土耳其火力發電廠汽機房鋼屋架溫度分析研究

陳 世 璽

(國核電力規劃設計研究院,北京 100095)

?

土耳其火力發電廠汽機房鋼屋架溫度分析研究

陳 世 璽

(國核電力規劃設計研究院,北京 100095)

以土耳其某2×660 MW火力發電廠項目為依托，采用有限元軟件SAP2000，對火力發電廠主廠房模型進行整體溫度分析，研究了在溫度工況作用下輕型屋面汽機房鋼屋架的受力特點以及跨度對鋼屋架溫度作用的影響，供以后的工程設計參考使用。

火力發電廠，鋼屋架，溫度工況，跨度

火力發電廠汽機房橫向柱距較大，一般為28 m～42 m左右。鋼屋架是汽機房常用的屋蓋形式。溫度作用對大跨度鋼屋架受力的性能產生一定的影響。隨著溫度的變化，它在結構內部產生附加應力，而當這些附加應力與正常荷載狀態下的內力疊加到一定程度，結構會產生過大的內力、變形，甚至是破壞[1,2]。溫度作用對汽機房鋼屋架內力及變形的影響不容忽視[3]。

土耳其某2×660 MW火力發電廠結構形式為鋼框架—支撐結構，汽機房橫向跨度32 m，汽機房屋面采用鋼屋架形式，屋面板為輕型屋面。以本工程為依托項目，研究在溫度工況作用下輕型屋面汽機房鋼屋架的受力特點以及跨度對鋼屋架溫度作用的影響，供以后的工程設計參考使用。

1 溫度場的確定

溫度作用屬于可變的間接作用，主要由季節性氣溫變化、太陽輻射、使用熱源等因素引起，在結構或構件中一般可用溫度場的變化來表示。對結構的最不利的溫度場工況包括最大溫升工況和最大溫降工況兩類。

1.1 氣溫、熱源影響

最大溫升工況溫度作用見式(1)，最大溫降工況溫度作用見式(2)。

ΔTk=Ts,max-T0,min

(1)

ΔTk=Ts,min-T0,max

(2)

其中，T0,min為最低初始溫度；Ts,max為最高平均溫度；T0,max為最高初始溫度；Ts,min為最低平均溫度。

根據暖通專業提供的溫度變化范圍，本工程溫升和溫降均按30 ℃考慮。

1.2 太陽輻射的影響

對于上部鋼屋架部分，除考慮氣溫、熱源的影響外，還應考慮由于壓型鋼板吸收太陽輻射的溫度升高。根據土耳其當地合作咨詢公司提供的數據，取太陽輻射溫度增加值為10 ℃。

2 分析模型的建立

采用有限元軟件SAP2000對火力發電廠主廠房模型進行整體溫度分析，研究在溫度工況作用下輕型屋面汽機房鋼屋架的受力特點以及跨度對鋼屋架溫度作用的影響。主廠房三維模型見圖1。鋼屋架布置圖及詳圖見圖2，圖3。根據火力發電廠汽機房鋼屋架的常規跨度尺寸，本分析共建立8個模型，模型編號分別為GJW28，GJW30，GJW32，GJW34，GJW36，GJW3，GJW40，GJW42。在模型編號中GJW表示鋼屋架，28表示鋼屋架跨度為28 m。

3 計算結果分析

3.1 溫度作用下鋼屋架受力特點分析

取具有典型代表的一跨作為分析對象。GJW28在溫度作用下⑥軸線鋼屋架各桿件軸力圖見圖4,圖5，屋面變形云圖見圖6,圖7。其余各模型受力特點與GJW28相同，故不再表示。

通過圖4可以看出，當溫度升高時靠近除氧煤倉間側的鋼屋架上弦在溫度作用下產生的軸向拉力為3 kN左右，靠近軸的鋼屋架上弦在溫度作用下產生的軸向拉力較小，大約為1 kN，鋼屋架下弦在溫度作用下產生的軸向壓力為9 kN左右，腹桿在溫度作用下產生的軸力很小，可以忽略。

通過圖5可以看出，當溫度降低時靠近除氧煤倉間側的鋼屋架上弦在溫度作用下產生的軸向壓力為3 kN左右，靠近軸的鋼屋架上弦在溫度作用下產生的軸向壓力較小，大約為1 kN，鋼屋架下弦在溫度作用下產生的軸向拉力為9 kN左右，腹桿在溫度作用下產生的軸力很小，可以忽略。

