D0I:10.13374/i.i8sm1001-t53.2010.08.043 第32卷第8期 北京科技大学学报 Vol 32 No 8 2010年8月 Journal of Un iversity of Science and Technology Beijng Aug 2010 大型反应器加劲薄钢板结构屈曲性能 宋波”王利)罗晓玲)孙北东)许晓慧) 1)北京科技大学土木与环境工程学院，北京1000832)北京国电龙源环保工程有限公司，北京100052 摘要通过有限元方法分析了大型反应器钢结构体系的受力与变形的薄弱位置，并对反应器中大量使用的加劲薄钢板的 屈曲性能进行了研究·在此基础上，实验分析了加劲板的稳定性·结果表明：矩形薄钢板开孔周围加加劲肋时，加劲肋对板起 到嵌固作用：对于此反应器整体结构来说，薄板选择L形加劲肋最优：对于带有加劲肋的薄板，边界约束条件越强，临界屈曲 荷载越大，板越不易发生屈曲·实验和数值结果有较好的一致性， 关键词反应器：薄钢板；加劲肋；加固；屈曲特征值 分类号TU271.1 Buck ling behavior of thin steel sheets w ith ribbed stiffeners in a selective cata- lytic reactor SONG Bo,WANG Li,LUO X iao-ling),SUN Bei-dong,XU X iao-hui) 1)School ofCivil and Envimmmental Engineering University of Science and Technobgy Beijing Beijing 100083 China 2)Beijing Longyuan Power Envimmmental Pmotection Co Ld,Beijng 100052 China ABSTRACT The finite elementmethod was used to analyze weak positions of bad and defomation in the steel structure system of a large"scale selective catalytic reactor and study the buckling behavior of thin steel sheets with ribbed stiffeners Based on these smula- tions the stability of the sheets was discussed by experment The results indicate that the sheets are strengthened when rectangular holes are attached to ribbed stiffeners which should choose L"ribbed stiffeners for the whole stnicture The stronger the boundary con- straint condition of thin steel sheets w ith rbbed stiffeners is the bigger the critical buck ling loading is and the more difficult to buckle the sheets are The experimnental data are in better agreement w ith the simulation results KEY WORDS reactos thin sheet stiffening ribs renforcement buckling eigenvalue 反应器是大型火电厂的主要设施之一，它是典 力学问题相似的船甲板的稳定性问题.20世纪60 型的大尺寸空间薄壁结构，反应器的外壁由加劲薄 年代初期，许多研究人员对不同荷载条件下的薄壳 钢板构成，加劲薄钢板在总体结构中占55.5%，是 结构，尤其是柱壳的稳定进行了研究，并得到了较为 反应器的重要组成部分，在面外均布压力和面内力 精确的结果.1963年，Thamn pson等系统地发展了结 的共同作用下，很容易发生屈曲，通过增加板厚来 构弹性稳定的基本概念③]，将总势能方程进行幂级 降低板内应力会提高成本，增加造价，因此研究加劲 数展开，用N个广义坐标和一个荷载变量描述结构 薄钢板结构的稳定性具有重要意义， 的弹性稳定问题，并讨论了结构的分支和跳跃这两 板的稳定性主要表现为板的屈曲，薄板中央于 个临界状态，Zcng等[采用微分求积单元法分析 受力方向加一筋，其稳定性是普通板的4倍).但 了加劲板和复杂结构的自由振动问题、肖世富等向 是，土建类的规范中)一般没有明确规定此类大型 应用Ham ilton变分原理建立了平动状态下对边简 加劲薄板的稳定性验算问题，只有与此类加劲薄板 支、对边自由矩形薄板的非线性动力学方程，分别应 收稿日期：2009-09-27 基金项目：“十一五"国家科技支撑计划资助项目(N。2006BA13B04):北京国电龙源环保工程有限公司科技项目(N。13B04) 作者简介：宋波(1962)，教授，博士生导师，Email ustbsong中o2008@yahoo cn第 32卷 第 8期 2010年 8月 北 京 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｌ．32Ｎｏ．8 Ａｕｇ．2010 大型反应器加劲薄钢板结构屈曲性能 宋 波 1） 王 利 2） 罗晓玲 1） 孙北东 1） 许晓慧 1） 1） 北京科技大学土木与环境工程学院‚北京 100083 2） 北京国电龙源环保工程有限公司‚北京 100052 摘 要 通过有限元方法分析了大型反应器钢结构体系的受力与变形的薄弱位置‚并对反应器中大量使用的加劲薄钢板的 屈曲性能进行了研究．在此基础上‚实验分析了加劲板的稳定性．结果表明：矩形薄钢板开孔周围加加劲肋时‚加劲肋对板起 到嵌固作用；对于此反应器整体结构来说‚薄板选择 Ｌ形加劲肋最优；对于带有加劲肋的薄板‚边界约束条件越强‚临界屈曲 荷载越大‚板越不易发生屈曲．