连接墙板连接。为了减小立柱长细比，提高其刚度，在箱体内部设有垂直于墙板方向的横向支撑。在布置横向支撑的高度位置，两肢H型钢柱间采用连接槽钢相连，支撑杆件通过与连接槽钢连接间接形成对H型钢柱的垂直墙板方向约束。这种立柱截面异形，且需要考虑墙板为立柱分担荷载和提供约束的受力蒙皮作用，因此关于其在轴向压力作用下稳定承载力没有可靠的定量的确定方法。鉴于以往研发成果未涉及确定除尘器箱体双肢组合截面柱的轴压稳定承载力的方法，本专利技术在考虑初始缺陷的情况下，研究了各参数对箱体立柱在轴向压力作用下稳定性的影响规律后，提出了除尘器箱体双肢组合截面轴心受压柱稳定承载力的确定方法，为此类立柱的结构设计提供了技术依据。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对目前除尘器箱体围护体系中一种双肢组合截面柱轴压稳定承载力设计方法的空缺，提出一种确定除尘器箱体双肢组合截面轴心受压柱稳定承载力的方法，在考虑墙板—立柱结构体系的初始几何缺陷以及墙板与立柱焊接过程中产生的残余应力影响的情况下，对各参数的影响规律进行定量研究，得出以多项结构几何参数表征的双肢组合截面轴心受压柱的稳定承载力。本专利技术提供的确定除尘器箱体双肢组合截面柱轴压稳定承载力的方法，包括以下步骤：步骤一：确定墙板及连接墙板的壁厚t，H型钢立柱绕弱轴的长细比λHy，H型钢立柱的腹板高度hw，H型钢立柱的腹板厚度tw，H型钢立柱的翼缘宽度bf，H型钢立柱的翼缘厚度tf，上述的数值均以mm为单位；步骤二：根据如下公式得到除尘器箱体双肢组合截面柱轴压稳定系数其中，β为折减系数；步骤三：以除尘器箱体双肢组合截面柱轴压稳定系数为基础，得到双肢组合截面柱轴压稳定承载力Nr，具体公式为：式中，为除尘器箱体双肢组合截面柱轴压稳定系数，AH为单肢H型钢立柱的截面积，单位为mm2，f为钢材强度设计值，单位为N/mm2。在一种实施方式中，所述确定除尘器箱体双肢组合截面柱轴压稳定系数的公式中不再体现墙板与立柱焊接连接残余应力的影响，统一折减系数β为0.97。在一种实施方式中，除尘箱体支承立柱截面为两肢H型钢柱，两肢间用加劲钢板制作的连接墙板连接，组合截面柱两侧连接除尘器箱体加劲钢板墙板。本专利技术适用于确定除尘器箱体双肢组合截面柱轴压稳定承载力的方法的优点是：1、适用范围较广：各几何参数的考察范围均基于实际除尘器结构，墙板及连接墙板壁厚t为4—8mm；H型钢立柱绕弱轴的长细比λHy为44—89，翼缘宽厚比bf/tf为5—15，腹板高厚比hw/tw为18.8—40。2、可靠性好：第一，充分考虑了结构初始几何缺陷和焊接残余应力的不利影响；第二，充分考虑了立柱失稳过程中整体失稳和局部失稳的相关影响，充分考虑了墙板与连接墙板对于立柱的受力蒙皮作用；第三，根据有限元计算得到的各种除尘器箱体双肢组合截面柱轴心受压稳定极限承载力数据进行最小二乘法拟合得到的，计算式计算值与有限元计算得到的稳定极限承载力相对误差平均不超过4％，最大相对误差不超过9％，该拟合式是准确可靠的。3、使用方便：采用一个综合公式，通过输入结构几何参数直接获得双肢组合截面柱轴向压力作用时的稳定承载力设计值，可供设计、生产单位参考。附图说明图1(a)为除尘器加劲墙板-双肢组合截面立柱结构体系示意图；图1(b)为双肢组合截面立柱示意图；图2为双肢组合柱截面形式及扰动荷载施加示意图；图3为初始弯曲变形的缺陷形式示意图；图4(a)～图4(d)为左肢H型钢柱截面焊接残余应力分布及加载过程中的轴向应力分布变化；图5为稳定承载力与初始残余应力幅值的关系曲线；图6(a)和图6(b)为不同连接墙板位置时的立柱稳定性比较；图7为立柱稳定系数与墙板壁厚t的关系曲线；图8为立柱稳定系数与H型钢翼缘宽厚比bf/tf值的关系曲线；图9为立柱稳定系数与H型钢腹板高厚比hw/tw值的关系曲线。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的一种确定除尘器箱体双肢组合截面柱轴压稳定承载力的方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。实施例一本专利技术在考虑结构初始缺陷影响的情况下，对不同几何构造的除尘器结构中双肢组合截面柱轴压稳定承载力的计算、对比和分析通过有限元软件ANSYS进行数值模拟，除尘器加劲墙板-双肢组合截面立柱结构体系如附图1所示，双肢组合柱截面形式如附图2所示。工程实际中，由于边缘立柱一般承担的荷载较小，设计截面较小，所以计算模型中仅中间立柱为双肢组合截面柱，两侧边缘立柱为单肢热轧H型钢柱。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，钢材材料采用理想弹塑性模型，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fy＝235MPa，弹性模量E＝2.06×105MPa，泊松比ν＝0.3，采用弧长法跟踪结构响应路径。3、施加约束情况：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(Y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(Z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：除尘器箱体顶部设有支承梁，用于悬挂阴极线、阳极板以及附着的积灰，这些工艺设备和积灰自重形成的竖向荷载由箱体顶梁传递到立柱，使得立柱承受轴向压力。因此，在中间组合柱顶设置一块刚性盖板，在刚性盖板上施加竖向均布荷载至极限点，此时立柱对应的轴向承载力定义为Ncr。立柱轴向压力作用时的稳定系数由于加劲墙板和连接墙板为立柱分担部分荷载，使得立柱顶部两肢H型钢截面承担的荷载必然小于所施加的外荷载，因此施加的极限荷载可能大于其全截面屈服荷载(2AHfy)，因此值存在大于1的情况。5、初始几何缺陷的构建：除尘器各结构部件的几何缺陷是不可避免且带有一定的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定除尘器箱体双肢组合截面柱轴压稳定承载力的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：确定墙板及连接墙板的壁厚t，H型钢立柱绕弱轴的长细比λHy，H型钢立柱的腹板高度hw，H型钢立柱的腹板厚度tw，H型钢立柱的翼缘宽度bf，H型钢立柱的翼缘厚度tf，上述的数值均以mm为单位；步骤二：根据如下公式得到除尘器箱体双肢组合截面柱轴压稳定系数

【技术特征摘要】
1.一种确定除尘器箱体双肢组合截面柱轴压稳定承载力的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：确定墙板及连接墙板的壁厚t，H型钢立柱绕弱轴的长细比λHy，H型钢立柱的腹板高度hw，H型钢立柱的腹板厚度tw，H型钢立柱的翼缘宽度bf，H型钢立柱的翼缘厚度tf，上述的数值均以mm为单位；步骤二：根据如下公式得到除尘器箱体双肢组合截面柱轴压稳定系数其中，β为折减系数；步骤三：以除尘器箱体双肢组合截面柱轴压稳定系数为基础，得到双肢组合截面柱轴压稳定承载力Nr，具体公式为：式中，为除尘器箱体双肢组合截面柱...

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