锅炉钢结构节点力学特性试验分析.pdf

第 1 期 2 0 1 2年 1月 锅炉制造 B O I L ER MANU F AC T U RI NG No ． 1 J a n ． 2 0l 2 文章编 号 C N 2 31 2 4 9 2 0 1 2 0 1 0 0 2 6 0 3 锅炉钢结构节点 力学特性试验分析 苏在友， 左国华， 刘福建 哈尔滨锅炉厂有限责任公司， 黑龙江 哈尔滨 1 5 0 0 4 6 摘要 大型电站锅炉钢结构是多层多跨的空间结构 ， 梁、 柱的承载形式也是多种多样。所以节点的力学特性 对结构的模型建立和结构的应力分析结果起到决定性的作用。节点约束的假设合理与否直接关系到钢结构 的安全性和经济性。所以对节点的力学特性的研究， 无论从安全性考虑， 还是从经济效益上考虑都是具有意 义的。 关键词 节点； 力学特性 ； 应力分析 中图分类号 T K 2 2 3 文献标识码 A An Ex p e r i me n t i n M e c h a n i c a l Pr o p e r t i e s 0 f S t e e l S t r u c t u r e No d e f o r Bo i l e r S u Z a i y o u ， Z u o G u o h u a， L i u F u j i a n Ha r b i n B o i l e r C o ．L t d ． ， H a r b i n 1 5 0 0 4 6 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e s t e e l s t r u c t u r e o f l a r g e c a p a c i t y u t il i t y b o i l e r h a s mu l t i l a y e r a n d mu l t i s p an ， a n d S O are t h e b e are r f o r ms o f t h e b e are r b a r s an d c o l u mn s ．T h e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f the n o d e p l a y a d e c i s - i v e r o l e i n mo d e l i n g a n d s t r e s s an a l y s i s ．As s u mp t i o n o f t h e n o d e c o n s t r a i n t s h a s a c l o s e e f f e c t o n t h e e c o n o my a n d s e c u r i t y o f t h e s t e e l s t r u c t u r e ．An d t h e i n v e s ti g a t i o n o n me c h a n i c al p rop e r t i e s o f n o d e i s s i g n i fi c a t i v e a n d e s s e n t i a1． Ke y wo r d s n o d e ； me c h a n i c al p r o p e rt i e s ； s t r e s s a n aly s i s 0 引 言 的铰接和固 接力理论计算为依据进行。 锅炉钢结构的节点形式是繁多的。研究起来 即复杂又困难 。为了解决问题 ， 先将研究范围缩 小 ， 仅局限于锅炉钢结构的焊接节点的典型节点。 进行实验应力分析和理论计算。目前对梁节点的 模型简化基本是两种 ， 即铰接和 固接。由梁的理 论计算得知， 节点的铰接或固接对梁的应力影响 非常大， 以梁的中间承受集中力荷载而言， 两者的 应力正好是两倍关系。我们的试验研究就是以梁 1 试验过程 在图示的钢架上， 分别施加荷载 ， 测出各梁在 集 中荷载和均布荷载时的应力 ， 与理论计算值进 行比较， 参照有限元分析， 得出接近实际的结果。 荷载最大加到 6 0 0 k s 。加载形式有三种 1 梁中间集中力荷载； 2 梁中间均布荷载 ； 3 梁偏置集中力荷载。 收稿 日期 2 0 1 11 ll 2 作者简介 苏在友 1 9 6 2一 ， 男， 哈尔滨锅炉厂有限责任公司， 从事锅炉安装交验。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 苏在友， 等 锅炉钢结构节点力学特性试验分析 2 7 图 1梁编 号示意图 根据实测 ， 除 1 墚 、 2 梁加载时 ， 与其相连 的 梁 3 、 4 、 7 }} 、 8 有变形， 其它梁加载时， 只有加 载梁 自身有变形 ， 别的梁几乎没有变形 ， 故此时可 视为单根梁加载考虑， 即理论计算时按简支梁或 固支梁来考虑 。