電站鍋爐大板梁分層分段拼接設計

高志強

摘 ?要：電站中使用的鍋爐需要有相對比較大的容量，安裝過程比較復雜，在鋼結構的鍋爐中，大板梁主要發揮出承重的作用，在設計這種鍋爐系統的結構時，應當關注結構構件的受力特點，綜合考慮吊裝條件與交通運輸需求，合理鍋爐設計，確保鍋爐實際安裝工作的安全性。不少設計者會通過分段分層拼接的設計方法來有效設計電站內部的鍋爐裝置，現分析具體設計事項。

關鍵詞：電站鍋爐;大板梁;分層分段;拼接設計

電站使用的鍋爐具有發電的基本功能，其容量比較大，安裝鍋爐的基本構件時應當注意安全問題，設計者也要確保安裝設計方案的可行性。基于大容量鍋爐的使用需求，設計者可設計出全懸吊式鋼結構的鍋爐，合理安排大板梁是鍋爐受力系統設計的重點任務，如果大板梁的受力性能產生問題，鍋爐也無法被安全使用，現結合電站鍋爐的設計標準，分析如何通過分段分層的方法設計大板梁。

1拼接設計方案

1.1大板梁安裝工作概述

大板梁在大容量型鍋爐中主要發揮受力支撐的作用，是鍋爐的承力系統中不能缺失的重要構件，在全懸吊式鍋爐系統中，大板梁更是處于不可或缺的位置，如果想要電站中安全地展開鍋爐發電生產活動，必須先完成安裝鍋爐的基本任務，確保大板梁的穩定性與強度都可以達到標準，優化大板梁構件時，必須清晰掌握其傳力路徑，由于鍋爐被以懸吊的方式固定到電站的鋼結構上，頂板梁格部位必須保持穩定，次梁與吊桿等直接受力的構件會對荷載進行傳遞，大板梁需接收荷載，而后將其傳送給鍋爐所用的構架系統中。根據對電站常用大型鍋爐的認識可以確定，其跨度、截面高度與需要承受的荷載都已經超出了普通鋼結構系統的常見指標，設計鋼結構系統時，需注重經濟性與可靠性兩個方面的設計優化需要。

大板本身具有比較大的自重與結構尺寸，吊裝施工條件與構件運輸工作會給結構設計工作帶去影響，落實工程結構設計的過程中，很難使用一體化的設計方法，設計者可將分塊、分層以及分段設計方法結合使用，妥善的安置具有超長與超高特點的大板梁構件，在施工現場加工安裝各處結構構件，除了需要精準選取梁分段點之外，還需針對拼接節點的情況來進行相應的計算工作，確定螺栓節點部位的受力特點，合理地安排拼接螺栓的工作。

1.2分段分層拼接方案設計

當梁的跨度超過30m時應沿梁長方向分段制作，每個梁段長度不宜超過24m。為避免現場焊接，大板梁分段也采用高強度螺栓現場拼接。翼緣拼接應采用蓋板連接，腹板拼接可采用蓋板或端板連接;根據上下層梁的分段接頭是否在同一截面，可分為同位拼接或錯位拼接。

為保證拼接大板梁的安全性，螺栓拼接設計應依據現行GB50017 -2017《鋼結構設計規范》當中螺栓連接的相關規定。具體設計方法根據《鋼結構連接節點設計手冊》梁與梁拼接連接設計方法，選用精確計算設計法或等強度設計法進行設計。

精確計算方法：精確計算設計法是以螺栓連接承載力大于連接位置處內力為依據進行設計的。對于大板梁縱向分層拼接，通過上下層梁疊合處螺栓拼接承擔該位置處全部剪力;對于橫向分段拼接，被連接的上層梁或下層梁以翼緣和腹板承擔作用于各自拼接連接處的彎矩M，即以梁翼緣承擔作用于翼緣彎矩Mflange，腹板同時承擔作用于腹板彎矩Mweb和截面全部剪力V來進行拼接連接的設計。

