大容量锅炉大板梁拼接技术的研究
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摘要
在电力市场需求的推动之下,国内的几家大型锅炉厂家先后开发了一批600MW等级锅炉的新炉型。由此带来的锅炉钢结构大板梁的巨型化,给大板梁的设计、制造、运输和安装都带来了一系列新的课题。
目前锅炉厂已经成功的解决了大板梁沿高度分为两层分别制造后再在现场拼接的技术问题,然而对于大板梁在长度方向的分段制造现场拼接方法的研究实施,在国内外锅炉行业中尚无先例。
本文以某锅炉钢结构工程为背景,对其拼接问题进行了系统的研究,并对预应力技术在锅炉钢结构中的应用作了初步的探讨,主要工作如下:
1.利用四种单元形式对该工程大板梁J进行了对比计算,综合考虑计算要求的精度和计算时间,最终选取八节点实体单元作为大板梁整体分析计算的单元形式。
2.对拼接处进行了简化计算分析的研究,得到既能保证计算精度又节省计算时间的简化计算模型。
3.对影响连接处摩擦力损失的各种因素做了系统的分析,得出各种情况对摩擦力损失的具体影响数值。
4.提出了修正的精确计算设计法,利用此法对上述大板梁J进行了设计分析,发现此法切实可行,准确可靠。
5.对预应力技术在大板梁工程中的应用进行了介绍,并以此对上述大板梁J进行了设计。
6.综合应用以上成果,作者利用APDL(ANSYS Parametric Design Language)参数化语言进行ANSYS的二次开发,得到一个高效、实用、准确可靠的软件程序,对于以后进行大板梁设计可以大大提高工作效率。
Under the push of electric market demand, several domestic large-scale boiler producers successively developed the new stove type of a batch of 600MW grades boiler. At the same time, the board girder is getting huge with the grade improving of boiler, which bring board girder’s design , manufacture, transport and construction a series of new subject.
The technological problem of dividing board girder into two in the height direction and then connection on the spot has been solved. But the implementing of research of dividing board girder into two in the length direction has not been reported in the boiler trade at home and abroad.
Based on the current progress on board girder's connection, the main work of this paper is as follows:
1. Four kinds of element i.e. beam element, shell element eight nodes solid element and twenty nodes solid element are used respectively and the results are compared. Eight nodes solid element is better than others considering both precision and calculating time.
2. The research of computational analysis to simplify calculating is done. A model that satisfy precision and calculating time requires is get.
3. Systematic analysis to various kinds of factors which influenced junction frictional force losses is done. And the concrete influence values to frictional force losses of various kinds of situations are drawn.
4. The revised method of designing in accuracy calculating is put forward, which is reliable to design the joint connection of the above board girder J.
5. An introduction to the application of prestressing technology in the board girder is made, so as to design the above board girder J.
6. Based on the above achievement, a secondary development software developed by APDL (ANSYS Parametric Design Language ) parameter language is get, which is high-efficient, practical, accurate and reliable. It can improve working efficiency greatly on the connection design of board girder.
目前锅炉厂已经成功的解决了大板梁沿高度分为两层分别制造后再在现场拼接的技术问题,然而对于大板梁在长度方向的分段制造现场拼接方法的研究实施,在国内外锅炉行业中尚无先例。
本文以某锅炉钢结构工程为背景,对其拼接问题进行了系统的研究,并对预应力技术在锅炉钢结构中的应用作了初步的探讨,主要工作如下:
1.利用四种单元形式对该工程大板梁J进行了对比计算,综合考虑计算要求的精度和计算时间,最终选取八节点实体单元作为大板梁整体分析计算的单元形式。
2.对拼接处进行了简化计算分析的研究,得到既能保证计算精度又节省计算时间的简化计算模型。
3.对影响连接处摩擦力损失的各种因素做了系统的分析,得出各种情况对摩擦力损失的具体影响数值。
4.提出了修正的精确计算设计法,利用此法对上述大板梁J进行了设计分析,发现此法切实可行,准确可靠。
5.对预应力技术在大板梁工程中的应用进行了介绍,并以此对上述大板梁J进行了设计。
6.综合应用以上成果,作者利用APDL(ANSYS Parametric Design Language)参数化语言进行ANSYS的二次开发,得到一个高效、实用、准确可靠的软件程序,对于以后进行大板梁设计可以大大提高工作效率。
Under the push of electric market demand, several domestic large-scale boiler producers successively developed the new stove type of a batch of 600MW grades boiler. At the same time, the board girder is getting huge with the grade improving of boiler, which bring board girder’s design , manufacture, transport and construction a series of new subject.
