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摘要:為了研究焦爐封閉集氣除塵系統鋼結構的受力特點，用3D3S軟件模擬分析了2種管式桁架結構。對其進行有限元分析，總結2種結構及支座的受力狀況，對焦爐封閉鋼結構體系的使用具有指導意義。

關鍵詞:焦爐封閉;鋼結構;管式桁架;結構分析

焦爐是焦化廠的核心生產設備，焦爐在生產過程中會產生一定的煙塵和廢氣。焦爐的主要污染源包括裝煤、推焦以及熄焦所釋放的煙塵，盡管有集中除塵設備，但是裝煤、出焦過程仍有煙塵逸出，這些無組織逸散煙塵點多面廣，對焦爐進行封閉集氣除塵才能達到良好的治理效果。焦爐封閉集氣除塵系統的鋼結構既作為除塵設備的載體，也實現了焦爐的封閉，進而將焦爐的煙塵導向除塵設備。該鋼結構體系具有跨度大、設備荷載多、桿件內力復雜等特點。為了研究該鋼結構體系的受力情況，本文針對2種不同的結構進行有限元模型分析研究，并對鋼結構和支座進行比較分析。

1計算模型

該鋼結構為空間管式桁架結構體系，平面尺寸為90m×120m，主桁架高50m，矢跨比為0．23，標高40m處設置操作平臺。縱向設置次桁架，將各榀主桁架連接為整體，以保證結構縱向的受力體系安全。在結構縱向兩側設置集塵板，考慮該處集塵板的風荷載作用，集塵板墻梁采用H型鋼，并設置雙層拉條。該結構設計基準期和設計使用年限均為50年，結構安全等級為2級，抗震標準為標準設防類。鋼結構承受如下作用力。(1)豎向作用力。構件自重、設備自重、設備操作臺重、平臺操作活荷載、雪荷載、積灰荷載、操作平臺所受的風荷載、豎向地震作用力。(2)水平作用力。墻板所受的風荷載、水平地震作用力。(3)特殊荷載。由于該結構內部有焦爐，焦爐生產時與結構外部的溫差不能忽視，故需要考慮溫度荷載。

2主桁架的2種結構方案

主桁架作為該結構體系最重要的部分，本文將主要分析無拉桿和設置拉桿的2種結構形式，以研究更為合理的桁架受力結構。基于3D3S結構分析軟件，以上2種方案的計算模型見圖1和圖2。模型中，桁架構件采用桿單元，并采用鉸接方式彼此連接。為簡化計算，支座與基礎采用平動約束、轉動自由的約束條件。

32種結構方案結果比較

結構設計中，桁架自身桿件的內力及其支座的基礎是設計人員較為重視的2個方面。為了研究以上2種方案的優缺點，對這2種鋼結構方案中的桿件Nmin和Nmax的目標組合進行有限元分析，同時對支座基礎在不同工況下的水平力結果進行比較。

3．1鋼結構桿件分析

在2種結構方案下，鋼結構桿件的最大壓力云圖見圖3和圖4。由圖3和圖4可以看出，方案一和方案二的受壓桿件最大內力分別出現在支座處和拱底處，且方案一的桿件受壓內力大于方案二，差值約為600kN;同時，2種方案中，拱頂處的下弦桿均出現了較大的壓力，這是由于設備平臺的豎向力，通過拉桿直接作用于此處。與此類似，通過Nmax目標組合的分析結果可知，方案一中的最大拉力出現在平臺處，為800kN，方案二中的最大拉力出現在增加的拉桿處，約為1320kN。通過以上比較可知，方案一中，平臺的豎向力通過管式桁架的弦桿從拱頂傳遞至基礎頂部的桿件;方案二中，平臺的豎向力通過管式桁架的弦桿從拱頂傳遞至拉桿，形成局部自平衡體系，且管式桁架內部拱壓力的傳遞路徑較短。同時，增加拉桿后對支座附近的桿件軸力有較大的減小，使支座桿件的軸力與拱頂處的軸力相差不大。

3．2鋼結構支座分析

2種結構方案在恒荷載、活荷載和風荷載工況下鋼結構支座處的橫向水平合力見表1。可見，方案二較方案一的優點在于:在恒荷載和活荷載這種豎向荷載工況下，鋼結構支座的水平力大大減小;在風荷載以水平力為主的工況下，鋼結構支座處的水平力有一定減小。而在各工況組合后，方案二的水平力遠遠小于方案一。在實際工程中，由于焦爐機側和焦側附近設置的構筑物較多，可用空間有限，減小基礎水平力能有效控制基礎的尺寸。

4結語

(1)增加拉桿后，該結構體系減少了力的傳遞路徑，優化了桿件結構。

(2)設置拉桿有效解決了基礎水平力大的問題，該體系可大大減小水平力，此時基礎所受的水平力主要由風荷載等水平荷載產生。

(3)增加拉桿會減少結構內部的使用空間，焦爐封閉需要考慮焦爐四大機車及相應管道的空間使用情況，設置的拉桿需要滿足焦爐工藝和集氣除塵的相應要求。

作者：趙偉屹 單位：中冶焦耐( 大連) 工程技術有限公司