论文部分内容阅读
【摘要】本文以锅炉钢结构制造的前期准备的介绍开始，逐渐对锅炉钢结构的初步设计做了进一步的分析，最后通过实际情况对如何判断构件是否适合用钢结构进行了探讨。
【关键词】锅炉，钢结构，选材问题
中图分类号：TK229文献标识码： A
一、前言
随着锅炉生产力水平的不断发展，对锅炉钢结构的要求也越来越高，这就需求修生产管理者必须加强对锅炉钢结构的选材的研讨，并努力提高选材水平，为锅炉钢结构质量提供有力的保障。
二、锅炉钢结构制造的前期准备
火电站建设初期需加强锅炉钢结构的优化改造，使锅炉设备组装后的功能得到全面升级。前期准备是钢结构制作的必要条件，通过材料质量检查或者结构性能测试，为组装设计人员提供了有效的指导，编制出的工艺流程更符合电力生产的应用要求。
1、选材
选择合适的钢筋材料是保证锅炉结构性能的基本要求，锅炉钢结构制造应使用型号、性能等指标相符合的材质，这样才能实现较高的强度性能。设计人员根据锅炉型号及性能改造的要求，采用力学特点、化学成分等相匹配的钢材，锅炉结构承载能力得到体现，为锅炉设备的生产操作创造条件。从成本角度考虑，保证性能达到锅炉装配前提下尽量选用廉价的钢材。
2、试验
试验是为了检测出不同型号钢材的性能，判断其是否符合锅炉设备的结构特性。我国行业标准规定，燃烧锅炉焊接使用的钢材都要接受复试验收，及时发现钢材的性能缺陷，提前换用高性能钢材进行组合制造。如：质检人员可随机性抽取某一批钢材，进行强度、温度、拉力等多方面的测试，重点掌握材料的抗温、抗裂性能，钢板不同组合方式下性能的变化特点等。
三、锅炉钢结构的初步设计
在充分考虑到强度、刚度、工艺性、维修性等方面的因素的基础上， 建立关键设计的分析计算模型，开展有关方面的性能计算。 提供设计依据。 根据计算结果改进方案，调整参数。开展技术经济和安全性分析与评估， 特别是对于结构复杂的关键技术要开展详细的分析评估，完成设计报告。
1、钢结构布置形式
钢结构主要有框架、桁架、网架、索膜、轻钢以及塔桅等结构形式。通常情况下，每个形式都有其独特的特点，因此在选型的时候要结合具体情况充分考虑它们的特点，在面对具体问题时要具体分析。例如，对于那些屋面覆盖跨度较大的建筑时，可以选择以构件受拉为主的悬索或索膜结构；在建筑轻钢工业厂房时，需要有较大的悬挂荷载或移动荷载，此时我们需要选择与之相适应的网架，放弃门式钢架。
2、选择钢结构材料
材料选择原则：由于低合金钢（Q345）比碳钢（Q235）稳定性差，但强度高，价格稍贵。一般说来，钢结构杆件按构造要求的较多，刚度控制的也较多，因此，用碳钢（Q235）是合算的；但在强度控制的杆件上选用低合金钢（Q345）是合算的；同时由刚度控制、但强度也有较高要求的杆件，選用其中哪种都是不经济的，这时应选用混用。混用原则：一般情况下按杆件划分或按板厚划分。如按杆件划分，如柱、梁、垂直支撑、顶板次梁等，可采用碳钢（Q235），但对于大板梁、主柱应尽量选用低合金钢（Q345）；如按板厚划分，薄板件可采用碳钢（Q235），而厚板应尽量选用低合金钢（Q345）。但是，无论哪种选择，都应考虑市场的供应情况。
3、截面的选择
选取合理的截面尺寸，对于降低锅炉钢结构的重量来说是非常必要的一种手段。针对柱、梁、垂直支撑、水平支撑不同的受力特点，采取不同的措施，最大程度的减小翼缘和腹板的厚度，使各杆件截面的力学性能得到充分利用。对于柱来说，应根据受力的实际情况，调整截面的尺寸，如不采用原有的宽翼缘的断面，而采用拉开的断面；对于梁来说，应灵活调整梁的断面尺寸，比如轴力大集中力小的梁，翼缘宽度应选择宽些，而轴力小集中力大的梁，翼缘宽度应选择窄些；对于垂直支撑，由于有些垂直支撑的轴力过大，采用以往的 W 型系列的工字型截面，致使部分截面的钢板厚度达到了 50 mm，针对垂直支撑垂直受力的特点，截面钢板厚度大于 20 mm 的截面改为箱型截面，端部过渡到工字型，节点连接保持不变。
四、如何判断构件是否适合用钢结构
1、构件判断
