電站鍋爐鋼結構整體分析的一體化建模方法技術

本發明專利技術提出了一種適用于電站鍋爐鋼結構整體分析的一體化建模方法，以實現在電站鍋爐鋼結構的整體分析中準確考慮鍋爐本體的影響，優化鍋爐鋼結構體系，使設計結果更合理、安全、經濟。該方法通過在鍋爐的吊點位置建立一系列剛性系桿、在鍋爐導向裝置標高處設置系桿鉸接連接點并建立質量點，建立模擬鍋爐本體的力學模型；對各導向裝置標高處的質量節點分別建立剛性約束以保證其水平位移一致而豎向位移自由；鍋爐本體模型與構架模型間通過在導向裝置處施加單向約束以模擬實際限位方向。該方法通過一體化建模能夠更準確地模擬鍋爐本體與構架之間的力學關系和受力性能，有利于保證鍋爐鋼結構設計的安全性和可靠性，并具有良好的工程經濟效益。

Integrated modeling method for overall analysis of steel structure of utility boiler

The present invention provides a method for modeling analysis of boiler steel structure plant, in order to realize the overall analysis of steel structure of boiler accurately considering the influence of the boiler body, the optimization system of boiler steel structure, make the design more reasonable, safe and economical. By this method in the boiler hoisting position to establish a series of rigid tie bar, in the boiler guide device level setting hinged connection point tied and establish quality, mechanical model was set up to simulate the boiler body; the guiding device of high standard quality nodes were established rigid constraints to ensure the horizontal displacement and vertical displacement consistent freedom; boiler ontology model and frame model by applying one-way constraints in the guide device to simulate the actual limit direction. The method can accurately simulate the mechanical relationship between the boiler body and the structure and mechanical properties of the integrated modeling, to ensure the safety and reliability of boiler steel structure design, engineering and has good economic benefits.

