柜顶结构优化(上)
在结构设计过程中,工程人员都希望通过使用最少的材料来达到最大的结构承载力,因此对于结构布置形式以及如何将有限的材料运用到最能增强结构承载力的地方也就是值得工程人员研究的课题。在前文所述的文献中,研究了许多截面刚度大小与结构承载力之间的关系,但这些研究都未能仔细地区分在何种位置上增大结构截面能获得更好的效果,也未能对比在大致相同的材料用量下,采用哪种结构布置方式能够得到最大的结构承载力。本文参考王秀丽[16]和周伟[12]所做的工作,在去掉板单元的基础上,采用特征值屈曲分析方法,分析比较加大主梁截面和加密主梁网格这两种结构布置方式的区别。
①增大主梁截面和加密主梁网格 在 30 万立方新型干式煤气柜柜顶设计方案中,柜顶结构的径向梁之间的夹角为 11.25°,径向梁和环向梁都采取的是 C28B(C36B)的截面,为了更加经济地提高结构的承载力,需要在减小径向梁夹角即增加肋环形网格密度和直接加大主梁截面两个方案之间进行对比。本文采用径向梁夹角分别为 10°、11.25°和 12.85°即沿环向将结构分为36份、32份和28份以及主梁截面为C24B( C32B)、C28B(C36B)和 C32B(C40B)这三种截面来进行计算对比,得到结果如下表:
①增大主梁截面和加密主梁网格 在 30 万立方新型干式煤气柜柜顶设计方案中,柜顶结构的径向梁之间的夹角为 11.25°,径向梁和环向梁都采取的是 C28B(C36B)的截面,为了更加经济地提高结构的承载力,需要在减小径向梁夹角即增加肋环形网格密度和直接加大主梁截面两个方案之间进行对比。本文采用径向梁夹角分别为 10°、11.25°和 12.85°即沿环向将结构分为36份、32份和28份以及主梁截面为C24B( C32B)、C28B(C36B)和 C32B(C40B)这三种截面来进行计算对比,得到结果如下表:
通过对表 4.4-4.6 的分析可以得知:
1)增大主梁截面和加密网格都能够提高结构的承载力;
2)在主梁截面不变时,增大网格密度也能提高结构承载力。
为更充分地对比两者的优劣,特别是考察耗钢量的影响,将表 4.4-4.6 的等效雪荷载与总耗钢量的比值与结构主梁截面和径向梁根数的关系绘制如图 4.6:
1)增大主梁截面和加密网格都能够提高结构的承载力;
2)在主梁截面不变时,增大网格密度也能提高结构承载力。
为更充分地对比两者的优劣,特别是考察耗钢量的影响,将表 4.4-4.6 的等效雪荷载与总耗钢量的比值与结构主梁截面和径向梁根数的关系绘制如图 4.6:
通过上图可以得出结论:
1)在径向梁根数即网格密度一定的条件下,结构主梁截面的增大能提高结构承载力,并且其等效雪荷载与耗钢量的比值也上升,结构的经济性更好;
2)在主梁截面一定的条件下,增大网格密度,结构的承载力虽然有所上升,但是与结构的耗钢量进行比值后,等效雪荷载与耗钢量的比值降低了,结构的经济性变差;
3)对比径向梁根数为 32 主梁截面为 C24B 和径向梁根数为 28 主梁截面为C28B 这两个方案,后者的等效雪荷载承载力更高,且等效雪荷载与结构耗钢量的比值也较前者高出 11%,显然径向梁根数为 28,截面为 C28B 的方案在耗钢量相当的情况下比根数为 32 截面为 C24B 的方案承载力高,经济性好;
4)对比径向梁根数为 36 主梁截面为 C28B 和径向梁根数为 32 主梁截面为C32B 这两个方案,后者的等效雪荷载较前者高出了 18%,等效雪荷载与结构耗钢量的比值较前者高出了 9.9%,可以认为径向梁根数为 32 截面为 C32B 的方案承载力较径向梁根数为 36 跟截面为 C28B 的方案等效承载力更高,经济性也更好;
5)对比径向梁根数为 36 主梁截面为 C24B 和径向梁根数为 28 主梁截面为C32B 这两个方案,后者屈曲时等效雪荷载较前者高出了 37%,等效雪荷载与耗钢量的比值也较前者高出了 21.6%,可以认为径向梁根数为 28 截面为 C32B 的方案承载力较径向梁根数为36 跟截面为C24B的方案等效承载力更高,经济性也更好; 通过以上对比不难得出结论:增大主梁的截面能够提高结构屈曲时的等效雪荷载以及等效雪荷载和结构耗钢量的比值;增加径向梁的根数,虽然能提高结构屈曲时等效屈曲雪荷载,但是与结构耗钢量进行比值后,发现增加径向梁的根数反而使得结构等效雪荷载与耗钢量的比值下降,即可认为增加径向梁的根数来提高结构承载力是不经济的做法。在满足柜顶承载力和柜体运行要求的情况下,较少的径向梁根数是较经济的选择。
1)在径向梁根数即网格密度一定的条件下,结构主梁截面的增大能提高结构承载力,并且其等效雪荷载与耗钢量的比值也上升,结构的经济性更好;
2)在主梁截面一定的条件下,增大网格密度,结构的承载力虽然有所上升,但是与结构的耗钢量进行比值后,等效雪荷载与耗钢量的比值降低了,结构的经济性变差;
3)对比径向梁根数为 32 主梁截面为 C24B 和径向梁根数为 28 主梁截面为C28B 这两个方案,后者的等效雪荷载承载力更高,且等效雪荷载与结构耗钢量的比值也较前者高出 11%,显然径向梁根数为 28,截面为 C28B 的方案在耗钢量相当的情况下比根数为 32 截面为 C24B 的方案承载力高,经济性好;
4)对比径向梁根数为 36 主梁截面为 C28B 和径向梁根数为 32 主梁截面为C32B 这两个方案,后者的等效雪荷载较前者高出了 18%,等效雪荷载与结构耗钢量的比值较前者高出了 9.9%,可以认为径向梁根数为 32 截面为 C32B 的方案承载力较径向梁根数为 36 跟截面为 C28B 的方案等效承载力更高,经济性也更好;
5)对比径向梁根数为 36 主梁截面为 C24B 和径向梁根数为 28 主梁截面为C32B 这两个方案,后者屈曲时等效雪荷载较前者高出了 37%,等效雪荷载与耗钢量的比值也较前者高出了 21.6%,可以认为径向梁根数为 28 截面为 C32B 的方案承载力较径向梁根数为36 跟截面为C24B的方案等效承载力更高,经济性也更好; 通过以上对比不难得出结论:增大主梁的截面能够提高结构屈曲时的等效雪荷载以及等效雪荷载和结构耗钢量的比值;增加径向梁的根数,虽然能提高结构屈曲时等效屈曲雪荷载,但是与结构耗钢量进行比值后,发现增加径向梁的根数反而使得结构等效雪荷载与耗钢量的比值下降,即可认为增加径向梁的根数来提高结构承载力是不经济的做法。在满足柜顶承载力和柜体运行要求的情况下,较少的径向梁根数是较经济的选择。
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