钢结构是由钢板、型钢拼合连接成基本构件，如梁、柱、桁架等，运到现场后通过安装连接成整体结构。 钢结构通常有框架、桁架、网架(壳)、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。 在钢结构施工中，连接占有很重要的地位无论是工厂加工，还是现场安装，都会遇到连接问题。钢结构的连接通常有焊接、螺栓连接及铆钉连接。前两种应用广泛，铆钉连接费钢费工，现在已很少使用，但其韧性和塑性较好，传力可靠，因此在一些重型结构或承受动力荷载作用的结构中有时仍会采用。
2、结构选型与结构设计
（一）、结构选型
结构选型时，应考虑它们不同的特点。在轻钢工业厂房中，当有较大悬挂荷载或移动荷载，就可考虑放弃门式刚架而采用网架。基本雪压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落。结构的布置要根据体系特征，荷载分布情况及性质等综合考虑。一般的说要刚度均匀。力学模型清晰。尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围，使其以最直接的线路传递到基础。
柱间抗侧支撑的分布应均匀。其形心要尽量靠近侧向力(风震)的作用线。否则应考虑结构的扭转，结构的抗侧应有多道防线。比如有支撑框架结构，柱子至少应能单独承受1/4的总水平力框架结构的楼层平面次梁的布置，有时可以调整其荷载传递方向以满足不同的要求。通常为了减小截面沿短向布置次梁，但是这会使主梁截面加大，减少了楼层净高，顶层边柱也有时会吃不消，此时把次梁支撑在较短的主梁上可以牺牲次梁保住主梁和柱子。
（二）、结构设计
在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是“概念设计”，它在结构选型与布置阶段尤其重要。对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时，它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。
3、预估截面与构件相关设计
（一）、预估截面
结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。钢梁可选择槽钢、轧制或焊接H型钢截面等。根据荷载与支座情况，其截面高度通常在跨度的1/20~1/50之间选择。翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距按l/b限值确定时，可回避钢梁的整体稳定的复杂计算，这种方法很受欢迎。确定了截面高度和翼缘宽度后，其板件厚度可按规范中局部稳定的构造规定预估。柱截面按长细比预估。通常50<λ<150，简单选择值在100附近。根据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同，可选择钢管或H型钢截面等。除此之外构件截面形式的选择没有固定的要求，结构工程师应该根据构件的受力情况，合理的选择安全经济美观的截面。
（二）、构件设计
构件的设计首先是材料的选择，比较常用的是Q235(类似A3)和Q345(类似16Mn)。通常主结构使用单一钢种以便于工程管理。经济考虑，也可以选择不同强度钢材的组合截面。当强度起控制作用时，可选择Q345；稳定控制时，宜使用Q235，构件设计中，现行规范使用的是弹塑性的方法来验算截面。这和结构内力计算的弹性方法并不匹配。
当前的结构软件，都提供截面验算的后处理功能。由于程序技术的进步，一些软件可以将验算时不通过的构件，从给定的截面库里选择加大一级。并自动重新分析验算，直至通过，如sap2000等。这是常说的截面优化设计功能之一。它减少了结构师的很多工作量。
（三）、节点设计
