專利名稱：基于電廠鋼結(jié)構(gòu)大板梁與柱連接節(jié)點(diǎn)的構(gòu)筑方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑工程技術(shù)領(lǐng)域的節(jié)點(diǎn)構(gòu)筑方法，具體是一種基于大型火 電廠鍋爐鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)的新型構(gòu)筑方法。
技術(shù)背景近年來，我國(guó)的火電事業(yè)發(fā)展迅速，火電廠規(guī)模越來越大，已經(jīng)建成1000MW 鍋爐機(jī)組電廠40余座。隨著電廠規(guī)模的擴(kuò)大，對(duì)電廠主鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出了更高 的要求。大板梁是電廠鍋爐鋼結(jié)構(gòu)中的主要受力構(gòu)件，承擔(dān)所有吊起鍋爐的豎向 荷載。由于大板梁所受荷載及本身截面尺寸較大且形式多變，成為電廠設(shè)計(jì)和建 筑過程中的重要部分。而大板梁與柱頂?shù)倪B接又是工程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。實(shí)際工 程中， 一般將大板梁直接放置在柱頂支座上，屬于自然接觸連接。鍋爐大板梁作 為鋼結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件，其傳至柱頂?shù)暮奢d較大，因此大板梁支座的構(gòu)筑方法 對(duì)柱頂結(jié)構(gòu)和柱截面的安全性都將產(chǎn)生較大影響。一個(gè)滿足使用要求的大板梁支 座應(yīng)具備便于制造、傳力直接、引起柱頂彎矩小等特點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外常用的大板 梁支座有兩種形式，即條形支座和正扣式弧形支座。條形支座的優(yōu)點(diǎn)是形式簡(jiǎn)單， 便于制造，其缺點(diǎn)是限制梁的轉(zhuǎn)動(dòng)，傳力不合理。當(dāng)大板梁受力變形后，大板梁 與條形支座的接觸形式由面接觸變成線接觸，產(chǎn)生較大的彎矩，從而造成大板梁 下翼緣產(chǎn)生應(yīng)力過于集中，影響結(jié)構(gòu)安全。與條形支座不同，正扣式弧形支座不 限制梁轉(zhuǎn)動(dòng)，支座頂部彎矩較小，傳力合理。但正扣式弧形支座僅能應(yīng)用于大板 梁兩端各只有一條支座加勁肋的情況。對(duì)于有兩道支座加勁肋的大板梁，正扣式 弧形支座與大板梁下翼緣的接觸屬于線接觸，造成加勁肋懸空，傳力并不合理。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，趙志峰在《電站系統(tǒng)工程》2001年(第5 期)發(fā)表的"常用大板梁支座淺析" 一文中提出了一種梯形支座，這種梯形支 座只是起到了消減柱頂彎矩的作用，只是一種改良的條形支座，并沒有從根本上 消除條形支座缺點(diǎn)。所有現(xiàn)有幾種支座形式?jīng)]有很好地解決節(jié)點(diǎn)傳力和彎矩松 弛兩大問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于電廠鋼結(jié)構(gòu)大板梁與 柱連接節(jié)點(diǎn)的構(gòu)筑方法，使其修正現(xiàn)有大板梁與柱連接節(jié)點(diǎn)形式的缺陷及不足， 具有傳力合理、能有效減小支座處彎矩的特點(diǎn)。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，包括如下步驟第一步，確定支座加勁肋的位置、數(shù)量及間距。支座加勁肋設(shè)置在離大板梁兩端0. 5米的位置。根據(jù)荷載大小和大板梁尺寸 來確定支座加勁肋數(shù)量，當(dāng)荷載小于5000噸或者大板梁高度低于7米時(shí)，大板 梁每端可只設(shè)置一道支座加勁肋；當(dāng)荷載大于5000噸或者大板梁高度高于7米 時(shí)，每端應(yīng)設(shè)置兩道支座加勁肋。加緊肋在疊合面處設(shè)置斷開，靠夾板和螺栓緊 固。為保證加勁肋固定螺栓的安裝，加勁肋間距應(yīng)根據(jù)夾板厚度和固定螺栓級(jí)別 確定。加勁肋間距應(yīng)大于2倍夾板厚度與6倍螺栓高度及1倍加勁肋厚度之和。第二步，確定支座形式。