一种可适应三次风管温度变形的门式支架结构

技术领域

本发明属于工程建筑技术领域，尤其涉及一种可适应三次风管温度变形的门式支架结构。

背景技术

在水泥厂风管设计中，三次风管支架结构在适应高温气流的同时，存在多项缺陷和不足，影响了其稳定性和可维护性。

首先，由于三次风管内的气流温度可高达850～950℃，甚至超过1000℃，导致风管内的钢材受热膨胀变形。若未采取合适的支架结构，管道的膨胀伸长将对支架结构产生巨大作用力，可能导致支座处的焊缝撕裂、基础开裂，甚至管道垮塌，造成严重的损失。

三次风管支架结构采用的门式支架技术通过在中间支架处设置膨胀节，将风管分隔为几跨，每跨风管的一端设固定支座，另一端设滑动支座以为风管随温度变化提供自由度。然而，目前主要采用滑动支撑的设计，底部采用固定桁架支架，顶部采用滑动支座和上部结构连接，存在以下几个关键问题：

底部固定桁架支架问题：由于下部结构采用固定桁架支架，基础需承受弯矩，导致占地面积大，结构相对复杂，且难以充分利用三次风管下部空间。

连接方式不理想：上部结构与桁架支架采用滑动支座连接，制造维护更换成本高，安装要求高，影响了结构的可持续性和可靠性。

膨胀节维护问题：上部风管采用膨胀节，但在实际运行中，未能及时填补维护膨胀节，可能导致支架变形等更严重的连带损害，增加了运维难度。

因此，上述问题的存在使得当前的三次风管支架结构在实际应用中受到一定的约束，迫切需要一种更为创新和优化的设计以解决这些技术瓶颈。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种解决当前技术存在的底部支架复杂性、连接方式不灵活和膨胀节维护不足等问题的可适应三次风管温度变形的门式支架结构。

本发明是这样实现的，一种可适应三次风管温度变形的门式支架结构，其特征在于：包括支架柱脚支座、支架柱和支架顶部支座；所述支架柱脚支座包括端耳板支座和拼接板，端所述耳板底板和所述拼接板构成第一转动副，所述第一转动副的轴线水平且与三次风管的轴线垂直；所述支架柱与支架柱脚支座固定连接；所述支架顶部支座包括端耳板底板和中间耳板底板，所述端耳板底板和所述中间耳板底板构成第二转动副，所述第二转动副的轴线水平且与三次风管的轴线垂直。

在上述技术方案中，优选的，所述支架柱脚支座包括两个第一端耳板和一个第一中间耳板，两个第一端耳板固定于所述支架柱脚支座，所述第一中间耳板固定于所述拼接板，两个所述第一端耳板对称分布于第一中间耳板的两侧，两个所述第一端耳板和所述第一中间耳板通过第一销轴铰接；

所述支架顶部支座包括两个第二端耳板和一个第二中间耳板，两个第二端耳板固定于所述端耳板底板，所述第二中间耳板固定于所述中间耳板底板，两个所述第二端耳板对称分布于第二中间耳板的两侧，两个所述第二端耳板和所述第二中间耳板通过第二销轴铰接。

在上述技术方案中，优选的，所述支架柱包括支架箱型柱和支架箱型斜柱，所述拼接板固定于所述支架箱型柱的下端部。

在上述技术方案中，优选的，所述支架柱脚支座、支架柱和支架顶部支座构成一组侧支撑组件，包括左右对称设置的两组所述侧支撑组件，两侧支撑组件之间连接横撑和横梁，所述横撑和横梁连接于支架柱之间。

在上述技术方案中，优选的，所述横梁由上翼缘、腹板、横向加劲肋和下翼缘组成，两个所述的腹板分别焊接于上翼缘和下翼缘并构成成箱型截面，所述支架柱的上端固定所述下翼缘，所述端耳板底板固定于所述上翼缘。

在上述技术方案中，优选的，所述横向加劲肋沿横梁长度方向对称分布，横向加劲肋焊接于上翼缘、下翼缘以及腹板。

本发明提出一种可适应三次风管温度变形的门式支架结构，具备以下的优点和效果：

1、有效适应温度变形：本发明采用的门式支架结构能够有效适应三次风管因高温气流引起的纵向变形。销轴铰接支座的应用使得支座在温度变形时具有更大的灵活性和适应性，保障了整体结构的稳定性。

