张鹏飞

摘 要：锅炉钢结构有着变化多样的布置形式，而且荷载条件又十分复杂，一些大型的锅炉不但钢结构极其复杂，同时其内部结构还十分庞大，拥有数量繁多的杆件数，类似于600MW的锅炉内部结构中杆件的数量多达数千根，而且多数巨大的荷载数量都直接作用到锅炉结构上，针对荷载独立工况与组合工況繁多且多样化的结构构造情况，国内锅炉行业内至今还没有有效的分析与设计方法，该文作者针对ANSYS软件中的两种不同屈曲情况进行仔细分析并深入研究锅炉钢结构的整体稳定性。

关键词：锅炉 钢结构 整体稳定性 研究

中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（c）-0220-01

由于钢结构框架有着自重较轻、工程造价较低、有效面积大且施工速度较快等的优势，而在我国被普遍应用。但是目前国内还没有能够十分有效的解决锅炉钢结构整体稳定性的分析方法与设计，破坏钢结构的一大主要原因就是丧失了框架的稳定，因此在设计锅炉钢结构的框架中计算其稳定性是非常重要的一项环节。锅炉钢结构变化多样的布置形式与多种复杂的荷载条件使得想要设计出一个稳定的结构十分困难，一个大型复杂的钢结构锅炉中可能会有数千个根杆件构成，同时由于结构上要承受很多且很大的荷载数量，加之繁多的荷载独立工况、组合工况以及多样化的结构构造形式。因此，在设计钢框架结构时必须要考虑到整体的稳定性以及局部子结构或单位构件的稳定性，而结构的整体稳定又不同于构件的稳定，二者在表现方式上不同而内在却又有着十分复杂的关系。因此在实际的设计中，一般都将两者互相影响的条件看作理想中的假定条件，目前理论上已经有针对单个构件稳定性的一套成熟的分析方法了，但是因为要分析构件之间相互的作用与几何、材料非线性对结构整体稳定性的影响比较困难，同时结构整体的稳定性主要体现为构件失稳的相关性方面，其中最不利的情况便是结构杆件先发生失稳，与它直接相连的其他杆件可推迟其失稳现象，所以，结合稳定理论与钢结构设计来防止结构失稳，同时充分挖掘潜力，确定极限承载力，并考虑构件的整体稳定与构件的局部稳定。目前要分析锅炉钢结构的整体情况，通常是采取分析ANSYS软件中的两种屈曲情况来分析，该研究者就ANSYS软件中的两种屈曲来进行着重研究，从而分析整体锅炉钢结构的稳定性。

1 分析框架结构稳定的近似状态

目前要分析框架的弹性，有许多种方法，常用的有平衡法、转角位移法以及刚度矩阵法。单层单跨的屈曲荷载是其中最为简单的一种情况，一般多采用平衡法来进行分析，而且平衡法也只能用于这种简单情况的分析，进行其他情况的分析时多采用转角位移法，此方法必须要依据二阶分析要求，将杆件变曲刚度受轴力影响的情况计算进去。合理的设计框架就必须使所有柱都在同时失稳，只有这时的框架弹性才比较稳定，框架结构的弹性稳定计算等同于计算的框架柱的弹性稳定，也就是说框架中任意一柱所承受的弹性临界力与该柱在框架整体发生弹性失稳时承受的轴力是相同的，所以，当框架符合或者近似于所有柱同时失稳时的条件，就可将对框架结构弹性稳定的分析当成框架柱的长度问题来计算。但是要计算框架的稳定又要按照其失稳模态来进行分析，而框架结构的失稳模态又分为无侧移与有侧移两种，当框架柱到达临界状态时，同一节点相交的梁为该柱提供的约束变矩则会依据柱子线的刚度比分配到各个柱子上，因此这时要考虑到连同该柱的横梁与柱的约束作用。在发生无侧移对称屈曲的情况时，横梁两端转角的方向相反但大小却相同，该柱转角的大小与方向和上下柱的远端转角都相同，当发生有侧移反对称屈曲的情况时，横梁两端的转角方向与大小都是相同的，上下柱转角的大小与方向都相同。

2 ANSYS中的两种屈曲分析研究

2.1 钢架特征值屈曲分析研究

首先要考虑风荷载的水平作用，让柱节点与梁中点上的垂直载为100KN。

此时，特征值屈曲分析所得临界荷载，如下：TIME/FREQ：280.53、280.98、282.16；LOAD STEP：1、1、1；SUBSTEP：1、2、2；CUMULATIVE：1、3、3

当施加的向荷载为100KN时，就取得了上述第一阶模态的所得值，与10KN乘积为28 000KN就是屈曲临界荷载。此时各阶屈曲模态中显示出的构架是对称失稳的。

2.2 钢架非线性屈曲状态研究

研究钢架非线性的屈曲状态时，可将特征屈曲荷载看作给定荷载，再以特征矢量屈曲为依据来行状，在结构上施加初始缺陷和扰动荷载，再通过临界荷载进行弧长法分析，但是在实际的工程进行中，要使一个模态分析行到结构临界的荷载点，这时再计算非线性屈曲产生结构的安全系数。

而这时从模态分析图形中将不难发现，柱FZ-4会最先发生失稳屈曲，在47.5m顶点处的荷载-位移将从图中可以看出，本构架的失稳形式是极值点失稳，这时的非线性屈曲荷载为2*105KN。

3 结语

总而言之，随着电力与冶金行业的不断发展，锅炉钢架这种特殊的结构越来越广泛的被应用到了实际工程中，通过利用ANSYS对框架进行力学方面的分析，并依据分析结果来分析锅炉钢结构的整体稳定性。

参考文献

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