支座形式應(yīng)根據(jù)支座加勁肋數(shù)量來確定，當(dāng)支座加勁肋數(shù)量為每端一根時(shí)， 可將支座設(shè)置成正扣或者反口弧形支座兩種形式，當(dāng)支座加勁肋為每端兩根時(shí)， 必須將支座形式設(shè)置為反扣型弧形支座，即弧形支座底平面與大板梁下翼緣焊 接，弧形面與柱頂蓋板自由接觸，可繞接觸線自由轉(zhuǎn)動(dòng)。第三步，確定弧形支座尺寸?；⌒沃ё鶎挾扰c第一步確定的加勁肋間距一致，保證支座加勁肋可直接傳力 至弧形支座，總高度可取150毫米，其中弧形段高度可取30毫米。 第四步，設(shè)置定位孔。確定了支座形式和尺寸后，在柱頂蓋板和梁下翼緣，沿弧形支座兩邊設(shè)置定 位孔，定位孔是大板梁吊裝時(shí)梁與柱的對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)，必須考慮梁安裝完成后大板梁受 荷后的側(cè)向相對(duì)位移。本發(fā)明采用有限元方法確定安裝完成后大板梁受荷后的側(cè)向相對(duì)位移，步驟 如下步驟一，大板梁建模。建立大板梁有限元模型，包括上下翼緣，腹板，疊合面，橫向加勁肋，縱向 加勁肋，支座加勁肋，對(duì)其劃分網(wǎng)網(wǎng)格。5步驟二，弧型支座建模。在大板梁下翼緣底面兩端建立反扣得弧形面作為弧形支座的斷面，后補(bǔ)充包 絡(luò)成體，作為弧形支座。 步驟三，柱頂建模。建立柱頂有限元模型，可取柱高度為5米，柱頂蓋板厚度取150毫米。 步驟四，劃分網(wǎng)格將大板梁、弧型支座和柱頂劃分有限元網(wǎng)格。 步驟五，接觸設(shè)置。在接觸線附近將網(wǎng)格細(xì)化，在柱頂蓋板上表面覆蓋一層目標(biāo)單元，而在弧形 支座上表面覆蓋一層接觸單元。 步驟六，計(jì)算及結(jié)果提取。打開軟件計(jì)算開關(guān)進(jìn)行計(jì)算，完成后提取弧形支座與柱頂蓋板接觸處節(jié)點(diǎn)相 對(duì)位移為定位孔偏移量。第五步，按照有限元計(jì)算值確定支座定位孔位置。將第四步有限元方法所得的弧形支座和梁底板水平側(cè)向相對(duì)位移作為大板 梁定位孔的參考值，在柱頂蓋板和大板梁下翼緣沿弧形支座兩邊對(duì)應(yīng)位置設(shè)置定 位孔，供工廠下料時(shí)使用。本發(fā)明采用反扣式弧形支座連接鍋爐鋼結(jié)構(gòu)大板梁，與傳統(tǒng)的條形支座和正 扣式弧形支座相比存在以下幾點(diǎn)改進(jìn)反扣式弧形支座保證了梁與柱間的自由轉(zhuǎn) 動(dòng)，不產(chǎn)生彎矩，因此對(duì)柱的設(shè)計(jì)非常有利，柱截面面積約減小20%;同時(shí)又保 證了支座加勁肋能直接將力傳遞至弧形支座上，傳力合理；定位孔的設(shè)置保證了大板梁在吊裝時(shí)的精確定位(精確到0.1毫米)以及吊裝完成后的安全使用。因此按本發(fā)明確定的大板梁與柱的連接構(gòu)造方法更為合理。本發(fā)明適用于所有大型 電廠鋼結(jié)構(gòu)大板梁的節(jié)點(diǎn)設(shè)置。


圖1為大板梁與柱連接整體示意2為支座加勁肋示意3為本發(fā)明支座節(jié)點(diǎn)構(gòu)造詳4為本發(fā)明弧形支座尺寸詳圖6圖5為本發(fā)明定位孔偏移示意中大板梁一l，支座加勁肋一2，柱頂一3，夾板一4，緊固螺栓一5，定 位螺栓一6，弧形支座一7，柱頂蓋板一8，柱頂加緊肋一9，定位孔一10。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的 保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。 實(shí)施例以天津北疆電廠大板梁1連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造為例。該大板梁1采用疊合梁的形式，由上下兩根工字鋼梁疊合而成，總長(zhǎng)為42900mra，主截面尺寸為8600X1800X 1500X50mm，如圖1所示，為保證腹板的局部穩(wěn)定性，依照鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 (GB50017-2003)的相關(guān)條文在腹板上布置了縱向和橫向加勁肋，設(shè)定支座加勁 肋2間距為d，緊固螺栓5高度為h，夾板4厚度為T，支座加勁肋2厚度為Tl， 弧形支座7寬度為D，總高度為H，弧形段高度為H1，接觸面相對(duì)滑移量為dl。 