大型薄壁钢烟道结构非线性性能及设计方法研究

论文摘要

随着我国工业生产的高速发展，火电厂脱硝工程的规模也日益庞大。目前脱硝工程采用的烟道设备均为薄壁加劲钢结构，此类结构的稳定性和设计方法是亟待研究的课题，国内外关于烟道结构的研究普遍偏少，缺乏有效的设计计算方法。烟道的日益大型化使得国内现有规范已不能满足当前工程实践的需求。本文使用ANSYS有限元软件，基于大变形弹塑性理论，对某电厂烟道结构的非线性性能进行了细致的分析，探讨了烟道内撑杆布置方式、加劲肋选型等问题对烟道结构力学性能的影响。同时也研究了烟道加劲板的弹性稳定和非线性稳定，对比分析了加劲板的屈曲后强度。研究表明：考虑大变形效应，烟道结构的等效应力一般较线性计算的结果小8%~54%，但结构的变形较线性计算的结果大8%~47%，随着烟道的增长这种差别更为明显；烟道内撑杆的设计应尽量使烟道顶板、底板和侧板形成整体，设计中可以采用横向铰接式内撑杆，必要时可以使用纵向桁架式内撑杆作为构造措施；加劲肋截面惯性矩相近时，角钢较槽钢和工字钢能更好地改善加劲板抗弯性能，而工字钢和槽钢改善加劲板抗弯性能的能力是相当的；烟道加劲板弹性屈曲荷载和非线性屈曲荷载均受其抗弯刚度比的影响，其弹性屈曲模态与加劲板最佳刚度比相关，其最佳刚度比在10~20之间。本文的创新工作主要表现在：考虑经济性，探讨了不同型号加劲肋对烟道结构应力和变形的影响；针对烟道加劲板的弹性稳定和非线性稳定性能进行了深入研究，揭示了抗弯刚度比对其稳定性的影响。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 2 工程背景和文献综述
• 2.1 工程背景和选题意义
• 2.2 火电厂烟道结构的力学性能研究现状
• 2.3 加劲板结构稳定性和极限承载力研究现状
• 2.3.1 弹性压杆模型
• 2.3.2 正交异性板模型
• 2.3.3 有限元和有限条模型
• 2.3.4 加劲板结构的失稳破坏
• 2.4 火电厂烟道及其加劲板研究存在的问题
• 2.5 本文主要研究内容
• 3 烟道整体结构力学性能研究
• 3.1 烟道大变形分析的理论基础
• 3.1.1 大变形条件下应变和应力度量
• 3.1.2 大变形问题的表达格式
• 3.2 烟道结构力学性能的有限元分析
• 3.2.1 烟道结构的设计荷载和边界条件
• 3.2.2 烟道结构有限元模型的建立
• 3.2.3 烟道结构的线性分析
• 3.2.4 烟道结构的非线性分析
• 3.3 烟道结构线性分析和非线性分析比较研究
• 3.4 本章小结
• 4 烟道内撑杆布置对其力学性能影响研究
• 4.1 烟道内撑杆常用布置方式
• 4.2 烟道内撑杆对烟道力学性能的影响
• 4.2.1 烟道内撑杆的受力特点研究
• 4.2.2 烟道内撑杆对横向加劲肋受力的影响
• 4.2.3 无内撑杆烟道的横向加劲肋力学性能
• 4.3 烟道内撑杆优化设计研究
• 4.3.1 烟道内撑杆规格变化对烟道力学性能的影响
• 4.3.2 烟道内撑杆布置方式对烟道力学性能的影响
• 4.4 本章小结
• 5 烟道加劲肋选型和布置对其力学性能影响研究
• 5.1 烟道加劲板力学性能的影响因素和研究方法
• 5.2 烟道加劲板在横向荷载作用下的力学性能研究
• 5.2.1 加劲肋截面形式及母板厚度对加劲板力学性能的影响
• 5.2.2 加劲肋布置方式对加劲板力学性能的影响
• 5.3 本章小结
• 6 烟道加劲板稳定性能研究
• 6.1 加劲板板格的稳定性能研究
• 6.1.1 加劲板板格的弹性稳定性能
• 6.1.2 加劲板板格的非线性稳定性能
• 6.2 加劲板的弹性稳定性能研究
• 6.2.1 单向加劲板弹性稳定性能
• 6.2.2 双向加劲板弹性稳定性能
• 6.3 加劲板的非线性稳定性能研究
• 6.3.1 加劲板的非线性稳定方程
• 6.3.2 加劲板的非线性稳定性能
• 6.4 本章小结
• 7 结论
• 参考文献
• 作者简历及在学研究成果
• 学位论文数据集