[发明专利]一种箱体结构中Q460高强钢立柱的截面设计方法

说明书

本发明公开了一种箱体结构中Q460高强钢立柱的截面设计方法，属于结构工程技术领域。所述方法包括：考虑初始几何缺陷和残余应力的影响，发明了箱体结构中受墙板蒙皮支撑作用的高强钢立柱轴压稳定性计算方法，并结合横向荷载作用下的立柱承载力计算方法，提出压弯立柱承载力计算方法，并根据初步设计截面立柱的压弯承载力不超过压弯荷载设计值验证设计截面的可靠性。本发明通过设计步骤方法和根据大量非线性有限元模拟拟合得出的具体计算公式，解决了箱体结构Q235钢板墙板‑Q460钢材立柱结构体系中立柱截面设计的问题，达到了保证设计结果可靠以及经济性好的效果。

技术领域

本发明涉及一种箱体结构中Q460高强钢立柱的截面设计方法，属于结构工程技术领域。

背景技术

由于大气污染物排放标准的提高，基于新工艺、高效率的除尘器的新建、改建的需求量日益增大，这促进了烟尘收集技术、工艺的不断发展，并且对除尘器支承结构有了更高的要求。中、大型的除尘器箱体结构一般采用带加劲肋的平直钢板墙板一H形截面立柱的组合结构。加劲墙板与H形截面立柱通过连续焊缝连接，形成密闭的除尘空间，并且协同受载。墙板作为主要的围护部件，承受除尘器箱体内部由于气流高温引起的负压(一般在3kPa至9kPa之间)以及一定的风荷载，并将这些横向荷载传递到H形截面立柱。立柱作为除尘器主要的支承骨架，一方面承受墙板传递来的横向荷载，另一方面承担柱顶横梁传递来的箱体内阴极线、阳极板、振打装置等除尘设备的自重以及附着的积灰荷载等竖向压力。为减小立柱的长细比，箱体内部一般设有垂直于墙板方向的横向支撑约束立柱。因此，除尘器箱体H形截面立柱实际为一种多跨连续压弯构件。

对于普通钢材制作的除尘器箱体骨架立柱的承载性能的深入研究发现，由于箱体墙板与立柱焊接形成一个受力整体，墙板能够发挥为立柱分担荷载与提供约束的蒙皮支撑作用，使得箱体立柱的稳定性明显优于独立工作的H形截面立柱，一般在弹塑性阶段失稳，可以充分利用立柱钢材的强度。因此，在墙板设计合理的前提下，将高强度钢材应用于箱体骨架立柱具有良好的稳定性，可以充分利用材料的高强度优势，并且可以有效减小构件截面，进而可以带来降低材料消耗，降低运输安装和防腐防火成本，简化焊接制作工艺，改善抗震性能等诸多益处。

现有技术中关于除尘器箱体立柱承载力的计算方法和立柱截面的设计方法均只针对普通钢材，当立柱采用高强钢后，初始几何变形与残余应力对于立柱稳定承载力的影响程度与普通钢材情况会有差异，由立柱失稳时对应的应力水平所决定的失稳时刻立柱的材料性能与普通钢材也有差异，针对独立工作的高强钢立柱稳定性进行的大量研究表明，普通钢材立柱稳定性计算方法不再适用于高强钢立柱。然而，目前尚无受蒙皮支撑高强钢立柱的承载力计算方法和相应结构设计方法的相关研究报道。

发明内容

为了使高强钢能够可靠应用于除尘器箱体结构，以及其他类似荷载和构造情况的箱体结构，发挥采用高强钢后的性能优势，本发明以除尘器箱体为工程背景，进行了深入系统的研发，针对目前受普通钢材加劲墙板支撑作用的Q460高强钢立柱压弯承载力计算方法的空缺，提出一种准确评估承载力的方法，继而基于承载力验算提出一种箱体结构中Q460高强钢立柱的截面设计方法。

本发明提出的方法充分考虑墙板-立柱结构体系的初始几何缺陷以及墙板与立柱焊接过程中产生的残余应力、残余变形的影响，对各参数的影响规律进行定量研究，得出以多项结构几何参数表征的箱体高强钢压弯柱稳定承载力计算方法，考虑因素全面，可靠性高，便于工程应用。

本发明的方法充分考虑初始缺陷对箱体Q460高强钢立柱轴压稳定性的影响，确定了不同加劲墙板结构参数与立柱截面结构参数对箱体Q460高强钢立柱在轴向压力作用下稳定性的影响规律后，提出了基于除尘器背景的箱体结构中Q460高强钢立柱的轴压稳定性计算方法；在此基础上进一步提出了同时承受横向荷载和轴向压力作用的箱体结构中Q460高强钢立柱压弯承载力计算方法，以承载力验算为条件提出了箱体结构中Q460高强钢立柱的截面设计方法。此方法对于其他非除尘器领域的构造中荷载情况相似的箱体结构也适用。