2、降低制造成本：通过用销轴铰接支座代替传统的滑动支座，本发明降低了对特殊材料或工艺的需求，有效减少了制造成本。这一创新性的设计简化了制造过程，提高了制造效率。

3、容忍安装角度偏差：销轴铰接支座本身结构对安装角度偏差有一定的容忍能力，使得现场安装更加简便。这一特性减少了安装过程中的操作难度，提高了施工效率。

4、减少水平力影响：由于采用销轴铰接支座，避免了倾斜的滑动支座，风管本身自重不会对中间支架形成水平力。中间支架两端均为铰支，是典型的二力杆，只承受沿自身轴线方向的拉力或压力，不会对其底部基础产生弯矩作用，使得整体支架更为稳定，结构更加简洁美观。

5、节省投资：由于整体结构设计更为简洁，无需设置膨胀节，中间支架两端为铰支，投资成本得以节省。同时，简化的结构设计也降低了基础建设的投资。

6、提高可靠性：采用销轴铰接支座不仅节省了制造成本，还使得结构更为坚固可靠。由于无需再设置膨胀节，可靠性得到提高，避免了膨胀节失效及其连带损害的问题。

7、降低维护工作量和成本：通过避免膨胀节的使用，本发明降低了维护工作量和维护成本。支架结构更为稳定，减少了维护的频率和难度，提高了系统的可维护性。

综上所述，本发明的可适应三次风管温度变形的门式支架结构具有显著的经济效益和实用价值，为水泥厂风管设计领域带来了重要的技术创新。

附图说明

图1：本发明支架结构立体结构示意图；

图2：本发明支架结构前视结构示意图；

图3：本发明支架结构侧视结构示意图；

图4：本发明支架柱脚支座立体结构示意图；

图5：本发明支架柱立体结构示意图；

图6：本发明钢梁立体结构示意图；

图7：本发明钢梁侧面结构示意图；

图8：本发明钢梁正面结构示意图；

图9：本发明钢梁A-A剖面结构示意图。

图10：本发明横撑立体结构示意图；

图11：本发明支架顶部支座立体结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为解决现有三次风管因缺乏合适的支架结构而存在的焊缝撕裂、基础开裂、管道垮塌的事故隐患，并造成施工强度大、工程周期长、土建投资与维护费用高等问题，本发明特提供一种可适应三次风管温度变形的门式支架结构，本支架设计合理，结构简单，节省场地空间，减小了施工强度，缩短了工期，节约土建投资与维护费用。为了进一步说明本发明的结构，结合附图详细说明书如下：

请参阅图1和图2，一种可适应三次风管温度变形的门式支架结构，包括支架柱脚支座、支架柱、横撑、钢梁、支架顶部支座。

支架柱脚支座包括端耳板支座1和拼接板4，端耳板底板和拼接板构成第一转动副，第一转动副的轴线水平且与三次风管的轴线垂直。

具体的，支架柱脚支座采用第一销轴铰接节点，销轴的轴线与轴线水平且与三次风管的轴线垂直。采用三耳板组成的双剪结构。支架柱脚支座包括两个第一端耳板2、一个第一中间耳板3，端耳板底板1的上部固定两个第一端耳板2，拼接板4的下部固定第一中间耳板3。两个第一端耳板2的尺寸相同，对称分布于第一中间耳板3的两侧，第一中间耳板3的厚度大于第一端耳板2的厚度。第一中间耳板3和第一端耳板2开有销轴孔，孔径略大于第一销轴直径，第一中间耳板3和第一端耳板2之间留有间隙。第一端耳板2焊接于第一拼接板4，第一中间耳板3焊接于端耳板支座。拼接板4为支架柱下部的构造。

进一步的，所述支架柱脚支座采用销轴铰接节点，由一根销轴将第一中间耳板3与两侧的第一端耳板2连接起来，解除转动约束，使上部支架柱能够沿耳板平面内自由转动，相互间的荷载通过销轴和耳板的接触面来传递，上部柱脚对底部基础只能够传递轴力、剪力、平面外的弯矩，但是不传递平面内的弯矩。

其中，所述支架柱脚支座两侧的第一端耳板2之间间距在满足第一中间耳板3厚度情况下，尽可能紧凑，这样可以减小销轴受力长度，减小发生偏载时的不均匀受力。但是也要留足一定的空间，在安装中，可以使第一中间耳板3方便插入两侧的第一端耳板2之间；在制作中，也方便实施两个第一端耳板2中间的焊缝。

