焦炉封闭集气除尘系统的钢结构思考范文

摘要:为了研究焦炉封闭集气除尘系统钢结构的受力特点，用3D3S软件模拟分析了2种管式桁架结构。对其进行有限元分析，总结2种结构及支座的受力状况，对焦炉封闭钢结构体系的使用具有指导意义。

关键词:焦炉封闭;钢结构;管式桁架;结构分析

焦炉是焦化厂的核心生产设备，焦炉在生产过程中会产生一定的烟尘和废气。焦炉的主要污染源包括装煤、推焦以及熄焦所释放的烟尘，尽管有集中除尘设备，但是装煤、出焦过程仍有烟尘逸出，这些无组织逸散烟尘点多面广，对焦炉进行封闭集气除尘才能达到良好的治理效果。焦炉封闭集气除尘系统的钢结构既作为除尘设备的载体，也实现了焦炉的封闭，进而将焦炉的烟尘导向除尘设备。该钢结构体系具有跨度大、设备荷载多、杆件内力复杂等特点。为了研究该钢结构体系的受力情况，本文针对2种不同的结构进行有限元模型分析研究，并对钢结构和支座进行比较分析。

1计算模型

该钢结构为空间管式桁架结构体系，平面尺寸为90m×120m，主桁架高50m，矢跨比为0．23，标高40m处设置操作平台。纵向设置次桁架，将各榀主桁架连接为整体，以保证结构纵向的受力体系安全。在结构纵向两侧设置集尘板，考虑该处集尘板的风荷载作用，集尘板墙梁采用H型钢，并设置双层拉条。该结构设计基准期和设计使用年限均为50年，结构安全等级为2级，抗震标准为标准设防类。钢结构承受如下作用力。(1)竖向作用力。构件自重、设备自重、设备操作台重、平台操作活荷载、雪荷载、积灰荷载、操作平台所受的风荷载、竖向地震作用力。(2)水平作用力。墙板所受的风荷载、水平地震作用力。(3)特殊荷载。由于该结构内部有焦炉，焦炉生产时与结构外部的温差不能忽视，故需要考虑温度荷载。

2主桁架的2种结构方案

主桁架作为该结构体系最重要的部分，本文将主要分析无拉杆和设置拉杆的2种结构形式，以研究更为合理的桁架受力结构。基于3D3S结构分析软件，以上2种方案的计算模型见图1和图2。模型中，桁架构件采用杆单元，并采用铰接方式彼此连接。为简化计算，支座与基础采用平动约束、转动自由的约束条件。

32种结构方案结果比较

结构设计中，桁架自身杆件的内力及其支座的基础是设计人员较为重视的2个方面。为了研究以上2种方案的优缺点，对这2种钢结构方案中的杆件Nmin和Nmax的目标组合进行有限元分析，同时对支座基础在不同工况下的水平力结果进行比较。

3．1钢结构杆件分析

在2种结构方案下，钢结构杆件的最大压力云图见图3和图4。由图3和图4可以看出，方案一和方案二的受压杆件最大内力分别出现在支座处和拱底处，且方案一的杆件受压内力大于方案二，差值约为600kN;同时，2种方案中，拱顶处的下弦杆均出现了较大的压力，这是由于设备平台的竖向力，通过拉杆直接作用于此处。与此类似，通过Nmax目标组合的分析结果可知，方案一中的最大拉力出现在平台处，为800kN，方案二中的最大拉力出现在增加的拉杆处，约为1320kN。通过以上比较可知，方案一中，平台的竖向力通过管式桁架的弦杆从拱顶传递至基础顶部的杆件;方案二中，平台的竖向力通过管式桁架的弦杆从拱顶传递至拉杆，形成局部自平衡体系，且管式桁架内部拱压力的传递路径较短。同时，增加拉杆后对支座附近的杆件轴力有较大的减小，使支座杆件的轴力与拱顶处的轴力相差不大。

3．2钢结构支座分析

2种结构方案在恒荷载、活荷载和风荷载工况下钢结构支座处的横向水平合力见表1。可见，方案二较方案一的优点在于:在恒荷载和活荷载这种竖向荷载工况下，钢结构支座的水平力大大减小;在风荷载以水平力为主的工况下，钢结构支座处的水平力有一定减小。而在各工况组合后，方案二的水平力远远小于方案一。在实际工程中，由于焦炉机侧和焦侧附近设置的构筑物较多，可用空间有限，减小基础水平力能有效控制基础的尺寸。

4结语

(1)增加拉杆后，该结构体系减少了力的传递路径，优化了杆件结构。

(2)设置拉杆有效解决了基础水平力大的问题，该体系可大大减小水平力，此时基础所受的水平力主要由风荷载等水平荷载产生。

(3)增加拉杆会减少结构内部的使用空间，焦炉封闭需要考虑焦炉四大机车及相应管道的空间使用情况，设置的拉杆需要满足焦炉工艺和集气除尘的相应要求。

作者：赵伟屹 单位：中冶焦耐( 大连) 工程技术有限公司