·1336 工程科学学报，第38卷，第9期 皮作用，一方面为立柱分担荷载，另一方面为立柱提供 稳定性，立柱沿高度方向设有等间距的横向支撑，为立 侧向约束，提高其稳定性 柱提供垂直墙板方向的约束，间距为d.墙板与H型 关于受力蒙皮效应，Davies和Bryan0在大量试验 钢立柱一侧翼缘连续焊接连接.因为墙板底部与灰斗 的基础上进行了理论分析，提出确定受力蒙皮剪切柔 相连，为提高结构刚度，墙板底部设有加劲横梁 度和强度的计算方法，即将组成受力蒙皮各个部件在 荷载作用下的柔度叠加起来得到整个蒙皮的柔度，强 顶部约束 培板上的均布荷截 度的计算方法是根据他们提出的计算假定，计算可能 立柱上的均布荷载 发生破坏的部位，取破坏荷载最小值作为最大设计荷 角钢加劲肋 载.Wright和Hossain四研究表明蒙皮板与支承框架间 边柱 横向支撑 的连接类型和布置方式对蒙皮板受剪性能有重要影 培板 响.Lucas等B-研究冷成型檩条一蒙皮板结构的计算 模型，一种是包括檩条和蒙皮板的完全模型，另一种是 立柱高度H 仅建有檩条的简化有限元模型，在简化模型中蒙皮板 的剪切和转动刚度以弹簧形式施加到檩条与蒙皮板连 边柱 接边上，通过设置合理的弹簧参数，两种模型计算结果 中柱 均与试验吻合良好.Lee和Miller因推导了石膏墙板- C型冷弯薄壁型钢柱结构体系受轴向压力时的承载 加劲横梁 力，石膏墙板可以与C型柱翼缘连接的弹簧模拟，结 墙板宽度W 加劲钢板 果表明：石膏墙板易于发生弯曲或弯扭失稳，其变形具 墙板宽度W 柱底约束 有局部性：立柱易于发生弯扭失稳：立柱间距对结构承 图1结构模型 载力基本无影响.Paulo等网采用有限元方法研究几 Fig.1 Structural model 何缺陷对加劲铝合金板承受轴向压力时承载力的影 响，发现缺陷模态和缺陷幅值对承载力影响较大：同时 1.2有限元模型 研究发现焊接区域材料性能变化对板件承载力几乎没 采用有限元程序ANSYS进行分析.所有结构部 有影响.朱勇军等对蒙皮支撑构件进行系统研究，用 件均采用Shell181单元模拟.壳体墙板顶端与壳体加 非线性有限元方法研究蒙皮抗剪刚度、扭转约束、构件 劲顶板连接，因此在墙板项部边界施加垂直墙板方向 长细比和荷载偏心对蒙皮支撑轴心受压构件受力性能 (Z向)的平动约束.墙板底端与灰斗加劲壁板连接， 的影响：用非线性有限元法研究蒙皮支撑梁间距、 因此在墙板底端边界施加垂直墙板方向的平动约束， 跨度、构件截面开口方向及构件初始扭转对蒙皮支撑 立柱受等间距布置的横向支撑约束，在立柱与横向支 梁静力性能的影响.宋波等@对脱硝反应器中薄 撑连接处施加垂直墙板方向的平动约束.在中间立柱 板进行研究，就加劲肋的位置，截面形式以及板厚对板 柱底施加三个方向的平动约束.由于壳体内烟气往往 件屈曲性能的影响进行探讨. 是高温，为了释放温度变形，两侧立柱底部仅施加沿墙 在墙板发挥受力蒙皮作用的过程中，墙板与立柱 板高度方向(Y向)和垂直于墙板方向的约束，以实现 连接边受到立柱的反作用，当墙板顶端承受竖向均布 结构在墙板平面内(X向)可以伸缩变形.考虑到墙板 荷载时，墙板与立柱连接边的作用力会影响墙板的承 在顶部主要支承壳体顶板，顶板上荷载可视作均匀传 载性能.立柱上直接作用的荷载水平会影响立柱对墙 递到墙板，因此加载时对墙板顶端和立柱顶端施加均 板的作用，继而影响墙板的承载性能.本文研究墙板 布线荷载. 发挥受力蒙皮作用时的承载性能以及各结构参数对其 考虑材料非线性影响，钢材材料采用理想弹塑性 承载能力的影响 模型，以Von Mises准则判断是否发生屈服.制作除尘 器一般采用Q235钢材，其屈服强度∫=235MPa,弹性 1模型建立 模量E=2.06×10MPa,泊松比v=0.3.进行墙板极 1.1结构模型 限承载力分析时也考虑几何非线性影响，采用弧长法 除尘器壳体一立柱结构体系的几何构造和尺寸均 跟踪结构响应路径 源于实际工程中的电除尘器结构.为提高建模与计算 1.3初始缺陷的引入 效率，研究模型仅考虑两跨墙板.其结构示意图与位 除尘器壳体结构各部件在实际的运输、吊装和焊 移坐标系如图1所示.一跨墙板宽度为W,板厚，墙 接拼装过程中不可避免地会引入初始缺陷，会影响壳 板角钢加劲肋间距s.H型钢立柱总高H,为提高立柱 体墙板的承载性能，因此本文有限元计算模型中需要工程科学学报，第 38 卷，第 9 期 皮作用，一方面为立柱分担荷载，另一方面为立柱提供 侧向约束，提高其稳定性． 