结构梁讲座概要

讲座刚性梁设计
刚生梁设
刚性梁分围绕（水平）式和栅格式两种类型这里仅叙前者的有关问题，且限于平衡通风锅炉。

第一节悬吊锅炉膨胀中心
1.1自然膨胀中心
悬吊锅炉自然膨胀中心随锅炉几何尺寸和温度公布（运行工况）的不同而变化，很难确定，对设计工作没有实际意义。

1.2人为锅炉膨胀中心
锅炉本体设计时，设计者预先设定一个使锅炉受热前后位置保持不变的部位，作为热膨胀位移计算的零点。

即为我们通常所说的人为膨胀中心。

1.21 设置人为膨胀中心的目的
设置人为膨胀中心是为了准确计算热膨胀位移，便于应力分析和密封设计。

1.22 膨胀中心位置选择
从广义上讲，膨胀中心应由膨胀零线和膨胀点组成，其位置的选择与锅炉炉型、结构和锅筒吊杆的柔度等因素有关。

对于正方形或矩形炉膛，一般先在管墙对称中心线上。

第二节刚性梁的作用和工作原理
2.1作用
刚性梁是沿着锅炉炉膛和竖井四周布置的结构系统，对管墙起到箍紧和提高刚度的作用。

保护管子，使其在炉膛设计瞬态压力作用下不产生永久变形。

2.2工作原理（以侧墙为例说明之）
炉内压力和风荷载或地震作用→管墙→刚性梁与管墙的连接中→刚性梁→刚性梁角部连接结构→前后墙（炉内压力与相对侧的炉内压力平衡），而风荷载或地震作用则通过前后墙的导向装置传结锅炉构架。

第三节荷载
3.1 锅炉膨胀力、风荷载或地震作用。

锅炉膨胀力系由人为膨胀中心与自膨胀中心不一致而
引起的，是一个经验数值，风荷载只有露天布置锅炉才存在，地震作用当建于设防烈废不少于7度地压的锅炉才考虑。

对于容量不大于220t/h的锅炉，根椐测震和实际设计经验，只要每个系向（止晃）装置按承受其他构件的重量。

3.2 支吊部件荷载
对中心容量锅炉，刚性量不得考虑承受其他构件的重量。

3.3 炉膛设计瞬态压力
炉膛设计瞬态压力应按有关标准规定采用。

3.31 国家电力行业标准《电站煤粉锅炉炉膛防爆规程》
DL/T435-2004中规定：
a)炉膛结构应能承受非正常情况所出现的瞬态压力。

在此
压力下，炉膛不应由于任何支撑部件发生弯路或屈服而导致永久变形。

b)炉膛设计瞬态压力不应低于 8.7KPa。

注：对容量为400t/h(相当于100MV机组的锅炉)及以下的锅炉，其炉膛设计瞬态压力，绝对值可以低于8.7KPa,但不宜低于6.7KPa.
3.32 国家电力行业标准《电力工业锅炉监察规程》SD167-85中规定：
火室燃烧锅炉的炉膛与烟道应具有一定的抗爆能力。

额定蒸发量220t/h及以上的锅炉，当采用平衡通风时，炉膛抗爆能力不小于3.92KPa（400mmH2o）。

3.33 小容量锅炉的炉膛设计瞬态压力
对于容量小于220t/h锅炉炉膛结构设计压力，上述标准没有明确规定。

由于小容量炉子，阻力小，送引风机在环境温度下选型点的压力绝对值也较小。

因此，少容量锅炉查参照采用3.3.2条规定的炉膛抗爆能力作为其炉膛设计瞬态压力。

即：3.92KPa以往对少容量锅炉的刚性梁设计基本采用此值，有的还要小一些。

第四节刚性梁间距
刚性梁间距过大会导致管子的弯曲应力过大，达不到保护管子的目的，间距太小又浪费材料。

因此，合理选择刚性梁
的间距对设计可靠、经济的刚性梁系统是十分重要的。

4.1 计算假设
4.1.1 把膜式壁视为正交各向异性板，弯曲荷载的管子轴向弯曲刚度承担。

4.1.2 忽略鳍片作用和管子之间的相互影响。

4.1.3 将刚性梁作为无沉陷的刚性支座。

4.2 最大间距计算
在上述假设条件下，把管子简化成一要有承受均布荷载支承在刚性梁上的多支点连续梁为便于分析，近似按三个等跨连续梁计算。

则得刚性梁最大间距计算公试为下：
max h =式中 q=P M .s
P M------炉膛设计瞬态压力，对小容量锅炉P M =3.92KPa ； S -------管子节距；
W --------管子载面模量；
[]b σ——在炉膛设计瞬态压力作用下，管子允许弯曲应力。