按本發(fā)明構(gòu)筑梁柱連接節(jié)點(diǎn)的步驟如下(1) 確定支座加勁肋2的位置、數(shù)量及間距支座加勁肋2位置確定在離大 板梁1兩端0.5米的處，大板梁1荷載大于7500噸，高度為8.6米，每端設(shè)置 兩道支座加勁肋2，加勁肋間距根據(jù)緊固螺栓5級(jí)別確定。設(shè)加勁肋2間距為d， 緊固螺栓5高度為h=20mm，夾板4厚度為T=40mm，加勁肋2厚度為Tl=60mm， 則d>2T+6h+Tl=260，取d=280mm，如圖2所示。(2) 確定支座形式因大板梁1每端設(shè)置兩道支座加勁肋2，將支座形式設(shè) 置為反扣型弧形支座7，即弧形支座7底平面與大板梁1下翼緣焊接，弧形面與 柱頂蓋板8自由接觸，如圖3所示。(3) 確定弧形支座7尺寸弧形支7座寬度與加勁肋間2距一致，即 D=d=280mm，總高度取H^150mm，其中弧形段高度取Hl=30mm，如圖4所示。(4) 設(shè)置定位孔10:確定了支座形式和尺寸后，應(yīng)在柱頂蓋板8和梁下翼緣， 沿弧形支座7兩邊設(shè)置定位孔10，定位孔是大板梁1吊裝時(shí)梁與柱的對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)， 必須考慮梁安裝完成后的側(cè)向相對(duì)位移dl，如圖5所示，相對(duì)位移的計(jì)算采用 有限元模擬的方法，歩驟如下1) 大板梁1的建模及網(wǎng)格劃分按照設(shè)計(jì)圖紙采用實(shí)體建模的方法建立大 板梁l有限元模型，包括上下翼緣，腹板，疊合面，橫向加勁肋，縱向加勁肋， 支座加勁肋2，將各構(gòu)件采用布爾操作加在一起形成一整體。用實(shí)體單元(SOLID45)單元智能劃分網(wǎng)格。2) 弧型支座2建模在大板梁1下翼緣底面兩端與下翼緣下表面相切位置建立反扣弧形面作為弧形支座2的斷面，后補(bǔ)充拉伸包絡(luò)成體，作為弧形支座2。 用S0LID45單元智能劃分網(wǎng)格。3) 柱頂3建模建立柱頂有限元模型，包括十字交叉柱各構(gòu)件和柱頂加勁 肋9，各構(gòu)件采用布爾操作加在一起形成一整體，取柱高度為5m，柱頂蓋板8 厚度150mm。4) 接觸設(shè)置在接觸線附近將網(wǎng)格細(xì)化， 一般將網(wǎng)格線細(xì)化為現(xiàn)有網(wǎng)格的 1/2長(zhǎng)，在柱頂蓋板上表面覆蓋一層目標(biāo)單元targe170，而在弧形支座上表面覆 蓋一層接觸單元contal73，設(shè)置摩擦系數(shù)為u 二O. 2,接觸剛度為K=0. 1。通過提取目標(biāo)單元與接觸單元接觸線上節(jié)點(diǎn)的位移，得到弧形支座與柱頂蓋 板8相對(duì)滑移量為dl=3. 2mm，這便是大板梁1下翼緣定位孔10和柱頂蓋板8定 位孔10的偏離距離。在柱頂蓋板8和大板梁1下翼緣沿弧形支座兩邊設(shè)置兩對(duì) 相對(duì)偏移3. 2mra的定位孔10。由本實(shí)施例的結(jié)果可知，采用反扣式弧形支座7連接大板梁1與柱，很好的 松弛了柱頂彎矩，避免應(yīng)力集中，且解決了有兩條支座加勁肋2時(shí)正扣式弧形支 座7的加勁肋2懸空問題。采用接觸分析的方法計(jì)算得到的接觸面相對(duì)位移為大 板梁1下翼緣及柱頂蓋板8間的定位孔10設(shè)置提供了精確的位置偏移量。
權(quán)利要求
1、一種基于電廠鋼結(jié)構(gòu)大板梁與柱連接節(jié)點(diǎn)的構(gòu)筑方法，其特征在于，包括如下步驟第一步，確定支座加勁肋的位置、數(shù)量及間距支座加勁肋設(shè)置在大板梁兩端位置，根據(jù)荷載大小和大板梁尺寸來確定支座加勁肋數(shù)量當(dāng)荷載小于5000噸或者大板梁高度低于7米時(shí)，大板梁每端只設(shè)置一道支座加勁肋；當(dāng)荷載大于5000噸或者大板梁高度高于7米時(shí)，每端應(yīng)設(shè)置兩道支座加勁肋，加緊肋在疊合面處設(shè)置斷開，靠夾板和螺栓緊固，加勁肋間距由夾板厚度和固定螺栓級(jí)別確定；第二步，確定支座形式支座形式應(yīng)根據(jù)支座加勁肋數(shù)量來確定當(dāng)支座加勁肋數(shù)量為每端一根時(shí)，將支座設(shè)置成正扣或者反口弧形支座兩種形式；當(dāng)支座加勁肋為每端兩根時(shí)，將支座形式設(shè)置為反扣型弧形支座；第三步，確定弧形支座尺寸弧形支座寬度與第一步確定的加勁肋間距一致，保證支座加勁肋能直接傳力至弧形支座；第四步，設(shè)置定位孔確定了支座形式和尺寸后，在柱頂蓋板和梁下翼緣，沿弧形支座兩邊設(shè)置定位孔，定位孔是大板梁吊裝時(shí)梁與柱的對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)，采用有限元方法確定安裝完成后大板梁受荷后的側(cè)向相對(duì)位移；第五步，按照有限元計(jì)算值確定支座定位孔位置將第四步有限元方法所得的弧形支座和梁底板水平側(cè)向相對(duì)位移作為大板梁定位孔的參考值，在柱頂蓋板和大板梁下翼緣沿弧形支座兩邊對(duì)應(yīng)位置設(shè)置定位孔，供工廠下料時(shí)使用。