连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。在结构分析前，就应该对节点的形式有充分思考与确定。常常出现的一种情况是，最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致，这必须避免。按传力特性不同，节点分刚接，铰接和半刚接。初学者宜选择可以简单定量分析的前两者。常用的参考书有丰富的推荐的节点做法及计算公式。连接的不同对结构影响甚大。比如，有的刚接节点虽然承受弯矩没有问题，但会产生较大转动，不符合结构分析中的假定。
（1）、焊接
由于焊缝连接受材料、操作影响很大，施工后应进行认真的质量检查。钢结构焊缝质量检查分为三级，检查项目包括外观检查、超声波探伤以及X射線探伤等。
所有焊缝均应进行外观检查，检查其几何尺寸和外观缺陷。焊缝感观应达到：外形均匀、成型较好，焊道与焊道、焊道与基本金属间过渡较平滑，焊渣和飞溅物基本清除干净。焊缝表面不得有裂纹，焊瘤等缺陷．一级、二级焊缝不得有表面气孔、夹渣，弧坑裂纹、电弧擦伤等缺陷。且一级焊缝不得有咬边、未焊满、根部收缩等缺陷。
（2）、栓接
螺栓作为钢结构连接紧固件，通常用于构件间的连接、固定、定位等。钢结构中的连接螺栓一般分普通螺栓和高强度螺栓两种。普通螺栓或高强度螺栓而不施加紧固力，该连接即为普通螺栓连接；高强度螺栓并对螺栓施加紧固力，该连接称高强度螺栓连接
（3）、梁腹板
应验算栓孔处腹板的净截面抗剪。承压型高强螺栓连接还需验算孔壁局部承压。节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。构件运到现场无法安装是初学者长犯的错误。此外，还应尽可能使工人能方便的进行现场定位与临时固定。
五、结束语
综上所述，加强对锅炉钢结构的选材的剖析，能够对锅炉钢结构的选材进行把握，进而能够提出一些对策，如此方可在实践的工程中对危险进行掌控，提高锅炉钢结构的质量。
参考文献
[1]陶然.锅炉钢结构设计的步骤及特点[J].电站系统工程， 2011.9.
[2]郭东海.钢结构稳定设计的探讨[J].黑龙江科技信息，2011 年 23 期.
[3]马家军.钢结构设计步骤和设计思路[J].黑龙江科技信息，2013
【关键词】锅炉，钢结构，选材问题
中图分类号：TK229文献标识码： A
一、前言
随着锅炉生产力水平的不断发展，对锅炉钢结构的要求也越来越高，这就需求修生产管理者必须加强对锅炉钢结构的选材的研讨，并努力提高选材水平，为锅炉钢结构质量提供有力的保障。
二、锅炉钢结构制造的前期准备
火电站建设初期需加强锅炉钢结构的优化改造，使锅炉设备组装后的功能得到全面升级。前期准备是钢结构制作的必要条件，通过材料质量检查或者结构性能测试，为组装设计人员提供了有效的指导，编制出的工艺流程更符合电力生产的应用要求。
1、选材
选择合适的钢筋材料是保证锅炉结构性能的基本要求，锅炉钢结构制造应使用型号、性能等指标相符合的材质，这样才能实现较高的强度性能。设计人员根据锅炉型号及性能改造的要求，采用力学特点、化学成分等相匹配的钢材，锅炉结构承载能力得到体现，为锅炉设备的生产操作创造条件。从成本角度考虑，保证性能达到锅炉装配前提下尽量选用廉价的钢材。
2、试验
试验是为了检测出不同型号钢材的性能，判断其是否符合锅炉设备的结构特性。我国行业标准规定，燃烧锅炉焊接使用的钢材都要接受复试验收，及时发现钢材的性能缺陷，提前换用高性能钢材进行组合制造。如：质检人员可随机性抽取某一批钢材，进行强度、温度、拉力等多方面的测试，重点掌握材料的抗温、抗裂性能，钢板不同组合方式下性能的变化特点等。
三、锅炉钢结构的初步设计
在充分考虑到强度、刚度、工艺性、维修性等方面的因素的基础上， 建立关键设计的分析计算模型，开展有关方面的性能计算。 提供设计依据。 根据计算结果改进方案，调整参数。开展技术经济和安全性分析与评估， 特别是对于结构复杂的关键技术要开展详细的分析评估，完成设计报告。
1、钢结构布置形式
