地震荷載對煙風(fēng)道加固肋選型的影響

馮道顯

(中南電力設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430071)

1 概述

在火力發(fā)電廠中，矩形煙風(fēng)道通常要設(shè)置加固肋。目前國內(nèi)工程的矩形煙風(fēng)道加固肋的計(jì)算與選型，一般是采用《火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》(DL/T5121-2000)(下文簡稱《六道技規(guī)》)及《火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》配套設(shè)計(jì)計(jì)算方法(下文簡稱《六道技規(guī)配套計(jì)算方法》)中給出的方法，上述方法中未考慮地震荷載對加固肋選型的影響。地震荷載對煙風(fēng)道加固肋選型的影響程度究竟如何，需要針對具體情況進(jìn)行分析。

2 現(xiàn)行的加固肋計(jì)算選型方法

根據(jù)《六道技規(guī)》及《六道技規(guī)配套計(jì)算方法》的規(guī)定，矩形煙風(fēng)道加固肋采用的是道體橫向加固肋，縱向加固肋僅作為負(fù)壓道體橫向加固肋防失穩(wěn)用。橫向加固肋應(yīng)同時(shí)滿足強(qiáng)度、剛度和防振(頻率)的要求。以強(qiáng)度和頻率條件作為控制依據(jù)，剛度條件作為校核依據(jù)，按防止共振頻率的差異分為振動設(shè)計(jì)和常規(guī)設(shè)計(jì)兩種。實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)，可采用公式法或圖表法進(jìn)行加固肋的選型。

公式法是先把加固肋所承受的各種荷載按照《六道技規(guī)》及《六道技規(guī)配套計(jì)算方法》的規(guī)定進(jìn)行組合，再把組合后的荷載帶入有關(guān)的計(jì)算公式，確定加固肋最大間距，然后對初步選定的加固肋進(jìn)行校核計(jì)算的一種方法。圖表法是根據(jù)組合后的荷載，在相應(yīng)的圖表中查得加固肋最大間距，再計(jì)算出加固肋設(shè)計(jì)荷載，然后在相應(yīng)圖表中直接查得加固肋型號的一種方法。

無論采用上述哪種加固肋選型方法，首先都必須進(jìn)行荷載組合的工作。根據(jù)《六道技規(guī)》及《六道技規(guī)配套計(jì)算方法》的規(guī)定，荷載組合時(shí)需考慮以下各項(xiàng)荷載：

q0：煙風(fēng)道介質(zhì)設(shè)計(jì)內(nèi)壓力荷載(簡稱內(nèi)壓)

q1：煙風(fēng)道道體面板、加固肋自重產(chǎn)生的當(dāng)量荷載(簡稱自重)

q2：煙風(fēng)道保溫材料重量產(chǎn)生的當(dāng)量荷載(簡稱保溫荷載)

q3：煙風(fēng)道內(nèi)部積灰產(chǎn)生的當(dāng)量荷載(簡稱積灰荷載)

q4：露天煙風(fēng)道積雪產(chǎn)生的當(dāng)量荷載(簡稱積雪荷載)

q5：露天煙風(fēng)道風(fēng)荷載產(chǎn)生的當(dāng)量荷載(簡稱風(fēng)荷載)

組合設(shè)計(jì)荷載Σq為以上各項(xiàng)荷載的代數(shù)和。

可以看出，以上各項(xiàng)荷載中并未包括地震荷載，也就是說加固肋計(jì)算選型時(shí)并未考慮地震荷載的影響。

對于煙風(fēng)道加固肋計(jì)算選型時(shí)是否考慮地震荷載，國外公司也有各自不同的做法。例如，法國阿爾斯通公司在350MW等級循環(huán)流化床鍋爐煙風(fēng)道設(shè)計(jì)導(dǎo)則中規(guī)定，由于地震荷載與煙風(fēng)道內(nèi)壓相比并不顯著，因此在煙風(fēng)道設(shè)計(jì)中一般忽略地震荷載。英國巴布科克公司在荷載組合時(shí)，則要把地震荷載參與組合，地震荷載的大小按照死荷載乘以地震荷載系數(shù)來確定，其中死荷載包括道體面板荷載、加固肋自重荷載、保溫材料荷載和積灰荷載(如風(fēng)道內(nèi)無積灰則不考慮此項(xiàng))，系數(shù)取地震加速度與重力加速度的比值，例如地震加速度為0.1g，則地震荷載系數(shù)取0.1，依此類推。

3 地震荷載對加固肋選型的影響分析

《六道技規(guī)》及《六道技規(guī)配套計(jì)算方法》中的加固肋計(jì)算選型方法沒有考慮地震荷載的影響，所以也沒有給出加固肋選型計(jì)算時(shí)地震荷載的計(jì)算方法。但是《六道技規(guī)配套計(jì)算方法》給出了作用于煙風(fēng)道支吊架上的地震荷載的計(jì)算公式，該公式如下：

式中：Fdx(y)為地震引起的作用于煙風(fēng)道支吊架上水平方向X或Y的水平力，當(dāng)計(jì)及垂直力時(shí)可取為水平力的1/2；Fg為工作荷重；Z為地震烈度系數(shù)。