The technological problem of dividing board girder into two in the height direction and then connection on the spot has been solved. But the implementing of research of dividing board girder into two in the length direction has not been reported in the boiler trade at home and abroad.
Based on the current progress on board girder's connection, the main work of this paper is as follows:
1. Four kinds of element i.e. beam element, shell element eight nodes solid element and twenty nodes solid element are used respectively and the results are compared. Eight nodes solid element is better than others considering both precision and calculating time.
2. The research of computational analysis to simplify calculating is done. A model that satisfy precision and calculating time requires is get.
3. Systematic analysis to various kinds of factors which influenced junction frictional force losses is done. And the concrete influence values to frictional force losses of various kinds of situations are drawn.
4. The revised method of designing in accuracy calculating is put forward, which is reliable to design the joint connection of the above board girder J.
5. An introduction to the application of prestressing technology in the board girder is made, so as to design the above board girder J.
6. Based on the above achievement, a secondary development software developed by APDL (ANSYS Parametric Design Language ) parameter language is get, which is high-efficient, practical, accurate and reliable. It can improve working efficiency greatly on the connection design of board girder.
引文
[1] 中华人民共和国国家标准.钢结构设计规范.GB50017-2003.北京.中国计划出版社.2003
[2] 中华人民共和国国家标准.混凝土结构设计规范.GB50010-2002.北京.中国计划出版社.2002
[3] 中华人民共和国国家标准.钢结构工程施工质量验收规范.GB50205-2001.北京.中国计划出版社.2001
[4] 王景文.钢结构工程施工与质量验收实用手册.北京.中国建筑工业出版社.2004
[5] 王国周,瞿履谦.钢结构原理与设计.北京.清华大学出版社.2002
[6] 李和华.钢结构连接节点设计手册.北京.中国建筑工业出版社.1992
[7] 宋曼华.钢结构设计与计算.北京.机械工业出版社.2002
[8] 钟善桐.预应力钢结构.哈尔滨.哈尔滨工业大学出版社.1986
[9] 吕志涛,孟少平.现代预应力设计.北京.中国建筑工业出版社.1998
[10] 舒赣平.预应力钢结构的理论分析、实验研究与应用.[博士学位论文].南京.东南大学.1997
[11] 孙云.预应力加固钢结构的理论分析与设计计算研究.[硕士学位论文].南京.东南大学.2003
[12] 尹凌峰.复杂组合结构重要力学问题研究及工程应用.[博士学位论文].南京.东南大学.2003
[13] 郭小明.弹塑性接触问题的研究及其应用.[博士学位论文].南京.东南大学.2002
[14] 蓝宗建,梁书亭,孟少平.混凝土结构设计原理.南京.东南大学出版社.2002
[15] 陆赐麟.预应力钢结构技术讲座(1-7).钢结构.1998-2001
[16] 王国强.实用工程数值模拟技术及其在 ANSYS 上的实现.西安.西北工业大学出版社.2001
[17] 姜勇,张波.ANSYS7.0 实例精解.北京.清华大学出版社.2003
[18] 任辉启.ANSYS7.0 工程分析实例详解.北京.人民邮电出版社.2003
[19] 谭浩强,田淑清.FORTRAN77 语言(FORTRAN77 结构化程序设计).北京.清华大学出版社.1994
[20] 谭浩强,张基温.C/C++程序设计教程.北京.高等教育出版社.2001
[21] 王勖成.有限单元法.北京.清华大学出版社.2003
[22] 王勖成,邵敏.有限单元法基本原理和数值方法.北京.清华大学出版社.1998
[23] 庄茁.连续体和结构的非线性有限元.北京.清华大学出版社.2002
