石油化工管廊桁架结构方案的优化

发布时间：2020-08-09 12:34

【摘要】：目前我国石油化工行业发展迅速,全国各地建设了大量的化工厂,其中化工管廊是石油化工厂的重要组成部分,在化工厂中分布非常广泛。化工管廊并起到连接各反应装置和设备,同时承载各种管道和仪表槽盒、电气槽盒以及检修通道的作用。当管廊跨越道路和各种“障碍物”时,由于跨度较大,为满足使用要求,桁架结构就会成为首选的结构形式。但是目前由于对管廊桁架的研究不够细致和深入导致管廊桁架形式各异,优点不能充分发挥,造成了很多浪费。为解决目前石油化工管廊桁架设计和使用不规范的情况,本文在对结构可靠度及优化设计理论研究的基础上对管廊桁架进行优化分析。对管廊桁架的荷载情况及工况进行深入的分析,结合工程经验对桁架荷载的选取和输入给出合理的方案。在明确荷载条件的情况下以为作者接触的工程实例为基础对目前常用的钢结构平行弦桁架进行优化设计。借助平面及三维计算软件对无竖杆式、单斜式、人字形24m钢结构桁架结构进行建模、计算,得出在相同荷载工况条件下各种桁架结构的优缺点。并挑选经济性最好的桁架结构进行改造和优化设计,使其在安全性和适用性方面均满足使用要求。同时对三层、两层、单层平行弦桁架分别进行计算及优化。通过对各种桁架结构的分析及优化设计,对无竖杆式桁架进行改造,分别得出了三层、两层、单层平行弦桁架的最优设计方案,使管廊桁架结构在安全性、经济性、适用性方面均能达到最优的状况,为石油化工管廊桁架的优化设计起到一定的推动作用。
【学位授予单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE65
【图文】：

现代化工,管廊

成树脂、合成纤维、合成橡胶等石化产业的能源和原材料产业。近些年来国家为了提升炼逡逑油能力，消除小工厂的污染并且为实现进一步整合石油化工，调整优化化工板块的目的在逡逑全国范围内展开了多个千万吨炼油项目。改造、新建了一大批石油化工厂如图１．１所示。逡逑图１．１现代化工厂逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｃｈｅｍｉｃａｌ邋ｐｌａｎｔ逡逑在所有的化工厂中管道的支撑载体——管廊起着至关重要的作用。而有管廊处必有桁逡逑架，桁架在管廊设计中是最常用到的一种结构形式，由于桁架跨度大，举架高使其成为整逡逑个管廊设计的重点和难点。石油化工管廊桁架在化工行业中的形式主要分两种：装置内管逡逑廊桁架、装置外管廊桁架。逡逑装置内管廊桁架：在石油化工厂区内一般包括几个相对独立的化学反应系统：简称ＸＸ逡逑装置，装置内用于连接各反应单元的结构即为装置内管廊。由于石油化工行业装置要求尽逡逑快的投产、同时还需保证改造升级方便，目前９０％以上装置内管廊桁架均采用钢结构形式。逡逑由于处在装置区内场地相对平整，环境相对单一，桁架形式主要依据管道的垂直荷载、水逡逑平推力大小、有无震动管道等条件决定，桁架设计方案也相对单一和固定。逡逑装置外管廊桁架：各化工厂之间，各装置之间的联系仍然是依靠管廊，这种管廊在这逡逑里统称为装置外管廊，这种管廊连接距离一般比较长有的能达到几十公里，其中的桁架为逡逑装置外管廊桁架。装置外管廊桁架所处地形复杂

平行弦桁架,上下弦,状态,腹杆

通过合理布置腹杆，能够将剪力逐步传递给支座。这样无论是抗弯还是抗剪，桁逡逑架结构都能够使材料强度得到充分发挥。石油化工平行弦桁架弦杆一般采用窄翼缘的／／型逡逑钢，如图１．６所示，充分利用翼缘的好型钢的截面高度和抗弯截面抵抗矩，腹杆一般采用逡逑双角钢组合在满足截面强度的情况下还必须保证腹杆的长细比，当长细比或强度不能满足逡逑时，腹杆也可以采用小截面的宽翼缘的／／型钢，当使用宽翼缘的付型钢时需要注意／／型逡逑钢弱轴方向上的长细比，经常会出现由于弱轴方向长细比不能满足而不得不加大截面的情逡逑况。当在设防烈度为８度或８度以上时为了保证腹杆的各项同性，还行经常会用到圆钢管，逡逑以增加其抗震性能。桁架的柱子在正常荷载情况下一般跨度不大时（３０ｍ以内）均采用钢逡逑柱，经常采用的截面形式为宽翼缘的／／型钢或钢结构箱型柱；当荷载较大或跨度比较大时逡逑（大于３０ｍ）时经常会用到混凝土柱子或者钢骨混凝土结构柱。同时为保证桁架整体的抗逡逑侧能力会在桁架各层上设置水平支撑，水平支撑一般情况下均为单角钢。逡逑图１．６平行弦桁架逡逑Ｆｉｇ．邋１．６邋Ｐａｒａｌｌｅｌ邋ｃｈｏｒｄ邋ｔｒｕｓｓ逡逑平行弦桁架顾名思义其上下弦杆为平行布置的状态，从外观上看更像是一种等截面的逡逑格构式梁

布置图,布置图,电缆,管廊

逦逦逡逑ｂ）管道竖向荷载计算简图逡逑图３．１管道竖向荷载逡逑Ｆｉｇ３．１邋Ｖｅｒｔｉｃａｌ邋ｌｏａｄ邋ｏｆ邋ｐｉｐｅ逡逑３．１．２电缆荷载逡逑为充分利用管廊桁架结构，节省空间，一般会在化工管廊上铺设大量的仪表，电气，逡逑自控等专业的电缆。电缆一般以电缆槽盒为载体，根据各专业电缆的数量来确定电缆槽盒逡逑的宽度，高度和层数，但是一般不会超过３层。同样和管道的考虑方式一致，一般电缆槽逡逑盒也会考虑电缆的预留问题。逡逑常用的电缆槽盒的宽度有２００ｍｍ，邋４００ｍｍ，６００ｍｍ，８００ｍｍ。槽盒的跨越长度一般为逡逑３ｍ—５ｍ之间，所以一般在管廊上需要每隔３ｍ—５ｍ的距离就设置一道电缆托臂，防止电逡逑缆槽盒的“塌腰”。因此电缆的荷载是以集中荷载的形式传递到管廊桁架主体结构上的，逡逑其传递顺序为电缆槽盒——槽盒托臂——桥架立柱——析架柱或者桁架梁。每个点的集中逡逑荷载大小需要根据上文所说的宽度，跨度，层数来进行确定，同时还要考虑一定的预留位逡逑置荷载。通常根据电缆槽盒的宽度可以得出每延米槽盒的荷载情况

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