土耳其火力發(fā)電廠汽機(jī)房鋼屋架溫度分析研究

陳 世 璽

(國(guó)核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,北京 100095)

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土耳其火力發(fā)電廠汽機(jī)房鋼屋架溫度分析研究

陳 世 璽

(國(guó)核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,北京 100095)

以土耳其某2×660 MW火力發(fā)電廠項(xiàng)目為依托，采用有限元軟件SAP2000，對(duì)火力發(fā)電廠主廠房模型進(jìn)行整體溫度分析，研究了在溫度工況作用下輕型屋面汽機(jī)房鋼屋架的受力特點(diǎn)以及跨度對(duì)鋼屋架溫度作用的影響，供以后的工程設(shè)計(jì)參考使用。

火力發(fā)電廠，鋼屋架，溫度工況，跨度

火力發(fā)電廠汽機(jī)房橫向柱距較大，一般為28 m～42 m左右。鋼屋架是汽機(jī)房常用的屋蓋形式。溫度作用對(duì)大跨度鋼屋架受力的性能產(chǎn)生一定的影響。隨著溫度的變化，它在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生附加應(yīng)力，而當(dāng)這些附加應(yīng)力與正常荷載狀態(tài)下的內(nèi)力疊加到一定程度，結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的內(nèi)力、變形，甚至是破壞[1,2]。溫度作用對(duì)汽機(jī)房鋼屋架內(nèi)力及變形的影響不容忽視[3]。

土耳其某2×660 MW火力發(fā)電廠結(jié)構(gòu)形式為鋼框架—支撐結(jié)構(gòu)，汽機(jī)房橫向跨度32 m，汽機(jī)房屋面采用鋼屋架形式，屋面板為輕型屋面。以本工程為依托項(xiàng)目，研究在溫度工況作用下輕型屋面汽機(jī)房鋼屋架的受力特點(diǎn)以及跨度對(duì)鋼屋架溫度作用的影響，供以后的工程設(shè)計(jì)參考使用。

1 溫度場(chǎng)的確定

溫度作用屬于可變的間接作用，主要由季節(jié)性氣溫變化、太陽(yáng)輻射、使用熱源等因素引起，在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中一般可用溫度場(chǎng)的變化來(lái)表示。對(duì)結(jié)構(gòu)的最不利的溫度場(chǎng)工況包括最大溫升工況和最大溫降工況兩類。

1.1 氣溫、熱源影響

最大溫升工況溫度作用見(jiàn)式(1)，最大溫降工況溫度作用見(jiàn)式(2)。

ΔTk=Ts,max-T0,min

(1)

ΔTk=Ts,min-T0,max

(2)

其中，T0,min為最低初始溫度；Ts,max為最高平均溫度；T0,max為最高初始溫度；Ts,min為最低平均溫度。

根據(jù)暖通專業(yè)提供的溫度變化范圍，本工程溫升和溫降均按30 ℃考慮。

1.2 太陽(yáng)輻射的影響

對(duì)于上部鋼屋架部分，除考慮氣溫、熱源的影響外，還應(yīng)考慮由于壓型鋼板吸收太陽(yáng)輻射的溫度升高。根據(jù)土耳其當(dāng)?shù)睾献髯稍児咎峁┑臄?shù)據(jù)，取太陽(yáng)輻射溫度增加值為10 ℃。

2 分析模型的建立

采用有限元軟件SAP2000對(duì)火力發(fā)電廠主廠房模型進(jìn)行整體溫度分析，研究在溫度工況作用下輕型屋面汽機(jī)房鋼屋架的受力特點(diǎn)以及跨度對(duì)鋼屋架溫度作用的影響。主廠房三維模型見(jiàn)圖1。鋼屋架布置圖及詳圖見(jiàn)圖2，圖3。根據(jù)火力發(fā)電廠汽機(jī)房鋼屋架的常規(guī)跨度尺寸，本分析共建立8個(gè)模型，模型編號(hào)分別為GJW28，GJW30，GJW32，GJW34，GJW36，GJW3，GJW40，GJW42。在模型編號(hào)中GJW表示鋼屋架，28表示鋼屋架跨度為28 m。

3 計(jì)算結(jié)果分析

3.1 溫度作用下鋼屋架受力特點(diǎn)分析

取具有典型代表的一跨作為分析對(duì)象。GJW28在溫度作用下⑥軸線鋼屋架各桿件軸力圖見(jiàn)圖4,圖5，屋面變形云圖見(jiàn)圖6,圖7。其余各模型受力特點(diǎn)與GJW28相同，故不再表示。

通過(guò)圖4可以看出，當(dāng)溫度升高時(shí)靠近除氧煤倉(cāng)間側(cè)的鋼屋架上弦在溫度作用下產(chǎn)生的軸向拉力為3 kN左右，靠近軸的鋼屋架上弦在溫度作用下產(chǎn)生的軸向拉力較小，大約為1 kN，鋼屋架下弦在溫度作用下產(chǎn)生的軸向壓力為9 kN左右，腹桿在溫度作用下產(chǎn)生的軸力很小，可以忽略。

