基于整体模型的除尘器钢支架承载性能对比分析

01 引言

随着国家环保力度的不断加大，除尘器在电力、水泥、冶金、有色、化工、轻工等各个工业领域得到广泛应用。在传统的除尘器结构设计中   ，通常采用下部钢支架和除尘器本体分别单独设计的方法 。本文   基于某实际工程，分析除尘器结构整体建模计算对下部钢支架结构设计的影响。  

02 计算模型

本文计算分析采用双室三电场的静电除尘器，采用Midas/Gen创建除尘器结构整体计算模型（以下简称“整体模型”）和钢支架单独计算模型（以下简称“单独模型”），如图1、图2所示。其中，整体模型和单独模型中的梁、柱、支撑采用梁单元模拟；整体模型中灰斗、壳体、进出口烟箱壁板采用壳单元模拟，钢支架和除尘器本体之间的连接采用节点耦合模拟；钢支架柱平板脚按其实际构造采用固定铰支座模拟。  

计算中考虑的荷载工况包括：永久荷载、积灰荷载、检修活荷载、风荷载、烟气压力、水平地震作用，并按规范进行荷载效应组合。  

   

图1 整体计算模型

   

图2 钢支架单独计算模型

 

图3 钢支架结构平面布置图及柱编号

03 计算结果对比

3.1 内力计算结果

不同荷载工况下，钢支架柱传至混凝土基础顶面的作用力，整体模型计算结果（ZT）和单独模型计算结果（DD）的最大正负偏差，如表1所示。

表1  各种荷载工况内力计算结果对比

 

注：正、负偏差 =(ZT-DD)/DD，最后取所有钢支架柱计算结果的最大、最小值，下同。

从数据可以看出，各种荷载工况下， 对于钢支架柱传至混凝土基础顶面的竖向力和水平力，整体模型和单独模型的计算结果存在较大的偏差 。其中，竖向力的最大正负偏差分别为39.7%、-42.2%，水平力的最大正负偏差分别为25.5%、-43.1%，偏差均较大。  

钢支架柱应力比计算结果，如图4所示，同样也可以看出，单独模型计算时，一部分支架柱的应力比结果偏小，另一部分支架柱的应力比结果偏大，最大正负偏差分别达到18.7%、-14.1%，偏差同样较大。说明 采用单独模型计算时，一部分钢支架柱的设计结果偏于不安全，另一部分钢支架柱则偏于保守 。  

 

图4  柱应力比计算结果对比

3.2 振动特性对比

提取结构前6阶振型，得到整体模型和单独模型计算的自振周期，如图5所示。

图5  结构自振周期对比

结构前3阶振型模态的分析结果，如表2所示。  

表2  结构振型分析

 

根据图5和表2计算结果，可以看出：

（1）由于没有考虑上部除尘器本体质量和刚度的影响以及上下部结构之间的相互作用，   单独模型的刚度小，计算的自振周期偏大 ；

（2）整体模型的振动形态符合“两平一扭的”振动形式，单独模型的振动形态均则以局部振动为主，因此，   单独模型的振型结果不能正确反映结构的振动模态 ；

   

a）整体模型，t=0.721s

   

b）单独模型，t=0.700s

图6  第1阶振型

   

a）整体模型，t=0.645s

   

b）单独模型，t=0.667s

图7  第2阶振型

   

a）整体模型,T=0.475s

   

   b）单独模型,t=0.620s

图8  第3阶振型

3.3 柱顶水平变形

在风荷载标准值作用下，X向和Y向柱顶水平变形，如图9、图10所示。

 

图9  X向柱顶水平变形

 

图10  Y向柱顶水平变形

根据计算结果， 整体模型计算的X向、Y向的最大柱顶水平变形均小于单独模型计算结果，且整体模型计算的各柱之间的柱顶水平变形差相对较小 ，单独模型计算的各柱之间的柱顶变形差较大，这是由于两种模型在质量和刚度的大小与分布上的不同导致的力的分配不同，进一步导致了上述计算结果的差异。

04 结语

（1）钢支架单独建模计算得到的结构内力、变形和振动模态等结果与结构实际受力存在较大偏差，导致一部分钢支架柱的设计结果偏于不安全，另一部分钢支架柱的设计结果则偏于保守。  

（2） 除尘器结构整体建模计算 可以考虑下部钢支架和上部除尘器本体之间的相互作用与影响， 可更准确地计算上下部结构质量、刚度的大小和分布，并可正确模拟结构的变形和振动模态，计算结果更合理和可靠 。  

（3）建议今后除尘器结构设计时，采用除尘器结构空间整体计算模型进行结构内力、变形计算，保证计算模型的合理准确，进而保证设计结果的安全可靠性。     

来源：结构鉴定 

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