staad软件在煤气柜设计中应用

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1、STAAD软件在煤气柜设计中应用　　摘要：目前，国际上出现的商用FEA软件数目已经非常多了。在这样一个新的计算工具和手段层出不穷，快速变化的领域，相对不变的是基本的力学原理和结构概念。对工程师而言，虽然FEA软件具有强大的分析功能，却永远只能在工程设计中扮演从属的角色。因为归根到底，具有创造性主体的是人，而不是工具。另一方面，我们也不能忽视对工具的应用。在实践性的结构设计过程中，对工具使用的理解，会反过来增强我们对结构本质的领悟，从而有助于设计理念的更新，设计出更好的结构。本文是关于STAAD软件在煤气柜设计应用的一个总结，侧重于解决问题的思路和方法。关键词：煤气柜；STAAD软件

2、；稳定;荷载中图分类号：TQ547.9文献标识码：A1综述设计项目为首钢改造项目20万立方米稀油秘密密封圆形干式煤气柜。其直径56.5m，全高94.5m，28根立柱，共7层回廊，设计储气最大工作压力为124kPa。其工作原理：当未进气时，活塞置于底部活塞支架上；当煤气进入柜体时，在气体压力作用下，活塞逐步上升，直至某处平衡停住；若活塞升至上部的极限位置时，煤气继续进柜，活塞有冲顶的危险，此时紧急放散等安全装置就会启动。当煤气出柜时，运行与上述过程相反，直至活塞置于底部活塞支架上的初始位置。在运行过程中是靠活塞环梁底部油沟中的稀油密封的，通过特殊装置来保证油沟中的油尽可能少漏；同时每

3、个立柱上分别设置了一组弹簧导轮或固定导轮；为防止活塞在运行过程中发生扭转，特设若干组防回转装置。本工程采用STAAD软件对整体结构进行全面的受力分析，考虑结构的整体协调作用，可以更真实地认识煤气柜的受力状况。煤气柜结构的荷载分项系数和工况的组合系数根据《建筑结构荷载规范》规定进行取值。用于计算的有限元模型对实际结构作可行性简化，它包括结构形式、构件间的连接以及位移边界条件和力边界条件的简化。本煤气柜由柜底板、侧板、顶板、柱、柜顶梁架系统、回廊、柜侧板加劲肋、柜侧板与柱子的连接件、梯、活塞系统、柜顶通风气楼系统等组成，其结构形式复杂，附属构件众多，但该结构的传力途径十分清晰。为了能真

4、实的模拟结构的受力状况，而又尽可能的使模型简化，在计算模型建立过程中，仅考虑了主要受力构件，附属构件不建在计算模型中，但是附属构件的荷载(比如自重)是考虑在计算中的。在计算模型中，立柱、加劲肋及柜顶梁均为明显的受弯或压弯构件，采用杆单元模拟。柜侧板及顶板为6mm～84mm钢板，且相互之间等强连接，既可以受弯又有一定的膜力，故采用板单元模拟。根据实际各构件之间的相互连接构造简化了位移边界条件和力边界条件：主梁与环向次梁之间为铰接，主梁与柱子间为铰接。对煤气柜整体模型进行弹性静力分析(包括温度荷载)、模态分析、地震反应谱分析、特征值屈曲分析，通过计算及对相应工况的比较分析，得到煤气柜各

5、构件应力、变形的同时，深入的理解结构在各荷载工况下的受力状况，掌握了煤气柜结构设计中各构件的应力控制指标。2稳定计算煤气柜的柱子是通过环梁和壁板形成的类柱壳提供约束的，整个柱子类似于一竖直的弹性地基梁，但弹簧是离散分布的。如果对柱子取隔离体，整个结构的稳定可转化为柱子的稳定来考察。此时关键的一步是确定柱子在平面外的计算长度。由弹性稳定理论我们知道，上弦的面外计算长度与约束上弦面外变形的弹簧支座的刚度的大小及分布有关，同时也与上弦杆本身在平面外的线刚度有关。利用STAAD的屈曲分析功能，我们可以直接进行计算出上弦杆面外屈曲的欧拉临界力和对应的波形，并且可据此足够精确的估计上弦平面外的

6、计算长度，而不用经过烦琐的手算。在STAAD中使用的屈曲分析分析命令为PERFORMBUCKLINGANALYSIS4。用户需要为此建立一专门的荷载工况（通常包括主要的能产生不利几何刚度的工况，如：恒加活载），然后在STAAD中对此工况进行求解。图2.1给出了柱子线性屈曲的分析结果。在STAAD中点击后处理界面的BUCKLING标签，可以查询到计算出的结构前四阶屈曲模态以及对应的屈曲荷载系数（图2.1右侧的表格所示）。此处的屈曲荷载一般为实际极限稳定承载力的上限，似乎没有实际的作用。但我们一方面可以通过屈曲荷载来估计二阶效应的大小（有文献认为如果P4