锅炉钢结构组合大板梁拼接螺栓受力分析.doc

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1、锅炉钢结构组合大板梁拼接螺栓的受力分析孟宪国1张文元2（1.哈尔滨锅炉厂有限责任公司,哈尔滨1500462.哈尔滨工业大学土木工程学院,哈尔滨150090）摘要：为揭示锅炉钢骨架钢结构大板梁的真实受力状态和板梁组合体拼接螺栓的剪力分布规律，并为类似结构设计提供依据，使用Abaqus通用程序对某大板梁结构原型进行了精细的有限元分析。在整体分析中考虑几何非线性和材料非线性的同时，提出了一种能够考虑拼接螺栓摩擦、滑移及屈服等非线性影响的有效方法。给出了大板梁的整体应力分布和变形模式，分析了板梁叠接和拼接处螺栓剪力的数值及

2、分布形式，指出了各位置螺栓连接的受力特点及其力学成因，所得结论可为工程设计提供参考。关键词：钢结构；锅炉骨架；大板梁；螺栓连接；非线性分析BOLTPERFORMANCEINSPLICEDSTEELPLATEGIRDERSFORBOILERSUSPENSIONXianguoMeng1WenyuanZhang2(1.HarbinBoilerCompanyLimited,Harbin150046;2.HarbinInstituteofTechnology,Harbin150090)ABSTRACT:Toexploreth

3、erealperformanceforthebuilt-upplatesandspliceboltsofsteelplategirderswidelyusedinboilerframes,thefiniteelementanalysiscarriedthroughdetailedlybyuseofAbaqusprograminwhichthegeometrynon-linearity,materialnon-linearityaswellastheconnectornon-linearityareconsidere

4、d.Avigorousmethodforsimulatingthehighstrengthboltwithonlyoneelementisprovided,andthusthefrictionforce,contactfaceslippingandshearyieldingcanbetakenintoaccount.Thestressanddeformationintheplategirderareobtained.Thevalueanditsdistributionpatternoftheshearforcefo

5、rspliceboltsarediscussedemphatically.Theresultsandadvicescanbereferencedinthesimilarstructuraldesign.KEYWORDS:steelstructure;boilerframe;steelplategirder;splicebolt;non-linearanalysis1前言目前火力发电仍是我国电力供应的主要渠道，各种超临界火电机组在全国各地大量兴建。钢结构大板梁作为火电机组炉体的最重要承重构件，其跨度、截面高度和所受荷

6、载都远远超过了常规结构，成为影响结构可靠性和经济性的关键因素。特别是由于运输、安装条件和手段的限制，大板梁在设计中通常采用沿长度分段、沿高度分层、并在现场使用高强螺栓进行拼接的方法[1,2]，因此大板梁叠接和拼接处连接的方法是结构设计的重点和难点问题。由于大板梁叠接和拼接处使用了大量螺栓连接，对栓孔对位精度要求很高，一旦设计或施工方法不当，将影响螺栓的穿孔率和有效预紧力[3]，从而影响大板梁的承载力和刚度，甚至造成安全隐患。同时，由于大板梁组合体构造复杂、并承受着众多数值巨大的竖向荷载，会使叠接和拼接面处螺栓剪力分

7、布不均匀，甚至可能存在较大内力集中的现象，如果设计中没有合理考虑，亦将降低大板梁的安全度。而现有的大板梁有限元分析[4,5]中均未合理考虑螺栓的剪力分布，螺栓所受剪力多采用剪力互等原理、忽略被连接板件自身变形等与常规结构相同的基本假设进行计算，没有考虑大板梁尺寸效应的影响，不能揭示螺栓的真实受力状态。因此本文结合九台电厂600MW锅炉大板梁的结构原型，通过整体建模，对板梁分层和分段处的拼接螺栓进行精细的有限元分析，揭示螺栓受力状态，为设计提供依据。2结构原型与分析模型大板梁的跨度为31.2m，截面高度7.85m，分

8、为上下两层，其中下层通常，上层分为三段，具体形式如图1所示。A-A剖面中左侧较小部分称为辅助板梁，右侧较大部分称为主板梁，主板梁与辅助板梁共用上翼缘、并在上下层均使用若干加劲肋相连。在上下层焊接型钢的翼缘叠接处、上层分段的拼接处和梁端支座端板拼接处均采用美国标准中的ASTMA490M高强螺栓连接（10.9级，直径36mm）。图1大板梁的分层与分段采用通用有限