加载共 5种情况 1 1 梁 中间均布荷载 ； 1 0 0 6 0 0 k g ； 2 2 样 梁 中间均布荷载 ； 1 0 0～ 6 0 0 k g ； 3 5 、 6 梁中间集中力荷载 ； 5 0～3 0 0 k g ； 4 5 、 6 梁偏置集中力荷载 ； 5 0～ 3 0 0 k g ； 5 9 群 、 1 0 梁中间集中荷载 5 0～ 3 0 0 k g ； 理论计算公式 1 梁中间均布荷载 q a C a 简支梁 M q e l 2一 ／ 1 ／ 8 固支梁 M q c l 3 3 e ／ 1 c ／ 1 ／ 2 4 2 梁中间集中力荷载 P I 1 ，2 1 ，2 简支梁 M～ p l ／ 4 固支梁 M p l ／ 8 3 梁偏置集 中力荷载 P a b 简支梁 M p b ／ 2 固支梁 M p b ／ 2 1 仃 M／W 注 只计算梁计算点处受到的最大应力 其中 M 梁计算点处所受弯矩； W一梁抗弯模量 实验应力计算公式 仃 轴E ￡ 轴 s 横 ／ 1 一 其 中 叮 轴一一一梁的轴向应力 ； 8 轴 梁的轴向应变值 ； 8 横 梁的横向应变值； E 弹性模量 ， E 2 ． 0 61 0 MP a 泊松 比， I． L 0 3 2 数据比对 通过表 1 、 表 2可得 出， 1 梁 中间均布荷载 ， 5 梁、 6 样 梁 偏置集中荷载 实测值均大于理论计 算值和有限元分析值 ， 其它梁实测值大于固支梁 理论计算值和有限元计算值 ， 小于简支梁理论计 算值。相比较而言实测值比较接近简支梁理论计 算值 ， 一般在 1 2 ％ 一 3 1 ％。 显然上层梁的约束要小于下层梁的约束。所 以上层梁的应力值无论是实测值还是有限元计算 值都大于下层所对应的梁的应力值 ， 见表 2所示。 表 1 工况一 1 群 梁应力对照表 单位 M P a 表 2 工况二 2 摊 梁应力对照表 单位 M P a 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 8 锅炉制造 总第 2 3 1期 由于 3 样 、 4 、 7 、 8 梁 中间有 1 、 2 撑 梁 ， 无法加 载。3 样 、 4 样 、 7 、 8 样 梁有 限元计算与 1 梁、 2 梁加 载时3 、 4 、 7 、 8 实测值基本等效。 表 3 工况三 5 、 6 梁应力对照表 单位 M P a 表 4工况四 5 、 6 梁应力对 照表 单位 MP a 表 5 工况五 9 、 1 0 梁应 力对照表 单位 M P a 表 6 实测值与理论计算值及有限元计算值比较 注 为梁 中间均布荷载； 一 为梁偏置集 中荷载。 其中 实测值／ 铰接计算值x ％ 1 1 实测值／ 固接计算值x ％ 1 1 实测值／ 有限元计算值 x ％ 表7 上下层对应梁应力对照表 M P a 3 结 论 实验表明钢结构梁的应力介于简支和固支梁 之间 ， 接近简支梁的应力水平 ， 上层梁应力更接近 简支梁应力水平。 参考文献 【 1 ] S K i t i p o me h a i a n d S L C h a n ．N o n l i n e a r fi n i t e e l e m e n t a n a l y s i s o f a n g l e a n d t e e b e a mc o l u m n s [ J ] ．J ． S t r u c t ．E n g n g ． ， A S C E， 1 9 8 7 ， 1 1 3 4 7 2 1 7 3 9 ． [ 2 ] 陈骥．钢结构稳定理论与应用[ M] ． 科学技术文 献 出版社 ， 1 9 4 9 ． [ 3 ] 沈祖炎， 罗永峰．网壳结构分析中节点大位移迭加 平衡路径跟踪技术的修正 [ A] ． 新型空间结构论文 集[ C ] ． 浙江大学出版社 1 9 9 4 ． [ 上接第 2 3页] 荷再热汽温偏低 ， 采取停运下层喷燃器调节 ； 厂用 电率偏高采用低负荷单 电泵运行、 优化机组负荷 分配等节能降耗。 3 结 论 经过一系列 的改造调整 ， 该公司锅炉燃烧效 率明显提高， 在实际煤种严重偏离设计煤种的情 况下 ， 飞灰可燃物控制在 0 ． 5 ％左右， 炉渣可燃物 在 1 ％左右 依据煤炭地质研究所测试报告 ， 锅 炉效率 9 3 ． 5 ％左右。厂用电率 比调整前降低 0 ． 1 2 ％左右 ， 平均节约厂用电 2万度／ 天 ； 发电煤 耗调整前发电原煤耗 6 6 7 ． 2 5 g ／ k w h变为调整后 的6 6 2 ． 4 6 g ／ k w h ， 降低 4 ． 7 9 g／k w h ， 折合标 煤约 2 ． 2 5 g ／ k w h ， 按照每台机组每年 3 0亿度发电量计 算 ， 每年节约标煤约 6 7 5 0 t 。随着磨损 的大幅降 低， 制粉系统漏粉次数大大减少， 至小修计划停运 近半年时间未发生设备非停， 保证了锅炉的长周 期安全运行。 参考文献 [ 1 ] 黄新元． 电站锅炉运行与燃烧调整 [ M]．中国电 力出版社 2 0 0 7 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m