通過(guò)圖5可以看出，當(dāng)溫度降低時(shí)靠近除氧煤倉(cāng)間側(cè)的鋼屋架上弦在溫度作用下產(chǎn)生的軸向壓力為3 kN左右，靠近軸的鋼屋架上弦在溫度作用下產(chǎn)生的軸向壓力較小，大約為1 kN，鋼屋架下弦在溫度作用下產(chǎn)生的軸向拉力為9 kN左右，腹桿在溫度作用下產(chǎn)生的軸力很小，可以忽略。

通過(guò)圖6,圖7可以看出無(wú)論升溫還是降溫，靠近除氧煤倉(cāng)間側(cè)的屋面變形都很小，靠近軸的屋面變形較大。

由于除氧煤倉(cāng)間的側(cè)向剛度較大，給鋼屋架提供了較大的側(cè)向約束，軸柱的側(cè)向剛度較小，給鋼屋架提供的側(cè)向約束較小，所以靠近除氧煤倉(cāng)間側(cè)的屋面變形很小，靠近軸的屋面變形較大。由于靠近除氧煤倉(cāng)間側(cè)的屋面變形很小，導(dǎo)致靠近除氧煤倉(cāng)間側(cè)的鋼屋架上弦在溫度作用下不能自由變形，從而產(chǎn)生了一定的軸力；靠近軸的屋面變形很大，導(dǎo)致靠近軸的鋼屋架上弦在溫度作用下接近于自由變形，從而產(chǎn)生了較小的軸力。鋼屋架兩端簡(jiǎn)支在柱側(cè)牛腿上，鋼屋架下弦在溫度作用下產(chǎn)生了一定的軸力。腹桿自身剛度較小，同時(shí)受到的約束也較小，所以產(chǎn)生的軸力很小。

3.2 跨度對(duì)鋼屋架溫度作用的影響

鋼屋架上弦或下弦截面沿結(jié)構(gòu)橫向通常是不變的，桿1和桿2(如圖3所示)在恒荷載+屋面活荷載作用下桿件軸力在上弦或下弦桿件中是最大的，所以取桿1和桿2作為研究對(duì)象具有一定的代表性。本分析共選取GJW28～GJW42 8個(gè)模型，研究溫升工況和溫降工況作用下鋼屋架跨度對(duì)溫度作用的影響。分析結(jié)果見(jiàn)表1。

通過(guò)表1可以看出：1)隨著跨度的增加，桿1和桿2在恒荷載+屋面活荷載作用下的軸力逐漸增大。桿1在溫度工況作用下的軸力逐漸增大。桿2在溫度工況作用下的軸力變化不明顯。2)隨著跨度的增加，溫度工況作用下桿件的軸力與恒荷載+屋面活荷載作用下的軸力比值變化不明顯，并且其值很小。說(shuō)明在常規(guī)跨度情況下，溫度作用對(duì)輕型屋面鋼屋架的受力影響很小，設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)考慮即可。

表1 不同工況作用下桿件的最大軸力

4 結(jié)語(yǔ)

采用有限元軟件SAP2000對(duì)火力發(fā)電廠主廠房模型進(jìn)行整體溫度分析，研究在溫度工況作用下輕型屋面汽機(jī)房鋼屋架的受力特點(diǎn)以及跨度對(duì)鋼屋架溫度作用的影響。根據(jù)分析結(jié)果給出以下結(jié)論，供以后的工程設(shè)計(jì)參考使用。

1)當(dāng)在溫度工況作用下，靠近除氧煤倉(cāng)間側(cè)的鋼屋架上弦在溫度作用下產(chǎn)生一定的軸力。靠近軸的鋼屋架上弦在溫度作用下產(chǎn)生的軸力較小。鋼屋架下弦在溫度作用下產(chǎn)生一定的軸力。腹桿在溫度作用下產(chǎn)生的軸力很小，可以忽略。

2)隨著跨度的增加，鋼屋架各桿件的軸力逐漸增加。隨著溫度的變化(升溫或者降溫)，鋼屋架各桿件的軸力呈現(xiàn)增加態(tài)勢(shì)，但是鋼屋架上弦桿變化不明顯。

3)在常規(guī)跨度情況下，溫度作用對(duì)輕型屋面汽機(jī)房鋼屋架的受力影響很小，設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)考慮即可。

[1] 劉澤祺.大跨度空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的溫度及火災(zāi)分析[D].太原：太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012.

[2] 王 磊，丁大益.溫度作用對(duì)大跨度鋼屋蓋結(jié)構(gòu)的影響[J].工業(yè)建筑，2012(Z)：395.

[3] 任 杰，王勇奉.大跨度輕型屋蓋結(jié)構(gòu)在溫度作用下的響應(yīng)分析[J].山西建筑，2012，38(24)：52-53.

Temperature analysis of a main power building roof truss of a power plant in Turkish

Chen Shixi

(StateNuclearElectricPowerPlanning,Design&ResearchInstitute,Beijing100095,China)

Depending on a 2×660 MW power plant in Turkish, temperature analysis of main power building roof truss of power plant is done by finite software SAP2000. The mechanical characteristic under temperature and the influence of span are studyed, these can be used for design of other projects.

main power building, steel roof truss， temperature condition, span

1009-6825(2016)30-0065-02

2016-08-15

陳世璽(1983- )，男，工程師

TU391

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