钢结构主要有框架、桁架、网架、索膜、轻钢以及塔桅等结构形式。通常情况下，每个形式都有其独特的特点，因此在选型的时候要结合具体情况充分考虑它们的特点，在面对具体问题时要具体分析。例如，对于那些屋面覆盖跨度较大的建筑时，可以选择以构件受拉为主的悬索或索膜结构；在建筑轻钢工业厂房时，需要有较大的悬挂荷载或移动荷载，此时我们需要选择与之相适应的网架，放弃门式钢架。
2、选择钢结构材料
材料选择原则：由于低合金钢（Q345）比碳钢（Q235）稳定性差，但强度高，价格稍贵。一般说来，钢结构杆件按构造要求的较多，刚度控制的也较多，因此，用碳钢（Q235）是合算的；但在强度控制的杆件上选用低合金钢（Q345）是合算的；同时由刚度控制、但强度也有较高要求的杆件，選用其中哪种都是不经济的，这时应选用混用。混用原则：一般情况下按杆件划分或按板厚划分。如按杆件划分，如柱、梁、垂直支撑、顶板次梁等，可采用碳钢（Q235），但对于大板梁、主柱应尽量选用低合金钢（Q345）；如按板厚划分，薄板件可采用碳钢（Q235），而厚板应尽量选用低合金钢（Q345）。但是，无论哪种选择，都应考虑市场的供应情况。
3、截面的选择
选取合理的截面尺寸，对于降低锅炉钢结构的重量来说是非常必要的一种手段。针对柱、梁、垂直支撑、水平支撑不同的受力特点，采取不同的措施，最大程度的减小翼缘和腹板的厚度，使各杆件截面的力学性能得到充分利用。对于柱来说，应根据受力的实际情况，调整截面的尺寸，如不采用原有的宽翼缘的断面，而采用拉开的断面；对于梁来说，应灵活调整梁的断面尺寸，比如轴力大集中力小的梁，翼缘宽度应选择宽些，而轴力小集中力大的梁，翼缘宽度应选择窄些；对于垂直支撑，由于有些垂直支撑的轴力过大，采用以往的 W 型系列的工字型截面，致使部分截面的钢板厚度达到了 50 mm，针对垂直支撑垂直受力的特点，截面钢板厚度大于 20 mm 的截面改为箱型截面，端部过渡到工字型，节点连接保持不变。
四、如何判断构件是否适合用钢结构
1、构件判断
钢结构是由钢板、型钢拼合连接成基本构件，如梁、柱、桁架等，运到现场后通过安装连接成整体结构。 钢结构通常有框架、桁架、网架(壳)、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。 在钢结构施工中，连接占有很重要的地位无论是工厂加工，还是现场安装，都会遇到连接问题。钢结构的连接通常有焊接、螺栓连接及铆钉连接。前两种应用广泛，铆钉连接费钢费工，现在已很少使用，但其韧性和塑性较好，传力可靠，因此在一些重型结构或承受动力荷载作用的结构中有时仍会采用。
2、结构选型与结构设计
（一）、结构选型
结构选型时，应考虑它们不同的特点。在轻钢工业厂房中，当有较大悬挂荷载或移动荷载，就可考虑放弃门式刚架而采用网架。基本雪压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落。结构的布置要根据体系特征，荷载分布情况及性质等综合考虑。一般的说要刚度均匀。力学模型清晰。尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围，使其以最直接的线路传递到基础。
柱间抗侧支撑的分布应均匀。其形心要尽量靠近侧向力(风震)的作用线。否则应考虑结构的扭转，结构的抗侧应有多道防线。比如有支撑框架结构，柱子至少应能单独承受1/4的总水平力框架结构的楼层平面次梁的布置，有时可以调整其荷载传递方向以满足不同的要求。通常为了减小截面沿短向布置次梁，但是这会使主梁截面加大，减少了楼层净高，顶层边柱也有时会吃不消，此时把次梁支撑在较短的主梁上可以牺牲次梁保住主梁和柱子。
（二）、结构设计
在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是“概念设计”，它在结构选型与布置阶段尤其重要。对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时，它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。