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電廠鋼結(jié)構(gòu)大板梁與柱連接節(jié)點(diǎn)的構(gòu)筑方法， 其特征是，第一步中，支座加勁肋設(shè)置在離大板梁兩端0.5米的位置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于電廠鋼結(jié)構(gòu)大板梁與柱連接節(jié)點(diǎn)的構(gòu)筑 方法，其特征是，第一步中，加勁肋間距大于2倍夾板厚度與6倍螺栓高度及1倍加勁肋厚度之和。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電廠鋼結(jié)構(gòu)大板梁與柱連接節(jié)點(diǎn)的構(gòu)筑方法， 其特征是，第二步中，將支座形式設(shè)置為反扣型弧形支座是指弧形支座底平面與 大板梁下翼緣焊接，弧形面與柱頂蓋板自由接觸，可繞接觸線自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電廠鋼結(jié)構(gòu)大板梁與柱連接節(jié)點(diǎn)的構(gòu)筑方法， 其特征是，第三步中，弧形支座總高度取150毫米，其中弧形段高度取30毫米。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電廠鋼結(jié)構(gòu)大板梁與柱連接節(jié)點(diǎn)的構(gòu)筑方法， 其特征是，第四步中，采用有限元方法確定安裝完成后大板梁受荷后的側(cè)向相對(duì) 位移，步驟如下步驟一，大板梁建模建立大板梁有限元模型，包括上下翼緣、腹板、疊合 面、橫向加勁肋、縱向加勁肋、支座加勁肋，對(duì)其劃分網(wǎng)格；步驟二，弧型支座建模在大板梁下翼緣底面兩端建立反扣得弧形面作為弧 形支座的斷面，后補(bǔ)充包絡(luò)成體，作為弧形支座；步驟三，柱頂建模建立柱頂有限元模型，取柱高度為5米，柱頂蓋板厚度 取150毫米；步驟四，劃分網(wǎng)格將大板梁、弧型支座和柱頂劃分有限元網(wǎng)格；步驟五，接觸設(shè)置在接觸線附近將網(wǎng)格細(xì)化，在柱頂蓋板上表面覆蓋一層目標(biāo)單元，而在弧形支座上表面覆蓋一層接觸單元；步驟六，結(jié)果提取提取弧形支座與柱頂蓋板接觸處節(jié)點(diǎn)相對(duì)位移為定位孔偏移量。
全文摘要
一種建筑工程技術(shù)領(lǐng)域的基于電廠鋼結(jié)構(gòu)大板梁與柱連接節(jié)點(diǎn)的構(gòu)筑方法，包括如下步驟第一步，確定支座加勁肋的位置、數(shù)量及間距支座加勁肋設(shè)置在大板梁兩端位置，根據(jù)荷載大小和大板梁尺寸來確定支座加勁肋數(shù)量，加勁肋間距由夾板厚度和固定螺栓級(jí)別確定；第二步，確定支座形式支座形式應(yīng)根據(jù)支座加勁肋數(shù)量來確定；第三步，確定弧形支座尺寸弧形支座寬度加勁肋間距一致；第四步，設(shè)置定位孔在柱頂蓋板和梁下翼緣，沿弧形支座兩邊設(shè)置定位孔；第五步，按照有限元計(jì)算值確定支座定位孔位置。本發(fā)明修正現(xiàn)有大板梁與柱連接節(jié)點(diǎn)形式的缺陷及不足，具有傳力合理、能有效減小支座處彎矩的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)E04B1/36GK101265725SQ20081003521
公開日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2008年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月27日
發(fā)明者劉明路, 毅 王, 斌 肖, 趙金城 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)