威金斯气柜的活塞计算及有限元模型的建立

活塞是由活塞底板和活塞围栏两部分组成的空间受力体系。活塞底板由活塞底板壳体，活塞径向梁和环向梁组成，活塞围栏由活塞支架，支架之间支撑及侧面钢板组成。由于活塞和柜体结构之间采用柔膜连接，结构相对独立，可单独进行计算。

在活塞设计计算的过程中，需要考虑活塞在三种运行状态下的受力情况：施工阶段，使用阶段和停产检修阶段。在这三个阶段中，仅在使用阶段活塞受力最为复杂，并且一旦倾斜过大可能导致气柜的非正常运行。本文仅分析使用状态下活塞的变形和应力。

1. 活塞计算概述

活塞半径为 27.550m，活塞底板拱高 2.259m，起拱半径 R=147.924m，侧壁高度 6.139m。活塞底板厚 6mm，活塞径向梁为 18a 槽钢，环向梁为 16a 槽钢，环向加劲肋为 L125×80×8 角钢。活塞支架共 48 个，沿圆周均匀分布。活塞在使用阶段，承受的荷载：结构自重，气体压力 8000Pa，活塞上混凝土块重量。

2. 有限元模型的建立

按照第二章 2.2 所述建模方法，建立活塞的有限元模型。采用 beam188 单元模拟活塞的各种构件。整个有限元模型沿环向和径向网格划分的份数设为可变的参数，以便于根据工程精度的要求进行网格的调整；按照工程中实际情况，当活塞完全升起后，活塞架的上端顶在升起后的 T 围栏的下面，活塞的侧面也紧贴 T围栏的侧面。由于 T 围栏的刚度很大且与气柜的外壳相对独立，在通常的受力状态下可以认为 T 围栏不发生变形。活塞上端不能发生沿x、 y 、z 向轴向位移，但是能发生沿x、 y 、 z 方向的转动位移，所以把边界条件简化为铰支座。活塞侧面不能发生沿x、y 、z 方向的轴向位移，但是能发生沿x、y 、z 方向的转动位移，所以也把边界条件简化为铰支座。