通過圖6,圖7可以看出無論升溫還是降溫，靠近除氧煤倉間側的屋面變形都很小，靠近軸的屋面變形較大。

由于除氧煤倉間的側向剛度較大，給鋼屋架提供了較大的側向約束，軸柱的側向剛度較小，給鋼屋架提供的側向約束較小，所以靠近除氧煤倉間側的屋面變形很小，靠近軸的屋面變形較大。由于靠近除氧煤倉間側的屋面變形很小，導致靠近除氧煤倉間側的鋼屋架上弦在溫度作用下不能自由變形，從而產生了一定的軸力；靠近軸的屋面變形很大，導致靠近軸的鋼屋架上弦在溫度作用下接近于自由變形，從而產生了較小的軸力。鋼屋架兩端簡支在柱側牛腿上，鋼屋架下弦在溫度作用下產生了一定的軸力。腹桿自身剛度較小，同時受到的約束也較小，所以產生的軸力很小。

3.2 跨度對鋼屋架溫度作用的影響

鋼屋架上弦或下弦截面沿結構橫向通常是不變的，桿1和桿2(如圖3所示)在恒荷載+屋面活荷載作用下桿件軸力在上弦或下弦桿件中是最大的，所以取桿1和桿2作為研究對象具有一定的代表性。本分析共選取GJW28～GJW42 8個模型，研究溫升工況和溫降工況作用下鋼屋架跨度對溫度作用的影響。分析結果見表1。

通過表1可以看出：1)隨著跨度的增加，桿1和桿2在恒荷載+屋面活荷載作用下的軸力逐漸增大。桿1在溫度工況作用下的軸力逐漸增大。桿2在溫度工況作用下的軸力變化不明顯。2)隨著跨度的增加，溫度工況作用下桿件的軸力與恒荷載+屋面活荷載作用下的軸力比值變化不明顯，并且其值很小。說明在常規跨度情況下，溫度作用對輕型屋面鋼屋架的受力影響很小，設計時適當考慮即可。

表1 不同工況作用下桿件的最大軸力

4 結語

采用有限元軟件SAP2000對火力發電廠主廠房模型進行整體溫度分析，研究在溫度工況作用下輕型屋面汽機房鋼屋架的受力特點以及跨度對鋼屋架溫度作用的影響。根據分析結果給出以下結論，供以后的工程設計參考使用。

1)當在溫度工況作用下，靠近除氧煤倉間側的鋼屋架上弦在溫度作用下產生一定的軸力。靠近軸的鋼屋架上弦在溫度作用下產生的軸力較小。鋼屋架下弦在溫度作用下產生一定的軸力。腹桿在溫度作用下產生的軸力很小，可以忽略。

2)隨著跨度的增加，鋼屋架各桿件的軸力逐漸增加。隨著溫度的變化(升溫或者降溫)，鋼屋架各桿件的軸力呈現增加態勢，但是鋼屋架上弦桿變化不明顯。

3)在常規跨度情況下，溫度作用對輕型屋面汽機房鋼屋架的受力影響很小，設計時適當考慮即可。

[1] 劉澤祺.大跨度空間網架結構的溫度及火災分析[D].太原：太原理工大學碩士學位論文，2012.

[2] 王 磊，丁大益.溫度作用對大跨度鋼屋蓋結構的影響[J].工業建筑，2012(Z)：395.

[3] 任 杰，王勇奉.大跨度輕型屋蓋結構在溫度作用下的響應分析[J].山西建筑，2012，38(24)：52-53.

Temperature analysis of a main power building roof truss of a power plant in Turkish

Chen Shixi

(StateNuclearElectricPowerPlanning,Design&ResearchInstitute,Beijing100095,China)

Depending on a 2×660 MW power plant in Turkish, temperature analysis of main power building roof truss of power plant is done by finite software SAP2000. The mechanical characteristic under temperature and the influence of span are studyed, these can be used for design of other projects.

main power building, steel roof truss， temperature condition, span

1009-6825(2016)30-0065-02

2016-08-15

陳世璽(1983- )，男，工程師

TU391

A