支架柱与支架柱脚支座固定连接；

所述支架柱由支架箱型柱5、支架箱型斜柱7构成。支架箱型柱5和支架箱型斜柱7采用中间空心的方钢管截面形式。所述支架箱型柱5和支架箱型斜柱7由4块等厚等宽的钢板焊接而成，形成一个正方形截面，在能够保证结构的强度同时，能够更好的节省材料。

所述横撑6由圆管、连接板组成，圆管为钢管。所述的钢管采用圆形截面，能够更好的发挥材料的性能。

其中，所述横撑6可以使底部销轴减少由于支架整体外扩趋势所受到的力。

所述横梁为钢梁，采用箱型钢梁截面的设计形式。由上翼缘8、腹板9、横向加劲肋11和下翼缘10组成。所述的两个腹板9分别焊接于上翼缘8和下翼缘10，从而组成箱型截面。所述横向加劲肋11沿钢梁全长对称分布。所述的横向加劲肋11焊接于上翼缘8、下翼缘10以及腹板9。在钢梁端部沿横向共布置三道横向加劲肋11，交替布置在两个腹板9的两侧。

其中，所述箱型钢梁是一种闭合型薄板结构，不但具有良好的整休性而且纵横向的抗弯刚度和抗扭刚度亦大。能够充分发挥材料的性能，使设计更加的经济。

其中，所述上翼缘8采用较宽的设计，能够方便的使支架顶部支座焊接于钢梁。

其中，横向加劲肋11能够有效的防止薄板的屈曲，有效的提高梁的稳定性以及抗扭性能。进而可以有效利用薄板在屈曲后的强度储备。

支架顶部支座包括端耳板底板和中间耳板底板，端耳板底板和中间耳板底板构成第二转动副，第二转动副的轴线水平且与三次风管的轴线垂直。

所述支架顶部支座同样采用销轴铰接节点，采用三耳板组成的双剪结构。由两个第二端耳板13、一个第二中间耳板14、端耳板底板12、中间耳板底板15构成。两第二个端耳板13的尺寸相同，对称分布于第二中间耳板14的两侧，第二中间耳板14的厚度大于第二端耳板13的厚度。第二中间耳板14和第二端耳板13开有销轴孔，孔径略大于销轴直径，第二中间耳板14和第二端耳板13之间留有间隙，第二端耳板13和第二中间耳板14分别焊接于端耳板支座12和中间耳板底板15。

其中，所述支架顶部支座采用销轴铰接节点，由第二销轴将第二中间耳板14与两侧的第二端耳板13连接起来，解除转动约束，使上部支架柱能够沿耳板平面内自由转动，相互间的荷载通过销轴和耳板的接触面来传递，支架顶部支座对支架柱只能够传递轴力、剪力、平面外的弯矩，但是不传递平面内的弯矩。

其中，所述支架顶部支座两侧的第二端耳板13之间间距在满足第二中间耳板14厚度情况下，尽可能紧凑，这样可以减小销轴受力长度，减小发生偏载时的不均匀受力。但是也要留足一定的空间，在安装中，可以使第二中间耳板14方便插入两侧的第二端耳板13之间；在制作中，也方便实施两个第二端耳板13中间的焊缝。

依据支座构造和组装程序可按支架柱、横撑、钢梁、支架柱脚支座、支架顶部支座五类部件进行安装。主要步骤可概括为：

(1)首先将横撑、钢梁分别与两个支架柱进行焊接连接。

(2)将两侧端耳板焊接于底板上，将支架柱与中间耳板通过销轴与基础进行连接。

(3)将支架柱与支架顶部支座通过焊接进行连接。

所述支架安装完成后，在风管因受热产生温度变形时，支架顶部支座随着管道的变形而移动，使整个支架结构所在的平面沿着两个支架柱脚支座，也就是沿着销轴铰接节点的连线进行转动，从而使上部结构对底部基础只能够传递轴力、剪力以及支架结构所在平面内的弯矩，从而释放掉上部结构受热变形所带来的支架结构平面外的弯矩，不会对其底部基础产生弯矩作用，因此不管是支架基础还是中间支架本身，都更加简洁美观，也节省了投资。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，例如均应包含在本发明的保护范围之内。