【技術實現步驟摘要】
電站鍋爐鋼結構整體分析的一體化建模方法
本專利技術屬于結構工程鋼結構
，特別涉及一種適用于電站鍋爐鋼結構整體分析的一體化建模方法。
技術介紹
電站鍋爐鋼結構因設備工藝復雜、管道眾多，其結構體系通常較為特殊，這使得結構整體分析在保證設計結果安全性和經濟性的作用方面更為重要。電站鍋爐鋼結構整體分析的重點和難點在于對鍋爐本體影響的考慮。目前設計分析中通常將鍋爐質量全部施加到構架的頂板結構上，這會嚴重放大水平地震作用效應，降低結構設計結果的合理性和經濟性；也有將鍋爐質量直接施加到構架的導向裝置上，該方法既不能準確反映水平地震作用下不同導向裝置傳遞鍋爐水平力的大小及分布，也不能夠準確模擬構架頂板結構成百上千個吊點的荷載分布，同樣會影響設計結果的安全性和可靠性以及經濟性。如何能夠在電站鍋爐鋼結構的整體分析中準確考慮鍋爐本體的影響，兼顧導向裝置傳力和構架頂板結構所有吊點荷載的準確模擬，以使鍋爐鋼結構體系更優、設計結果更合理安全經濟，是電站鍋爐鋼結構整體分析與工程實踐中亟待解決的問題。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種適用于電站鍋爐鋼結構整體分析的一體化建模方法，所述鍋爐鋼結構整體分析模型由大板梁、內側鋼柱、外側鋼柱、鋼梁、豎向支撐、剛性系桿、質量點構成；所述一體化建模方法計算模型包括構架結構模型和鍋爐本體簡化力學模型，其中所述大板梁、內側鋼柱、外側鋼柱、鋼梁和豎向支撐組成構架結構模型，所述剛性系桿和質量點組成鍋爐本體簡化力學模型；各層質量點間建立水平剛性約束，鍋爐本體力學模型與構架結構間在導向裝置位置處建立單向約束。所述大板梁可用梁單元建模，也可用殼單元或實體單元建模。所述內側鋼柱、外側鋼柱、鋼梁、豎向支撐均可用梁單元建模，并根據桿件端部約束條件決定是否釋放其轉動自由度。所述剛性系桿可用桿單元建模，兩端鉸接；剛性系桿的建模位置與實際結構鍋爐吊桿位置一致。所述質量點的水平標高與導向裝置標高相同，且位于剛性桿系連接節點處，用于模擬鍋爐本體在各導向層的質量分配。所述質量7對應于同一個吊點下的質量總和，由該吊點設計內力確定。所述水平剛性約束用以保證該水平面內質量點的水平位移一致而豎向位移相對自由。所述單向約束用以模擬鍋爐本體和構架間在導向裝置處的約束關系，實際限位方向于導向裝置設置一致。本專利技術的有益效果為：(1)鍋爐本體的力學模型簡單，易于建模，且計算效率高；(2)所述一體化建模方法能夠準確考慮在水平地震荷載下鍋爐本體對構架結構的影響；(3)所述一體化建模方法能夠準確考慮鍋爐所有吊點傳遞的荷載，對構架頂板結構的受力能進行準確地模擬；(4)所述一體化建模方法能夠更準確地模擬鍋爐本體與構架之間的力學關系和受力性能，有利于保證鍋爐鋼結構設計的安全性和可靠性，并具有良好的工程經濟效益。附圖說明圖1為電站鍋爐鋼結構整體分析的一體化建模方法計算模型示意圖。圖中，1--大板梁，2--內側鋼柱，3--外側鋼柱，4--鋼梁，5--豎向支撐，6--剛性系桿，7--質量點，8--水平剛性約束，9--單向約束。具體實施方式下面結合實施例和附圖對本專利技術作進一步的說明。圖1為電站鍋爐鋼結構整體分析的一體化建模方法計算模型示意圖。一體化計算模型分為構架結構模型和鍋爐本體簡化力學模型兩部分，其中所述構架結構模型由大板梁1、內側鋼柱2、外側鋼柱3、鋼梁4和豎向支撐5構成，所述鍋爐本體簡化力學模型主要由剛性系桿6和質量點7組成。根據設計條件及相關幾何尺寸和截面類型，利用梁單元模型建立構架模型中的內側鋼柱2、外側鋼柱3、鋼梁4和豎向支撐5，利用梁單元或殼單元或實體單元建立大板梁1，并賦予梁單元相應的截面屬性和材料力學性能。在內側鋼柱2、外側鋼柱3的柱底根據實際設計設置約束條件。在構架模型的頂板結構桿件上，根據實際鍋爐吊點位置，在每個吊點處向下定義一串剛性系桿6，其剛度設為無限大，桿端鉸接，每個吊點處的剛性系桿6的數量根據導向層數+1確定。在每個導向裝置標高處、剛性系桿6的節點處設置質量點7，質量點7所賦質量大小根據實際工藝布置、吊點總設計力大小以及該部分鍋爐在不同導向層間的分配確定。對各導向裝置標高處的質量節點分別建立剛性約束以保證其水平位移一致而豎向位移自由。在鍋爐本體模型與構架模型間通過在導向裝置處施加單向約束以模擬實際限位方向。對構架模型施加設計工況下的荷載，并進行一體化模型的整體分析計算。以上所述，僅為本專利技術較佳的具體實施方式，但本專利技術的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本
的技術人員在本專利技術揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本專利技術的保護范圍之內。因此，本專利技術的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電站鍋爐鋼結構整體分析的一體化建模方法，其特征在于，所述一體化建模方法計算模型包括構架結構模型和鍋爐本體簡化力學模型，其中所述構架結構模型由大板梁(1)、內側鋼柱(2)、外側鋼柱(3)、鋼梁(4)和豎向支撐(5)組成，所述鍋爐本體簡化力學模型由剛性系桿(6)和質量點(7)組成；各層質量點間建立水平剛性約束(8)，鍋爐本體力學模型與構架結構間在導向裝置位置處建立單向約束(9)。

【技術特征摘要】
1.一種電站鍋爐鋼結構整體分析的一體化建模方法，其特征在于，所述一體化建模方法計算模型包括構架結構模型和鍋爐本體簡化力學模型，其中所述構架結構模型由大板梁(1)、內側鋼柱(2)、外側鋼柱(3)、鋼梁(4)和豎向支撐(5)組成，所述鍋爐本體簡化力學模型由剛性系桿(6)和質量點(7)組成；各層質量點間建立水平剛性約束(8)，鍋爐本體力學模型與構架結構間在導向裝置位置處建立單向約束(9)。2.根據權利要求1所述的一體化建模方法，其特征在于，所述大板梁(1)采用梁單元、殼單元或實體單元建模。3.根據權利要求1所述的一體化建模方法，其特征在于，所述內側鋼柱(2)、外側鋼柱(3)、鋼梁(4)、豎向支撐(5)均采用梁單元建模，并根據桿件端部約束條件決定是否釋放其轉動自由度。4.根據權利要求1所述的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：班慧勇，王元清，葉國平，林雨，
申請(專利權)人：清華大學，成都益國工程設計顧問有限公司，華西能源工業股份有限公司，
類型：發明
國別省市：北京,11