由管子强度计算确定或按下式计算；
[][]1.8L P L W b σσσσ=--
[]σ——管子材料在工作温度下的许用拉应力；
L P σ——管子压力产生的轴间应力；
L W σ——管子外荷载产生的轴向应力。

4.3 设计采用的刚性梁间距
刚性梁设计间距还应根据锅炉本体（门孔、膨胀中心等）。

构架和平台扶梯的布置情况作适当调整并通过强度、刚度计算决定以便恢复管子的最大弯曲应力小于瞬态压力工况下的允许弯曲应力。

一般应小于最大间距。

第五节 刚性梁计算
刚性梁按承受均布荷载的简支梁计算。

5.1 强度计算
根据3.3.1条规定，刚性梁的强度按下式计算： y x
M f W =≤α 8
Ql M = 12()2M h h Q P l += 式中 x W ——刚性梁强轴截面模量；
y f ——钢材的屈服强度（或屈服点）
； l ——刚性梁计算跨度（近似取管墙宽度）；
12h h 、——计算的刚性梁与上、下刚性梁的间距。

5.2 刚度计算
在锅炉正常运行工况下，为了减小炉膛爆燃引起的晃动和防止炉墙开裂，刚性梁应有一定的刚度。

根据设计经验和国外有关设计标准规定，刚性梁的相对挠度应按下列各式计算：
对容量不大于400t/h 的锅炉刚性梁：
351384260
f ql l EI =≤ 对容量大于400t/h 的锅炉刚性梁：
351384360
f ql l EI =≤ 式中 q ——均匀荷载集度，12()2
N h h q p += N p
——爆燃压力， 2.0N a p kP = 5.3 整体稳定
梁的整体稳定与截面形成荷载类型、荷载在截面高度上作用点位置、梁端约束情况、几何缺陷、力学缺陷以及材料性能等许多因素有关，计算很繁琐。

一般可采取构造措施来保证刚性梁的整体稳定。

5.3.1 炉膛外爆
炉膛外爆时，刚性梁内侧翼缘受压，该翼缘与管墙多点连接，因此刚性梁不会丧失整体稳定。

5.3.2 炉膛内爆
炉膛内爆时，刚性梁外侧翼缘受压，该翼缘侧向无支撑，刚性梁可能丧失整体稳定。

可采取如下措施来保证其整体稳定：
（1）Ｈ型钢或等截面工字形刚性梁外侧翼缘的自由长度或跨度l 与其宽度ｂ之比应满足下列要求：
对Q235钢：
20l b ≤ 对Q345钢： 16.5l b
≤
（2）轧制普通工字钢刚性梁外侧翼缘的自由长度或跨度l 应满足下列要求：
对工字钢10～20a:
l≤
对工字钢22a～40a:
l≤
（3）不满足上述要求时，可设置横向加肋板；必须时可采用立杆与上下刚性梁连接。

第六节构造要求
6.1 设计者选定的人为膨胀中心应通过管墙与刚性梁的连接件和导向装置予以固定，以便悬吊部件按规定方向膨胀。

6.2 除膨胀中心外，刚性梁与管墙的连接结构不得阻止管墙的热膨胀。

6.3 刚性梁端部和炉膛角部连接板的开孔位置，除满足强度要求外，还要易于管墙热膨胀位移的补偿和使传力路线最短，即使刚性支反力仅传到相邻管墙上。

6.4 当采用立杆保证刚性梁整体稳定时，立杆应与刚性梁的外侧翼缘连接，且应是一端固定，另一端可上下滑动的连接结构。

6.5 刚性梁与拐点（如冷灰头、顶部、底部、折焰角等）的距离应小一些，一般取其邻近刚性梁间距的2/3。