实验和数值结果有较好的一致性． 关键词 反应器；薄钢板；加劲肋；加固；屈曲特征值 分类号 ＴＵ271∙1 Ｂｕｃｋｌｉｎｇｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｔｈｉｎｓｔｅｅｌｓｈｅｅｔｓｗｉｔｈｒｉｂｂｅｄｓｔｉｆｆｅｎｅｒｓｉｎａｓｅｌｅｃｔｉｖｅｃａｔａ- ｌｙｔｉｃｒｅａｃｔｏｒ ＳＯＮＧＢｏ 1）‚ＷＡＮＧＬｉ 2）‚ＬＵＯＸｉａｏ-ｌｉｎｇ 1）‚ＳＵＮＢｅｉ-ｄｏｎｇ 1）‚ＸＵＸｉａｏ-ｈｕｉ 1） 1） ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ‚ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ‚Ｂｅｉｊｉｎｇ100083‚Ｃｈｉｎａ 2） ＢｅｉｊｉｎｇＬｏｎｇｙｕａｎＰｏｗｅｒＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＣｏ．Ｌｔｄ．‚Ｂｅｉｊｉｎｇ100052‚Ｃｈｉｎａ ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｗｅａｋｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｌｏａｄａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｓｔｅｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｙｓｔｅｍｏｆａ ｌａｒｇｅ-ｓｃａｌｅｓｅｌｅｃｔｉｖｅｃａｔａｌｙｔｉｃｒｅａｃｔｏｒａｎｄｓｔｕｄｙｔｈｅｂｕｃｋｌｉｎｇｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｔｈｉｎｓｔｅｅｌｓｈｅｅｔｓｗｉｔｈｒｉｂｂｅｄｓｔｉｆｆｅｎｅｒｓ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｅｓｉｍｕｌａ- ｔｉｏｎｓ‚ｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｈｅｅｔｓｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄｂｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｓｈｅｅｔｓａｒｅｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄｗｈｅｎｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｈｏｌｅｓａｒｅａｔｔａｃｈｅｄｔｏｒｉｂｂｅｄｓｔｉｆｆｅｎｅｒｓ‚ｗｈｉｃｈｓｈｏｕｌｄｃｈｏｏｓｅＬ-ｒｉｂｂｅｄｓｔｉｆｆｅｎｅｒｓｆｏｒｔｈｅｗｈｏｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅｓｔｒｏｎｇｅｒｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎ- ｓｔｒａｉｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｔｈｉｎｓｔｅｅｌｓｈｅｅｔｓｗｉｔｈｒｉｂｂｅｄｓｔｉｆｆｅｎｅｒｓｉｓ‚ｔｈｅｂｉｇｇｅｒｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｂｕｃｋｌｉｎｇｌｏａｄｉｎｇｉｓ‚ａｎｄｔｈｅｍｏｒｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｂｕｃｋｌｅ ｔｈｅｓｈｅｅｔｓａｒｅ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａａｒｅｉｎｂｅｔｔｅｒａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ ｒｅａｃｔｏｒ；ｔｈｉｎｓｈｅｅｔ；ｓｔｉｆｆｅｎｉｎｇｒｉｂ；ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ；ｂｕｃｋｌｉｎｇｅｉｇｅｎｖａｌｕｅ 收稿日期：2009--09--27 基金项目：“十一五 ”国家科技支撑计划资助项目 （Ｎｏ．2006ＢＡＪ13Ｂ04）；北京国电龙源环保工程有限公司科技项目 （Ｎｏ．13Ｂ04） 作者简介：宋 波 （1962— ）‚教授‚博士生导师‚Ｅ-ｍａｉｌ：ｕｓｔｂｓｏｎｇｂｏ2008＠ｙａｈｏｏ．ｃｎ 反应器是大型火电厂的主要设施之一‚它是典 型的大尺寸空间薄壁结构．反应器的外壁由加劲薄 钢板构成‚加劲薄钢板在总体结构中占 55∙5％‚是 反应器的重要组成部分‚在面外均布压力和面内力 的共同作用下‚很容易发生屈曲．通过增加板厚来 降低板内应力会提高成本‚增加造价‚因此研究加劲 薄钢板结构的稳定性具有重要意义． 板的稳定性主要表现为板的屈曲．薄板中央于 受力方向加一筋‚其稳定性是普通板的 4倍 ［1］．但 是‚土建类的规范中 ［2］一般没有明确规定此类大型 加劲薄板的稳定性验算问题‚只有与此类加劲薄板 力学问题相似的船甲板的稳定性问题．20世纪 60 年代初期‚许多研究人员对不同荷载条件下的薄壳 结构‚尤其是柱壳的稳定进行了研究‚并得到了较为 精确的结果．1963年‚Ｔｈｏｍｐｓｏｎ等系统地发展了结 构弹性稳定的基本概念 ［3］‚将总势能方程进行幂级 数展开‚用 Ｎ个广义坐标和一个荷载变量描述结构 的弹性稳定问题‚并讨论了结构的分支和跳跃这两 个临界状态．Ｚｅｎｇ等 ［4］采用微分求积单元法分析 了加劲板和复杂结构的自由振动问题．肖世富等 ［5］ 应用 Ｈａｍｉｌｔｏｎ变分原理建立了平动状态下对边简 支、对边自由矩形薄板的非线性动力学方程‚分别应 DOI :10．13374／j．issn1001—053x．2010．08．043