石化加热炉带壁板钢结构框架柱壁板平面内计算长度研究.pdf

工业炉 石 油 化 工 设 备 技 术， 2 O 1 5 ， 3 6 6 2 3 P e t r o Che mi c a l Equi pme n t Te c hno l o gy 石化 加热炉带壁板钢 结构框 架柱 壁板平面 内计算长度研究 厉 亚宁 ， 施 刚。 ， 张海涛。 ， 蔡建光 ， 王海涛 ， 孙 毅 1 ．中国石化工程建设有限公 司， 北京 1 0 0 1 0 1 ； 2 ． 土木工程安全与耐久教育部重 点实验 室， 清华大学土木工程系 ， 北 京 1 0 0 0 8 4 ；3 ． 恒 大地 产济南公司， 济 南 2 5 0 0 6 1 摘 要 加热 炉钢 结构中壁板在其平面 内有一定 刚度 ， 提 高 了钢柱稳 定承载 力， 然 而难以 用现 有规 范的 计算 方法来确 定其在壁板平 面内的计 算长度 系数。文章对某 实际工程加热 炉两端榀框 架结构分别建立了带 壁板和 纯框架的有 限元模型进行 分析 ， 通过计算得到 了框 架柱的计算长度 系数和结构 的侧倾 刚度 ， 并建议在 石化加 热炉钢 结构设计 中， 应考虑壁板对框 架柱稳定承 载力的有利作用 ， 带壁板框 架柱的壁板 平面 内的计算 长度 宜采 用规 范 中无侧移框 架柱 的计 算长度取值方法 ， 且认 为较为安全 。 关键 词 加 热炉钢 结构 壁板 框 架柱 计 算长度 有限元分析 石化加热炉通常包括钢结构、 炉管、 炉衬、 燃 烧器 及 其配 件 等 ， 其 中钢 结 构是 支撑 加 热 炉 各 部 分 重量 的外 部 承载 框架 。钢 结构 应能 承受 加 热炉 各部件的永久荷载 、 活荷载 、 检修荷载、 风荷 载以 及 地震 作 用等 。其 结构 特点 为 带有壁 板 的框架 围 护结 构 。 加热炉带壁板钢结构在传统的结构计算 中按 纯框架 的力学模 型考 虑， 壁板作 为强度储备 。而 实际情况 中壁板在其平面内有一定 刚度 ， 同时为 立 柱 提 供 了 侧 向 约 束 ， 提 高 了 钢 柱 稳 定 承 载 力“姐。 已有学 者 对 钢 壁 板 采 用结 构 有 限元 软 件 S A P 2 0 0 0中壳 元进 行 精确 模 型下 的计 算 ， 得 出 壁板对整体结构 的侧 向刚度影响较大， 计算中如 果计入壁板的作用 ， 结构在水平作用下 的位移可 以大幅度减小， 且在设计 过程 中应 注意保证壁板 的强度。GB 5 0 0 1 7 2 O 0 3 钢 结构设 计规 范 】 确 定 柱子 计算 长 度 时 采 用 了 以下 假 定 只 考 虑 计 算柱上、 下端与其连接的左右横梁对其 的约束作 用 ； 梁 柱 刚性 连 接 ， 材 料 线 弹 性 ； 只 在 节点 处 受 竖 向荷 载影 响 ； 框架 各 柱 同时失 稳 ； 无 侧 移时 梁柱 单 曲率 弯 曲 ， 有 侧 移 时 双 曲 率 弯 曲 ； 构 件 等 截 面 ； 所 有柱子刚度参数相等。这几项假定在工程实践 中 往往 有偏 离 ， 且 实 际 工 程 中结 构 的侧 倾 刚度 难 以 手算 精确 确 定 ， 利 用 规 范 计算 框 架 柱 的计 算 长 度 有一定局限性 】 ， 对 于加热炉带壁板钢结构 中框 架柱的在壁板平面内的计算长度系数取值 ， 考虑 壁 板 作用后 按 照有侧 移 还是无 侧移 框架 柱来设 计 这些 问题 都有 待研究 解 决 。 本文对加热炉结构 中的两端榀框架结构分别 建立 了带 壁板 和 纯框 架 的有 限元 模 型 ， 分 析其 在 平 面 内的弹性 屈 曲 承载 力 ， 得 到框 架 柱 平 面 内计 算长度系数； 并根据有限元模 型分析计算 了结构 的侧倾刚度 ， 为工程设计提供建议。 1 概况 某 实际 工程带 壁 板加热 炉 见 图 1 的横 向三 跨 总宽 1 5 3 2 0 r n m， 对 流 段 高 度 9 3 0 0 mm， 辐 射 段高度 1 6 3 7 0 I n m， 辐射转对流段 5 4 0 0 mm， 底 层 1 6 0 0 mm， 边 柱 截 面 5 0 0 mm 5 0 0 mm 1 2 mm2 5 mm 强 轴 连 接 ， 底 层 加 强 部 位 柱 截 面 7 0 0 mm5 0 0 mm1 6 mm3 6 mm ， 中柱 截 面 4 0 0 mm 4 0 0 mm 1 3 mi l l 2 1 mm 弱 轴 连 接 ， 框 架 梁 截 面 4 0 0 mm4 0 0 mm1 3 mm 2 1 mm， 斜撑 截 面为 2 0 0 mm2 0 0 mm8 mm 1 2 mm； 纵向五跨总宽 1 7 2 1 4 mm， 辐射段高度 1 6 3 7 0 mm， 辐射转 对 流段 5 4 0 0 mm， 底层 1 6 0 0 收 稿 E t 期 2 0 1 5 - 0 3 2 7 。 作者简 介 厉亚 宁， 女 ， 1 9 9 2年毕业 于天 津大 学土建 结构 工 程专业 ， 工学学士 ， 长期从事炼油加热炉设计工作 ， 已发表 论 文 5篇 。现任工业炉室专业副总工程师 ， 高级 工程师 。 Ema i l l i y a ni n g ． s e i s i no p e c ． c o rn。