《超大型塔式锅炉钢结构关键技术研究与应用》

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该项目属土木建筑领域。1000MW超超临界塔式锅炉,是世界上最大的发电机组。怍为塔式锅炉的重要支承结构,锅炉钢架对于保证锅炉设备的正常、安全运行起着至关重要的作用。悬吊和支承塔式锅炉的钢架结构是一种高耸的空间钢框架结构。和一般房屋建筑钢框架结构不同,该类塔式钢架高度高:最高可达140米以上;双向跨度大:一般为30-40米,无楼板,一般仅有4根柱,4-5层与柱相连的梁及侧向支撑构件,由于没有楼板,整体结构横向刚度比较脆弱,承受竖向荷载巨大,一般情况下,每根柱所承受的荷载超过1万吨,顶部大板梁单根端反力可达5千吨以上,构件截面尺寸超大,箔型截面钢柱截面尺寸可达2.5米以上,顶端工字型大板梁截面高度可达8-9米;构件板厚可达100毫米以上;节点尺寸大、构造复杂,梁、柱、斜撑连接节点尺寸高达4米以上。不同的结构特点及荷载情况使得该类锅炉钢架结构受力情况十分复杂,所表现的力学性能迥异。另外,超大的截面以及节点尺寸,给陆地运输带来困难。针对上述锅炉钢架特点,该项目开展了系统研究:(1)针对整个锅炉钢结构横向刚度相对较弱的特点,采用精细化有限元方法,对结构进行整体静力分析,稳定性分析,自振特性分析,及在地震和风荷载作用下的动力响应分析。(2)突破大板梁设计技术瓶颈,对于截面高达8米以上的大板梁,开发不同截面形式的叠型截面的关键技术,丰富和发展了钢梁的设计理论与方法,填补了相关技术空白,形成了具有自主知识产权的核心技术。(3)针对传统结构分析模型中忽略节点尺寸从而造成传力不明确的不足,建立全新的结构精细化分析模型,设计新的节点形式,自主开发具有著作权的设计软件,实现核心技术的应用。(4)针对锅炉钢结构采用厚钢板所存在的问题,围绕厚钢板抗层状撕裂破坏、厚板稳定理论与设计方法以及厚板柔性加劲优化设计等方面开展了深入研究。(5)围绕超大尺寸构件、节点的陆地运输困难问题,开展不同截面形式和节点构造的结构分析与优化设计,为塔式锅炉在内陆地区的推广应用提供技术保障。该项目研究技求复杂程度高,难度大。经过课题组近十年的系统研究以及校企之间密切的产学研合作,逐步攻克了一系列技术难关,形成了具有自主知识产权的成套核心技术,创新程度高。该项研究共获得4项发明专利授权或受理,取得软件著作权1项,发表论文20余篇,研究成果在天津北疆发电厂、广东台山发电厂、河南新密发电厂1000MW超超临界塔式锅炉等20余项工程中得到应用,起到了科技示范作用。

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