关于受力蒙皮效应，Davies 和 Bryan ［1］在大量试验 的基础上进行了理论分析，提出确定受力蒙皮剪切柔 度和强度的计算方法，即将组成受力蒙皮各个部件在 荷载作用下的柔度叠加起来得到整个蒙皮的柔度，强 度的计算方法是根据他们提出的计算假定，计算可能 发生破坏的部位，取破坏荷载最小值作为最大设计荷 载． Wright 和 Hossain ［2］研究表明蒙皮板与支承框架间 的连接类型和布置方式对蒙皮板受剪性能有重要影 响． Lucas 等［3--4］研究冷成型檩条--蒙皮板结构的计算 模型，一种是包括檩条和蒙皮板的完全模型，另一种是 仅建有檩条的简化有限元模型，在简化模型中蒙皮板 的剪切和转动刚度以弹簧形式施加到檩条与蒙皮板连 接边上，通过设置合理的弹簧参数，两种模型计算结果 均与试验吻合良好． Lee 和 Miller ［5］推导了石膏墙板-- C 型冷弯薄壁型钢柱结构体系受轴向压力时的承载 力，石膏墙板可以与 C 型柱翼缘连接的弹簧模拟，结 果表明: 石膏墙板易于发生弯曲或弯扭失稳，其变形具 有局部性; 立柱易于发生弯扭失稳; 立柱间距对结构承 载力基本无影响． Paulo 等［6］采用有限元方法研究几 何缺陷对加劲铝合金板承受轴向压力时承载力的影 响，发现缺陷模态和缺陷幅值对承载力影响较大; 同时 研究发现焊接区域材料性能变化对板件承载力几乎没 有影响． 朱勇军等对蒙皮支撑构件进行系统研究，用 非线性有限元方法研究蒙皮抗剪刚度、扭转约束、构件 长细比和荷载偏心对蒙皮支撑轴心受压构件受力性能 的影响［7--8］; 用非线性有限元法研究蒙皮支撑梁间距、 跨度、构件截面开口方向及构件初始扭转对蒙皮支撑 梁静力性能的影响［9］． 宋波等［10］对脱硝反应器中薄 板进行研究，就加劲肋的位置，截面形式以及板厚对板 件屈曲性能的影响进行探讨． 在墙板发挥受力蒙皮作用的过程中，墙板与立柱 连接边受到立柱的反作用，当墙板顶端承受竖向均布 荷载时，墙板与立柱连接边的作用力会影响墙板的承 载性能． 立柱上直接作用的荷载水平会影响立柱对墙 板的作用，继而影响墙板的承载性能． 本文研究墙板 发挥受力蒙皮作用时的承载性能以及各结构参数对其 承载能力的影响． 1 模型建立 1. 1 结构模型 除尘器壳体--立柱结构体系的几何构造和尺寸均 源于实际工程中的电除尘器结构． 为提高建模与计算 效率，研究模型仅考虑两跨墙板． 其结构示意图与位 移坐标系如图 1 所示． 一跨墙板宽度为 W，板厚 t，墙 板角钢加劲肋间距 s． H 型钢立柱总高 H，为提高立柱 稳定性，立柱沿高度方向设有等间距的横向支撑，为立 柱提供垂直墙板方向的约束，间距为 d． 墙板与 H 型 钢立柱一侧翼缘连续焊接连接． 因为墙板底部与灰斗 相连，为提高结构刚度，墙板底部设有加劲横梁． 图 1 结构模型 Fig． 1 Structural model 1. 2 有限元模型 采用有限元程序 ANSYS 进行分析． 所有结构部 件均采用 Shell181 单元模拟． 壳体墙板顶端与壳体加 劲顶板连接，因此在墙板顶部边界施加垂直墙板方向 ( Z 向) 的平动约束． 墙板底端与灰斗加劲壁板连接， 因此在墙板底端边界施加垂直墙板方向的平动约束． 立柱受等间距布置的横向支撑约束，在立柱与横向支 撑连接处施加垂直墙板方向的平动约束． 在中间立柱 柱底施加三个方向的平动约束． 由于壳体内烟气往往 是高温，为了释放温度变形，两侧立柱底部仅施加沿墙 板高度方向( Y 向) 和垂直于墙板方向的约束，以实现 结构在墙板平面内( X 向) 可以伸缩变形． 考虑到墙板 在顶部主要支承壳体顶板，顶板上荷载可视作均匀传 递到墙板，因此加载时对墙板顶端和立柱顶端施加均 布线荷载． 考虑材料非线性影响，钢材材料采用理想弹塑性 模型，以 Von Mises 准则判断是否发生屈服． 制作除尘 器一般采用 Q235 钢材，其屈服强度 fy = 235 MPa，弹性 模量 E = 2. 06 × 105 MPa，泊松比 ν = 0. 3． 进行墙板极 限承载力分析时也考虑几何非线性影响，采用弧长法 跟踪结构响应路径． 1. 3 初始缺陷的引入 除尘器壳体结构各部件在实际的运输、吊装和焊 接拼装过程中不可避免地会引入初始缺陷，会影响壳 体墙板的承载性能，因此本文有限元计算模型中需要 ·1336·