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铝厂钢管道支架结构参数选择及数值分析研究

赵淑凡  
【摘要】:管道支架是特种结构,在各行各业都发挥着重要作用。本文以某氧化铝厂为例对多层活动支架结构的牵制系数进行了理论分析,并对多层钢管道支架结构的静力学性能进行了数值分析和优化设计。 本文首先根据管道支架设计资料分别对活动支架和固定支架建立了二维杆系结构力学模型。荷载分别考虑了支架自重、管道重、介质重、保温层重、管道因温度变化施加于支架的水平力以及管道风荷载施加于支架的水平力。垂直于管道的支架,横梁约束简化为横梁与柱接触面上的固定约束,平行于管道的支架,横梁约束简化为横梁与柱接触面上的铰接约束。根据管道支架的工艺及工作性质,对多层活动支架的牵制系数进行了定量的分析,对多层管道支架进行了最不利荷载组合和优化分析,并检验其强度和刚度。获得了氧化铝厂多层活动支架的牵制系数以及支架下柱高度与用钢量之间的关系曲线,找出了氧化铝厂多层钢管道支架结构最合理的构件截面形式,最佳下柱高度和每榀支架最佳用钢量。 对固定支架横梁建立了三维力学模型,对所建模型采用实体单元进行了网格离散,荷载分别考虑了横梁自重、管道重、介质重、保温层重、管道因温度变化施加于支架横梁的水平切向力。横梁两端约束简化为横梁与柱接触面上的固定约束,横梁中间约束简化为横梁与水平杆接触面上的铰接约束。对横梁进行了有限元数值分析,求解出应力场和位移场,并检验其强度和刚度。 本文应用数值分析方法分析多层钢管道支架结构得到了与工程经验相符合的结果,在大量数值计算基础上进行的构件选型、参数选择得到了对工程实际具有指导意义的结果。


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