大跨度环保封闭料场双层圆柱面网壳结构设计.pdf

文章编号:()收稿日期:基金项目:中铁十五局集团有限公司科技研发计划项目()作者简介:田国文()男山西朔州人高级工程师主要从事各种混凝土结构及钢结构的分析和技术研究方面的工作:.引文格式:田国文.大跨度环保封闭料场双层圆柱面网壳结构设计.铁道建筑技术():.大跨度环保封闭料场双层圆柱面网壳结构设计田国文(中铁十五局集团有限公司 上海)摘 要:环保封闭料场对改善环境、减少环境污染、节约资源具有重大意义 以某大型露天料场进行环保封闭改造为研究对象主体结构采用大跨度正放四角锥双层三心圆柱面网壳结构山墙采用钢桁架结构运用有限元软件对结构进行整体计算分析研究各种工况对结构体系受力影响基于结构动力特性分析得出杆件长细比、结构位移、结构承载力等各项控制指标并提出一种结构连接橡胶支座做法以期为类似工程项目提供参考关键词:柱面网壳结构 动力特性 数值分析 橡胶支座中图分类号:文献标识码:./.(.):.:引言国内大多数钢铁厂、煤厂、化工厂、电厂、矿场等原有的露天料场都存在污染环境、物料损耗高等问题这与国家大力倡导环保、绿色低碳的政策不相符露天料场实现环保封闭势必成为必然趋势 料场封闭不仅可以有效防止物料扬尘还可以减少物料损耗提高原料利用率降低能源资源消耗为企业创造显著效益同时可以显著改善料场周边环境和作业环境实现绿色工厂和蓝天工程料场一般跨度都比较大且内部布置有大型堆取设备一般采用网架结构、桁架结构和网壳结构其中网壳结构是比较常用的大跨度封闭结构形式 网壳结构不仅有杆系结构构造简单和薄壳结构受力合理的特点而且结构形式优美、耗钢量低、刚度较好、传力形式简洁按层数可分为单层网壳 和双层网壳 按表面形状可分为球面网壳、双曲面网壳、柱面网壳、双曲抛物面网壳等环保封闭料场于近几年才开始得到应用推广相关研究文献并不多见理论研究、设计分析及施工建设方面还有诸多之处亟需完善和发展 本文结合某钢铁厂露天料场环保封闭改造工程对空间网壳结构进行设计分析与研究 工程概况该工程位于江苏省南京市厂区内有 处露天矿石料场长度为 宽度为 料场之间间隔 总贮量约 万 料场内设置有 条运输胶带机和 台堆取料机输送能力为 /因环保政策要求需要对其进行全封闭改造如图 所示铁道建筑技术 ()田国文:大跨度环保封闭料场双层圆柱面网壳结构设计图 环保封闭料场工艺断面(单位:)结构形式根据空间网格结构技术规程结合本工程特点和工艺要求环保封闭料场主体结构采用正放四角锥双层三心圆柱面网壳结构山墙采用钢桁架结构网壳跨度为 宽度为 矢高为 厚度为 内部效果图如图 所示 为了减小温度应力和温度变形对结构的影响居中设置一道伸缩缝伸缩缝宽度为.将网壳对称分为两段选取其中一段进行计算分析计算跨度为 网壳矢跨比为/满足技术规程要求的/网壳厚宽比为/满足技术规程要求的/结构形式合理符合规定要求 沿纵向按.划分网格每两个网格设置一个图 环保封闭料场内部效果图支座采用下弦点支撑支点间距为.支座采用橡胶支座释放纵向温度应力 杆件连接节点采用螺栓球形式 计算假定假定所有连接节点均为铰接杆件只承受轴力结合空间网壳结构类型、平面形状、荷载形式及不同设计阶段等条件采用空间杆系有限元法进行计算分析 结构计算分析.计算参数()建筑结构的安全等级建筑结构的安全等级为二级正常施工、正常使用、正常维护条件下设计工作年限为 年()抗震设防烈度本工程抗震设防烈度为 度设计基本地震加速度值为.设计地震分组为第一组场地类别为类特征周期为.抗震设防类别为丙类()设计采用的主要荷载主要荷载见表 表 主要荷载荷载类型荷载工况荷载大小/(/)屋面荷载屋面板和檩条自重.屋面活荷载.网壳自重计算机程序自动生成风荷载基本风压(地面粗糙度 类).雪荷载基本雪压.温度作用按照 考虑其他荷载按工艺专业任务书取值.结构模型构建主体的正放四角锥双层三心圆柱面网壳和山墙的桁架共同工作采用 软件建立有限元模型进行整体计算分析 除屋面压型钢板采用板单 图 整体结构计算 有限元模型元模拟外上弦层杆、下弦层杆、腹杆等均采用杆单元模拟共有 个杆单元节点 个 风荷载体系系数根据风洞试验结果输入 整体结构计算有限元模型如图 所示.构件截面优化根据设计规范设定应力比限制 .通过分析验算不断优化结构模型数据调整构件截面最终确定网壳上层弦杆、下层弦杆、腹杆和山墙桁架构件截面规格和数量见表 从表 可以看出整个结构耗钢量为 平均每平米耗钢量约为.经济实用性较好表 网壳和山墙构件序号 部位截面材性数量长度/重量/网壳.网壳.网壳 网壳 网壳 网壳 网壳 网壳 网壳 网壳 网壳 网壳 网壳 山墙 山墙 山墙 山墙 山墙 山墙 山墙 山墙 合计 铁道建筑技术 ()田国文:大跨度环保封闭料场双层圆柱面网壳结构设计.