3、预估截面与构件相关设计
（一）、预估截面
结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。钢梁可选择槽钢、轧制或焊接H型钢截面等。根据荷载与支座情况，其截面高度通常在跨度的1/20~1/50之间选择。翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距按l/b限值确定时，可回避钢梁的整体稳定的复杂计算，这种方法很受欢迎。确定了截面高度和翼缘宽度后，其板件厚度可按规范中局部稳定的构造规定预估。柱截面按长细比预估。通常50<λ<150，简单选择值在100附近。根据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同，可选择钢管或H型钢截面等。除此之外构件截面形式的选择没有固定的要求，结构工程师应该根据构件的受力情况，合理的选择安全经济美观的截面。
（二）、构件设计
构件的设计首先是材料的选择，比较常用的是Q235(类似A3)和Q345(类似16Mn)。通常主结构使用单一钢种以便于工程管理。经济考虑，也可以选择不同强度钢材的组合截面。当强度起控制作用时，可选择Q345；稳定控制时，宜使用Q235，构件设计中，现行规范使用的是弹塑性的方法来验算截面。这和结构内力计算的弹性方法并不匹配。
当前的结构软件，都提供截面验算的后处理功能。由于程序技术的进步，一些软件可以将验算时不通过的构件，从给定的截面库里选择加大一级。并自动重新分析验算，直至通过，如sap2000等。这是常说的截面优化设计功能之一。它减少了结构师的很多工作量。
（三）、节点设计
连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。在结构分析前，就应该对节点的形式有充分思考与确定。常常出现的一种情况是，最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致，这必须避免。按传力特性不同，节点分刚接，铰接和半刚接。初学者宜选择可以简单定量分析的前两者。常用的参考书有丰富的推荐的节点做法及计算公式。连接的不同对结构影响甚大。比如，有的刚接节点虽然承受弯矩没有问题，但会产生较大转动，不符合结构分析中的假定。
（1）、焊接
由于焊缝连接受材料、操作影响很大，施工后应进行认真的质量检查。钢结构焊缝质量检查分为三级，检查项目包括外观检查、超声波探伤以及X射線探伤等。
所有焊缝均应进行外观检查，检查其几何尺寸和外观缺陷。焊缝感观应达到：外形均匀、成型较好，焊道与焊道、焊道与基本金属间过渡较平滑，焊渣和飞溅物基本清除干净。焊缝表面不得有裂纹，焊瘤等缺陷．一级、二级焊缝不得有表面气孔、夹渣，弧坑裂纹、电弧擦伤等缺陷。且一级焊缝不得有咬边、未焊满、根部收缩等缺陷。
（2）、栓接
螺栓作为钢结构连接紧固件，通常用于构件间的连接、固定、定位等。钢结构中的连接螺栓一般分普通螺栓和高强度螺栓两种。普通螺栓或高强度螺栓而不施加紧固力，该连接即为普通螺栓连接；高强度螺栓并对螺栓施加紧固力，该连接称高强度螺栓连接
（3）、梁腹板
应验算栓孔处腹板的净截面抗剪。承压型高强螺栓连接还需验算孔壁局部承压。节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。构件运到现场无法安装是初学者长犯的错误。此外，还应尽可能使工人能方便的进行现场定位与临时固定。
五、结束语
综上所述，加强对锅炉钢结构的选材的剖析，能够对锅炉钢结构的选材进行把握，进而能够提出一些对策，如此方可在实践的工程中对危险进行掌控，提高锅炉钢结构的质量。
参考文献
[1]陶然.锅炉钢结构设计的步骤及特点[J].电站系统工程， 2011.9.
[2]郭东海.钢结构稳定设计的探讨[J].黑龙江科技信息，2011 年 23 期.
[3]马家军.钢结构设计步骤和设计思路[J].黑龙江科技信息，2013