牵索式焦炭钢塔抗震性能及设计建议.pdfVIP

由凤荣等：牵索式焦炭钢塔抗震性能及设计建议 DOI：10．13905／j．cnki．dwjz．2015．12．034 牵索式焦炭钢塔抗震性能及设计建议 由凤荣， 闫世风 (大庆石化工程有限公司。 黑龙江 大庆 163714) 摘【 要】 鉴于钢塔结构在工业建筑中的重要性，本文结合某一焦炭钢塔工程实例，采用ANSYS有限元软 件对其开展了模态分析，通过与规范公式计算周期的对 比，验证了有限元模型的正确性。在此基础上对结构施加 钢索，开展了三种不同连接方式的结构体系在地震作用下的响应分析，得出结构体系不同部位的位移和应力的分 布规律及工程造价对比，提出牵索式钢塔的设计建议，为该类结构在实际工程中的应用提供参考。 【关键词】 牵索式；焦炭钢塔；ANSYS；抗震性能；工程造价；设计建议 【中图分类号】 TU391 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2015)12—0095—03 钢制焦炭塔设备作为重要的化工行业生产设备 在实际生产中得到了广泛的应用。塔式设备的性能对 于整个装置的产品产量、质量 、生产能力和消耗定额以 及三废处理和环境保护等各个方面都具有重大的影 响。钢制焦炭塔设备作为化工能源的重要生产设备， 会经常对某些有毒或易爆炸或易燃烧的介质进行加 工，其工作环境也常处于高温高压的条件下。当遭遇 风灾及地震作用时，除本身受损外，还可能引发火灾、 爆炸或环境污染等二次灾害。尽管钢制焦炭塔结构在 实际工程中得到应用，但 目前多为纯钢结构的，与基础 的连接方式为固接，属于传统的悬臂结构 ，整体造价较 高。随着索系在结构中的应用 ，使原有悬臂结构的 图1焦炭塔结构尺寸详图 受力型式和连接方式得到改变，从而可大大改善该类 结构体系的受力性能。鉴于 目前对牵索式钢塔的研究 行模拟。此外，采用 SOLID45单元模拟焦炭。在建立 较少，本文结合实际工程 ，对焦炭钢塔周围施加钢索， 焦炭塔有限元模型时 J，鉴于该模型呈周期性对称的 利用有限元软件 ANSYS建立牵索式钢塔的有限元模 特点，建模过程中首先建立母线的关键点，而后连接关 型，输入地震波开展该结构的时程分析 ，提出相应的设 键点生成母线 (即塔壁线)，然后旋转360。生成塔体。 计建议并进行了工程造价的对比，有助于牵索式钢塔 由于结构在荷载的作用下塔壁易发生屈曲，所以对模 在实际工程中推广应用。 型计算精度要求较高 ，因此采用映射方法对塔设备进 1 工程概况 行网格划分。在划分网格的基础上，选择裙支座节点， 大庆石化公司焦炭钢塔为纯钢结构的炼化体系， 对其施加 、l，及 z三个方向自由度的固定约束，有限 其容器直径为 6000mm，设备总高度为 30975mm。塔 元模型如图2所示 。 体共由4部分组成，包括上端球型封头、上筒体 、下筒 (2) 焦炭钢塔的模态分析。本文采用 Subspace 体以及下端锥型封头，下简体与下端锥型封头的过渡 法提取焦炭塔前十阶振型，其频率及周期如表 1所示 ， 段塔壁厚度为32ram，上端封头为半球形，内直径为 最具代表性的一阶振型如图3所示。 6000mm，塔壁厚度为28mm。设备中包含泡沫段和生 表 1 焦炭钢塔前十阶 自振频率及周期 焦段两个部分，其中泡沫段的塔壁厚度为28mm，生焦 段的塔壁厚度为32mm，具体尺度如图1所示。设备由 裙座提供支撑，多个筒节经焊接工艺后组成筒体 ，后将 一 个筒节进行卷焊形成锥型封头。 2 焦炭钢塔有限元模型建立与验证 (1) 有限元模型建立。焦炭塔的壁厚远远小于 塔的内直径，因此本文选取 SHELL63壳单元对塔壁进