动态特性分析根据空间网格结构技术规程和建筑抗震设计规范规定采用振型分解反应谱法进行抗震计算对于周边落地的空间网壳结构阻尼比值取.矢跨比/./时可只考虑水平地震作用计算 阶模态质量参与系数达到 其主要自振模态如图 所示可以看出:网壳 向刚度要强于 向刚度有山墙桁架一侧结构刚度强于无山墙一侧刚度与实际情况相符图 前三阶振动模态.长细比分析各单元杆件长细比计算结果如图 所示 杆件最大长细比为.未超过规范要求的 限值均可以满足设计要求图 长细比计算结果.位移分析选取 种最不利工况位移云图见图 从图 可以看出:()在恒荷载和活荷载标准组合作用下空间网壳结构跨中位移最大最大位移量为 远小于设计规程规定的/短跨()满足设计要求同时也说明空间网壳结构具有良好的竖向抗变形能力()因 向刚度较大风荷载和地震作用对结构侧向位移影响较小本文主要考虑风荷载和地震作用对结构 向位移影响 风荷载作用下 向结构最大位移为.地震作用下 向结构最大位移为 可以看出风荷载作用影响远大于地震作用起主要控制作用同时也说明风荷载是网壳结构设计重要荷载之一图 最不利工况位移云图.承载力分析各杆件内力计算结果如图 所示最大内力为.最小内力为.各杆件强度和稳定性计算结果如图 所示网壳结构中部杆件普遍应力较小端部杆件应力较大杆件最大应力比为.均能满足设计要求图 杆件内力值图 杆件强度和稳定性计算应力比铁道建筑技术 ()田国文:大跨度环保封闭料场双层圆柱面网壳结构设计 支座连接做法本文给出一种空间网壳结构与混凝土基础之间连接支座做法见图 支座采用橡胶支座总厚度为 在橡胶垫板四周涂以防老化的酚醛树脂并粘结泡沫塑料 注意在安装与使用过程中避免与油脂类物质及其他对橡胶有害的物质接触橡胶垫板与基础钢板或混凝土之间可用 胶等胶结剂粘结固定 为保证橡胶支座发挥作用周围不可灌浆避免限制橡胶支座变形图 橡胶支座连接做法(单位:)结束语本文通过对环保封闭料场的研究得出以下主要结论:()通过数值分析软件建立有限元模型对结构进行整体分析计算其杆件长细比、结构位移、结构承载力等各项指标均可以满足设计要求()通过模态分析发现网壳结构 向刚度要强于 向刚度有山墙一侧刚度强于无山墙一侧刚度符合实际 ()通过对比结构 向位移发现风荷载作用影响远大于地震作用起主要控制作用 风荷载作用是大跨度网壳结构设计重点考虑因素()整个结构耗钢量为./满足经济实用要求()给出一种空间网壳结构与混凝土基础之间橡胶支座的连接做法参考文献 帅逸群闫冰王伟明.某大跨度单层钢结构网壳稳定分析及研究.建筑结构():.姜孝勇徐竞雄.某网壳结构分析与设计.建筑结构():.许恩林黄友钦.随机风荷载下双层网壳屋盖的矩稳定分析.中国科技论文():.冯远张恒飞.跨度 双层网壳结构静力及稳定性能研究.建筑结构学报():.李宗文.基于旋转变换矩阵法的球面不规则三角形网格构型方法研究.铁道建筑技术():.刘树堂张志.双曲面网壳半刚性节点试验及弹塑性屈曲分析.土木工程与管理学报():.郭垚敦晨阳.单层柱面网壳失稳区域预测及稳定承载力优化.空间结构():.刘中伟马瑞珍.某大跨单层双曲抛物面网壳罩棚结构设计.建筑结构():.中国建筑科学研究院.空间网格结构技术规程:.北京:中国建筑工业出版社.中冶京诚工程技术有限公司.钢结构设计标准:.北京:中国建筑工业出版社出版.中国建筑科学研究院.建筑抗震设计规范:.版.北京:中国建筑工业出版社.中国建筑科学研究院.建筑结构荷载规范:.北京:中国建筑工业出版社.(上接第 页)参考文献 吴帅徐勇赵东宁.基于深度卷积网络的目标检测综述.模式识别与人工智能 ():.段航琪彭刚关尚宾等.基于图像的大型部件污迹识别与清洗质量评价中国自动化大会论文集 北京:国际会议论文数据库:.张悦曹宇鹏陆华等.船舶表面高压水射流清洗实验与仿真.船海工程 ():.屈力刚高凯邢宇飞等.基于 的机械臂运动规划研究.机床与液压 ():.黄开启陈翀刘展飞.基于改进粒子群算法的凿岩机械臂轨迹规划.中国工程机械学报 ():.田海川郭建牛建会等.基于自动清洗的太阳电池板发电系统的设计.电源技术():.罗会兰陈鸿坤.基于深度学习的目标检测研究综述.电子学报 ():.郭睿华宋俊鹏王文旭等.基于视触数据融合的多模态细分类系统.科学技术与工程 ():.方路平何杭江周国民.目标检测算法研究综述.计算机工程与应用 ():.陈丹林清泉.基于级联式 的三维目标最优抓取方法研究.仪器仪表学报 ():.高继勋黄全振高振东等.基于反演法的移动机器人轨迹跟踪控制.中国测试 ():.陈硕千马蓉.一种基于竞赛的采摘机器人设计.信息技术与信息化():.王立鹏张智苏丽等.融合优选图案的深度学习目标识别及定位技术.哈尔滨工程大学学报 ():.何武山.动车组转向架部件智能清洗中心关键技术研究.铁道建筑技术():.铁道建筑技术 ()