[24] 弹性力学问题的有限单元法及程序.南京.东南大学土木工程系.1997
[25] Daryl L.Logan.有限元方法基础教程.北京.电子工业出版社.2003
[26] 张其林.索和膜结构.上海.同济大学出版社.2002
[27] 郭乙木,陶伟明,庄茁.线性与非线性有限元及其应用.北京.机械工业出版社.2004
[28] 李谦锟.结构力学.北京.高等教育出版社.1996
[29] 雷晓燕.接触摩擦单元的理论及其应用[J].岩土工程学报.1994,16(3)
[30] 雷晓燕.大位移接触摩擦单元在工程设计中的应用.华东交通大学学报.Vol.11.No.1,pp1-10,1994
[31] 雷晓燕.三维接触问题新模型研究.土木工程学报.Vol.29.No.3,pp24-33,1994
[32] 汪召华,高莲士,宋文晶.三维摩擦接触的有限元分析.清华大学学报(自然科学版).Vol.42.No.S1,pp93-96,2002
[33] 李卧东,陈胜宏.接触摩擦问题的数值模拟.岩土力学.Vol.24.No.3,pp385-388,2003
[34] 巩 云 鹏 , 张 伟 华 , 鲍 劲 松 等 . 三 维 弹 性 摩 擦 接 触 分 析 的 边 界 元 柔 度 矩 阵 法 . 东 北 大 学 学报.Vol.21.No.3,pp305-308,2000
[35] B.Radi. Treatment of the Friction Contact via a lagrangian Formulation.Matht. Comput. Modelling. Vol.28,No.4-8,407-412
[36] 博弈创作室.APDL 参数化有限元分析技术及其应用实例.北京.中国水利水电出版社.2004
[37] 段志东.ANSYS 二次开发途径研究.[硕士学位论文].兰州.兰州铁道学院.2002
[38] 袁国良,王忠东.混合有限元法在弹性接触问题中的应用.长春邮电学院学报.Vol.18.No.3,pp51-55,2000
[39] 王水林,邓建辉,葛修润.改进的拉氏乘子法在接触摩擦问题中的应用.岩土工程学报.Vol.20.No.5,pp64-67,1998
[40] 刘书,刘晶波,方鄂华.动接触问题及其数值模拟的研究进展.工程力学.1999,16(6)
[41] 杜成斌,任青文.用于接触面模拟的三维非线性接触单元.东南大学学报(自然科学版) .2001,31(4)
[42] 肖勇刚,罗云飞.弹性摩擦接触问题数值解分析.长沙交通学院学报.1999,15(2)
[43] A.Landenberger,A.El-Zafrany . Boundary element analysis of elastic contact problems using gap finite elements.Computer & Structures,71(1999),651-661
[44] 杨耀文,刘正兴.三维接触问题中的网格划分和单元生成.上海交通大学学报.1996,30(5)
[45] 何亚梅,刘崇德.三维多体摩擦接触问题边界元法及应用.北京科技大学学报.Vol.19,pp10-13,1997
[46] 王忠东,张承志,谷中秋.有限元法在具有摩擦的有限变形接触问题中的应用.吉林大学自然科学学报,1995(3)
[47] K.Farahani,M.Modifid,A.Vafai . A solution method for general contact-impact problems . Comput . Methods Appl.Mech.Engrg,187(2000)69-77
[48] J.C.Simo,T.A.Laursen . An augmented lagrangian treatment of contact problems involving friction.Comput.Struct.42(1992)97-116
[49] 喻海凌,诸德培.有摩擦弹性接触问题的增量数值解法.航空学报.1995,16(3)
[50] 李华,武兰河,黄羚.一种新的考虑剪切变形影响的梁单元.石家庄铁道学院学报.Vol.12.No.4,pp58-61,1999
[51] 周世军,朱睎.一组新的 Timoshenko 梁单元一致矩阵公式.兰州铁道学院学报.Vol.13.No.2,pp1-7,1994
[52] 邵林,周欣竹,郑建军.考虑剪切变形时变截面梁的弯曲和稳定.科技通报.Vol.13.pp97-102,1997
[53] 霍锁善,胡修奎.东方 600MW 机组“W”型火焰锅炉.东方电气评论.Vol.13.No.1,pp15-23,1999
[54] 何佩敖,张爱民,王四海等.电站锅炉大板梁的设计和结构.电站系统工程.Vol.10.No.3,pp1-7,1994
[55] 赵志峰,王融.常用大板梁支座浅析.电站系统工程.Vol.17.No.5,pp271-272,2001
[56] 王建华,段炬辉,王洪.大型电站锅炉大板梁 CAD 系统.电站系统工程.Vol.15.No.5,pp35-37,1999
[57] 董玉民,陈加功,解辉.锅炉构架静力计算的概念与荷载(作用)效应.锅炉技术.Vol.33.No.8,pp14-17,2002
[58] 白雪寒.锅炉构架叠梁的安装工艺.广东电力.Vol.15.No.6,pp68-70,2002
[59] 张爱民,王四海,周成立.锅炉钢结构优化设计.电站系统工程.Vol.12.No.5,pp17-35,1996
[60] 于志杰,谈微,周淑华.纳雍锅炉钢构架工艺制造技术.锅炉制造.No.2,pp39-40,2002
[61] 查庚忠,陈文钧,凌麟等.东方——福斯特·惠勒 300MW、600MW“W”型火焰锅炉介绍.东方电气评论.Vol.8.No.1,pp1-13,1994
[2] 中华人民共和国国家标准.混凝土结构设计规范.GB50010-2002.北京.中国计划出版社.2002
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