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桁架筒体结构体系层间柱段屈曲分析
发布日期:2017-12-06  来源:工程力学   浏览次数:10
核心提示:摘要 针对桁架式-筒体结构体系中层间柱段出现铰接节点的现象,本文考虑侧向约束的不同,分别取其最不利和最保守两个层间柱段计算模型,利用静力平衡法得到其特征屈曲方程,该特征屈曲方程的可靠性得到了有限元分析结果的验证。以某实际工程为背景,取结构中长细比最大的层间柱构件进行算例分析,结果显示构件满足承载力设计要求。最后,通过参数分析,得到铰接节点在柱段不同位置的构件长细比,并依此对结构提出优化建议,供设计参考。
一、引言
近年,我国对能源的需求量越来越大,发展超临界乃至超临界火电机组,是一个紧迫和突出的问题。相应的,对于锅炉钢架这种大型的特种钢结构分析与设计,也需要不断的深化与发展。[1][2]
作为一种新型的锅炉钢架形式——桁架式-筒体结构体系,已成功应用于国电泰州电厂二期百万千瓦超临界二次再热燃煤发电机组锅炉中(如图1)。锅炉钢架平面尺寸52.76m*61.94m,大板梁底标高128.8m。结构在各主要立面上均布置垂直支承,组成了完整的桁架筒体结构。结构沿高度方向大约每隔12米设刚性平面,总共11层刚性平面。连接节点设计采用常规的铰接连接。


图1 桁架式-筒体结构体系方案图
Figure1 scheme drawing of truss - tube structure system

在桁架式-筒体结构体系中,由于采用柱子错层铰接(如图2),导致在一个层高内柱子由两段杆件铰接而成。柱子作为主要受力构件,其稳定性以及对整体结构的影响往往成为结构设计需要考虑的因素之一。









图2 柱子错层铰接示意图
Figure2 Schematic diagram of split level hinge column

目前,我国钢结构构设计规范[3]对压杆的设计,是建立在计算长度系数的基础上的。通常,柱高是依据层高来取,但在该结构体系中,一个层高内柱子由两段杆件铰接而成。因此,常规的计算长度系数显然不能直接应用。对于压杆的稳定问题的研究,基本集中在不同约束、不同截面形式及变截面、变荷载等因素对其稳定性能的影响[4]-[8]。关于层间柱段出现铰接节点的柱子稳定分析,尚未见相关报道。本文利用静力平衡法对该类构件进行了屈曲分析,并将算例分析结果和abaqus有限元结果进行了对比,验证特征屈曲方程的可靠性。在此基础上,提出了相应的设计建议。
二、屈曲方程的推导
对于错层铰接单柱,考虑侧向约束的不同,本文取两种计算模型进行屈曲分析,如图3(a)(b)和图4(a)(b)所示。图3,模型1,取最不利情况,按一端固定、一端滑动、中间有一铰接节点考虑;图4,模型2,取最保守情况,按两端固定、中间有一个铰接节点简化考虑。


(a) (b)
图3 柱计算模型1
Figure3 column calculation model 1

(a) (b)
图4 柱计算模型2
Figure4 column calculation model 2


2.1、基本假定
建立弯曲平衡方程时,做以下基本假定:
(1)压杆是理想的等截面直杆;
(2)压力P沿压杆的轴线施加;
(3)材料满足胡克定律,即应力-应变呈线性关系;
(4)压杆符合弯曲变形平截面假定;
(5)基于小变形理论,认为轴压杆的发生微小的弯曲变形,曲率近似的采用弯曲变形的二次微分表示。

图5 隔离体
Figure5 isolated body


 
 
 
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