等強計算也是大板梁設計過程中存有一定難度的設計任務，在設計時，必須掌握被連接處截面面積與螺栓承載力等參數信息。大板梁具有比較大內力與幾何尺寸，拼接區域的螺栓使用數量比較多，設計環節中，必須關注螺栓承載力折減的情況。從按塑性設計與結構抗震設計兩個方面來保障結構的穩定性，板件的截面面積會影響到節點的連接情況，考慮到強度設計條件，設計者需通過合理的設計行為來使構件保持良好的連續性。大板梁屬于簡支梁，選用的設計手段為彈性設計方法，因此不需要對抗震耗能情況做過多考慮，主要需要注意滿足經濟性與受力方面的設計要求，在設計過程中應當確保落實精準計算的工作。

2實例展示

2.1縱向分層拼接設計

根據大板梁的具體受力情況，來確定縱向分層設計工作，應當順延截面部位，在其二分之一處進行分層，將其劃分成上下兩層橫截面中性軸位部位比較特殊，彎曲應力數值為0，只有剪應力能夠對其形成影響，其他位置與該位置的剪應力存在一致性。啟用分層設計方案后，需對次梁的安裝位置進行考慮，可將次梁安裝到疊合面的上方區域，避免使疊合面受到直接影響。

展開拼接工作時，應當通過端板構件來完成拼接任務，在下層梁的頂端位置與上層梁的底部位置有效焊接疊合板，形成疊合面建立之后，拼接端板的工作也能夠被簡化，構件安裝過程中受到的阻礙也逐漸減少。上層梁部位的構件拼裝工作也變得更加便捷。

橫向分段拼接位置應在彎矩和剪力均較小的截面處，以保障拼接節點的安全性并降低螺栓用量，且應考慮運輸要求和次梁和橫向加勁肋布置。下層梁分段拼接下層梁分段位置確定在梁長度方向約1/3處，距離梁端13.60m。斷開處翼緣和腹板均采用蓋板連接，主要考慮下層梁以受拉為主，如果采用蓋板連接，會使螺栓收到很大的拉力作用，影響螺栓的預拉力值，要求螺栓連接具有極高的可靠性;如果采用蓋板連接，螺栓群受剪，受力明確。下層梁分段拼接上層梁截面受力狀態與下層梁相反，主要受彎曲壓應力，可選擇跨中截面和跨度三分之一截面兩種方案，但是本文推薦段位置選擇在上層梁跨中截面，分為22.33m長的兩段，斷開處連接方案選擇端板連接方式，即上層梁分段處兩側翼緣和腹板均與端板焊接，兩塊端板通過高強螺栓連接。原因是上層梁主要以受壓為主，且跨中截面剪力為0，不僅合內力較小，而且采用端板連接可以增加受壓接觸面，降低對連接的要求。

2.2螺栓拼接設計

以剪應力相同范圍分段，疊合面拼接設計按照每段實際內力進行螺栓拼接設計。由于疊合面分段長度較長，設計中參照《鋼結構設計規范》中對長接頭螺栓承載力折減系數，對螺栓抗剪承載力進行折減。設計布置共1248個螺栓，在腹板單側各布置兩排螺栓，每排312個。疊合面厚度為30mm，寬度為550mm;螺栓橫向間距為80mm，不同分段處根據螺栓數量不同，螺栓縱向間距不同，但均滿足規范容許間距的要求。上層梁采用端板連接方式，端板代替跨中穩定加勁肋，并主要通過端板傳遞壓應力，因此僅按照構造要求布置螺栓，在滿足最大容許間距的情況下，盡可能減少螺栓數量。由于上下層梁疊合面處剪應力呈階梯狀連續變化，建議按照每段實際內力進行螺栓拼接設計。

3結束語

通過拼接的方式來設計大板梁，可以使大板梁保持更強的受力性能，利用螺栓展開拼接工作時，應當關注特殊區域的拼接處理工作，可以根據電站鍋爐所處的位置設計多個拼接方案，選出安全性與可行性都比較強的方案。設計鋼結構時，需要考慮到塑性設計需求與抗震設計需求，精確處理大板梁的節點部位，盡量控制螺栓的使用數量，節省電站鍋爐的安裝成本，簡化大板梁的安裝過程。

參考文獻

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