地震烈度與地震烈度系數(shù)的對應(yīng)關(guān)系見表1。

表1 地震烈度與地震烈度系數(shù)的對應(yīng)關(guān)系

筆者認(rèn)為，當(dāng)煙風(fēng)道加固肋選型需要考慮地震荷載的影響時(shí)，參與組合的各項(xiàng)荷載除了前文中提及的q0～q5外，還應(yīng)加上地震荷載q6，其大小可參照作用于煙風(fēng)道支吊架上的地震荷載的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時(shí)可把工作荷載Fg替換為前文所述的自重q1與保溫荷載q2之和。下面以某工程的一段冷風(fēng)道為例，對地震荷載對加固肋計(jì)算選型的影響進(jìn)行分析。

該工程廠址位于土耳其地中海沿岸，廠址所在地屬于土耳其地震1區(qū)，地震水平加速度0.4g，相當(dāng)于我國9度地震區(qū)。由于當(dāng)?shù)氐卣鹆叶确浅８?，因此土方業(yè)主要求在煙風(fēng)道設(shè)計(jì)時(shí)考慮地震荷載。該工程冷風(fēng)道為水平布置，風(fēng)道截面尺寸為4600(水平邊)×3800(垂直邊)，壁厚為4mm，在風(fēng)道內(nèi)設(shè)置有十字形支撐，送風(fēng)機(jī)BMCR工況風(fēng)壓為3915Pa。根據(jù)以上原始條件，按照《六道技規(guī)》及《六道技規(guī)配套計(jì)算方法》規(guī)定的計(jì)算方法，可計(jì)算出q0～q5各項(xiàng)荷載分別見下文中的表2。

因該冷風(fēng)道為水平布置，因此在加固肋選型計(jì)算時(shí)，其側(cè)板僅考慮水平方向的地震荷載，頂板與底板僅考慮垂直方向的地震荷載。按照《六道技規(guī)配套計(jì)算方法》中給出的地震荷載的計(jì)算公式，側(cè)板承受的水平方向的地震荷載為：0.3×1×(0.464+0)=0.139kPa；頂板與底板承受的垂直方向的地震荷載為0.139×1/2 =0.07kPa。

把q0～q5各項(xiàng)荷載及地震荷載q6按照《六道技規(guī)配套計(jì)算方法》中的規(guī)定進(jìn)行組合、計(jì)算，得出計(jì)算結(jié)果見表2。然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果，由圖表查出該冷風(fēng)道加固肋型號為L63×63×6。計(jì)算時(shí)，q0～q6各項(xiàng)荷載的正負(fù)取值原則為由風(fēng)道內(nèi)向外為“+”、由風(fēng)道外向內(nèi)為“-”，其中q5、q6的正負(fù)按照加固肋受力最不利情況考慮。

如果不考慮地震荷載的影響，僅把q0～q5各項(xiàng)荷載按照《六道技規(guī)配套計(jì)算方法》中的規(guī)定進(jìn)行組合、計(jì)算，得出計(jì)算結(jié)果見表3。然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果，同樣可由圖表查出該冷風(fēng)道加固肋型號為L63×63×6。計(jì)算時(shí)，q0～q5各項(xiàng)荷載的正負(fù)取值原則與考慮地震荷載時(shí)一致。

表2 考慮地震荷載的加固肋選型計(jì)算表

表3 考慮地震荷載的加固肋選型計(jì)算表

從以上兩個(gè)加固肋選型結(jié)果可以看出，考慮地震荷載和不考慮地震荷載兩種情況下，上述冷風(fēng)道的加固肋選型結(jié)果是一致的。其原因主要是雖然地震荷載使加固肋的組合設(shè)計(jì)荷載Σq及設(shè)計(jì)荷載Q比不考慮地震荷載時(shí)略大，但是因?yàn)榈卣鸷奢d遠(yuǎn)小于其它各項(xiàng)荷載，其在荷載組合中所占比重很小，并不足以改變加固肋的選型結(jié)果。對于上述工程而言，廠址所在地的地震水平加速度為0.4g，相當(dāng)于我國9度地震區(qū)。如果工程廠址所在地的地震烈度小于9度，則地震荷載對加固肋計(jì)算荷載的影響就更小。

4 結(jié)語

目前國內(nèi)采用的《六道技規(guī)》及《六道技規(guī)配套計(jì)算方法》中的矩形煙風(fēng)道加固肋選型計(jì)算方法沒有計(jì)及地震荷載，這主要是因?yàn)榈卣鸷奢d遠(yuǎn)小于其它各項(xiàng)荷載，其在荷載組合中所占比重很小，并不足以改變加固肋的選型結(jié)果。但如果電廠廠址位于高地震烈度地區(qū)，或者業(yè)主有特殊要求，需要在加固肋選型計(jì)算時(shí)考慮地震荷載，則可參照作用于煙風(fēng)道支吊架上的地震荷載的計(jì)算公式，來計(jì)算作用于加固肋上的地震荷載并以此荷載參與荷載組合，進(jìn)行加固肋的選型。

[1]錢成緒.火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程配套設(shè)計(jì)計(jì)算方法[M].北京：中國電力出版社，2004.

[2]DL/T 5121-2000，火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].