1160m3丙烷气球罐壁厚计算和强度校核方案.docx

1160m3丙烷气球罐壁厚计算和强度校核方案球壳计算1.Ll计算压力1.1.2 球壳各带厚度计算1.1.3 环境温度下球壳计算应力1.2 球罐质量计算1.3 地震载荷计算1.3.2 自振周期1.3.3 地震力1.3.4 风载荷计算1.3.5 弯矩计算1.3.6 支柱计算1.351单个支柱的垂宜载荷135.2组合载荷1.353单个支柱弯矩135.4支柱稳定性校核1.355地角螺栓计算1.3.5.6支柱底板1.357拉杆计算1.358拉杆与支柱连接焊缝强度验算球壳计算1.1.1计算压力球壳各带的物料液柱高度：hi=Omm；h2=2540mm；h3=7180mm；hl=9733mm；物料：丙烷地震设防烈度：8度安装地区：兰州球罐建造场地：H类，近震温度：35丙烷饱和蒸汽压：1.231MPa丙烷密度：474kgm3重力加速度：9.8ms2充装系数:0.9要求设计容积为700,由V=IW得R=5550mm,3H=KlRH一液注高度，叫一只与充装系数K有R一球罐半径K=O.9c1=l.6084液柱高度HH=I.6084X5550=8926.628927mm试验压力：1.231+Hpgio-6=0.041MPa球壳各带的计算压力：Pe=p+h,<p×1OMPPi=I.231+0=1.231MPp,=1.231÷2540×474×9.8=1.243MPp3=1.231+7180×474×9.8=1.264MPpc4=1.231+9733×474×9.8=1.683MP112球壳各带厚度计算球壳内径Di=IllOOmm球壳材料16MnR在设计温度下的许用应力：g'=163MP焊缝系数：=厚度附加量：C=C1+C2=0+l=l(mm)Sm=219切7?取=25mm§n=22.2mtri!Ld2=25nmBd3=22.56/Wn取5/3=28mm5“=29.7zw72lRj4=30,M1.1.3环境温度下球壳计算应力丙烷在时的饱和蒸气压：p=1.231MPa环境温度下球壳的最大计算压力：P=P+hQpl'球壳下极的有效厚度：b=5C=30T=29mm如P.DtS=也窃=118.044MP£=119.192MPa£=121.202MPaS=16L296MP环境温度下球壳的计算应力：S=S1.2球罐质量计算球壳材料密度：p=7850充装系数:k=0.9水的密度：P3=1000m3球壳赤道带外直径Do=I1160mm球面的积雪系数：Cs=O.4基本雪压值：q=750NI京球壳各带球心角：CC1=65OCrr=55CCliT=30%=65球壳各带质量计算：«r=1(A+J1(i-c与)$HlA×IL=久1160÷25F(I-皿多XZSx7850XIOT=6167(%)m=1+(cos与TiII与)7AXIL=y(11160+25p(Qw拳-m巧×25×7850×10-*=22357()E=W(4+ia)2(cosjm)“4x=j(10600÷28尸(3容-M巧×28×7850X10=25053(%)m=(A÷6j(l-CDSy)tfn4AXIL=I(106000÷30)a(l-ms制×30×78S0×IL=74070)球壳的质量：=三r+三r+m"+三=60984(“)物料质量：m2=为汴/XIL=7×IllOOax474×0.9XIL=291715(%)OO液压试验时液体质量：m3=?DmXIL=7×IiiO伊X1000x10-=683815(4)66积雪质量：m4=；8宿×IOT=r-5×11160a×750×04×IoY=2989()4g4X9.0保温层：材料一泡沫聚氨基甲酸乙酯密度：错误!未找到引用源。厚度：50mm保温层体积：m1=p=11.15×45=501.7Sfcg=(DJ-DJ)=IX(111603-111001)=11.15m1支柱和拉杆的质量：ITi6=SOOOOkg附件质量：m7=12000kg操作状态下的球罐质量：m0=m+m2+11L+m5+m6+m7=378189(kg)液压试验状态下的球罐质量：m=m1+m3+m6+m7=786799(kg)球罐最小质量：mrain=m+m6+m7=102984(kg)1.3地震载荷计算1.3.1 自振周期支柱底板面至球壳中心的距离：Ho=8000mm支柱数目：11=8支柱材料16MnR的常温弹性模量：错误!未找到引用源。支柱外直径：d°=380,加错误!未找到引用源。支柱内直径：4=362三?支柱横截面的惯性矩：I=-Wo-dj)=27×(426J4084)=2.562X108mm4支柱地板面至拉杆中心线与支柱中心线交点处的距离：/=3600三拉杆影响系数：/1/2l540(ha/2×5400=1-)(3F)=I-嬴9x(3-8)=0j48球罐的基本自振周期：_Uea»<xlO->_378189×8000l×0.248×1Q-*_T=%-3nE9l-=J3×8X206XX2562XIOe=6，3s1.3. 2地震力综合影响系数：C=O45；由于兰州地区地震设防烈度为8级，建造场地为11类场地土，由GB12337-89表14、图9查的地震影响系数最大值：ma=0.45(查GB12337-98表16得)；对应与自振周期T的地震影响系数："0)"j=层蓊,。23=03282球罐的水平地震力:F=C2cm9g=05×378198×0329x96=0.S487×IO4(AT)1.3. 3风载荷计算风载荷系数：K尸0.4；系数。=L5(按GB12337-98表15用比例内插法算的)；风振系数:K2=UO.35×,=l+0.35×1.5=1.525基本风压值：qo=300Nm2;支柱底板底面至球壳中心的距离：Ho=5600mm;球罐的水平风力：r=(¾+2t)¾KAXIL=×11160aX0.4XLS432X550×1)62xLlxKT4=35005(Ao1.3.4弯矩计算(Fc+0.25Fh.)与冗,的较大值尸max；5+025=1X)36xlO6÷O2Sx48596=1258x104可求得：%=48596由于水平地震力和水平风力引起的最大弯矩:Mmax=lrl=1258×IO6×3000=3.774XIot(ME)1.3.5支柱计算1.3.5.1单个支柱的垂直载荷(1)重力载荷操作状态下的重力载荷:713180 ×9S8=8.745 X 10*(O液压试验状态下的重力载荷:.mtg1318522X9.8.一Gr=-=5=116XIOa(IV)HO(2)下段支柱的重力载荷：支柱中心圆半径：错误!未找到引用源。；错误!未找到引用源。拉杆与支柱的夹角：2Rsin等2X5550后喈0=arctni-=arctan元而="驴单个支柱的横截面积：A二(4一d；)=(4262-4082)=11790mm2钢管选用如19x8的钢管,拉杆材料：10。单个拉杆的横截面积:&=(3；_/19?_1032)=2790丽2计算系数:A9.2790.K=l+2-pml=l+2×r=zw,44.9=1.168A产11790操作状态下的重力载荷:9端券=7液压试验状态下的重力载荷:161 × IO611681383 × IOi(3)最大弯矩对下段支柱产生的垂直载荷的最大值:2fmax2cosq MmaXKnR , n KRM ()max = 0.16673.774 XlOt= iw7×68S55 = jxl°4W(4)拉杆作用在下段支柱上的垂直载荷的最大值:1 SinaiPi-j = 2 . 180 snnSinai心.180 R ij R “sin(RT)g = 0E3 窄=°83x5000x6826xl045550=5XlOS(即1.3.5.2组合载荷操作状态下下段支柱的最大垂直载荷：M=%+供+必)m=7487×10+13527×1O,=8397X10,(A11液压试验状态下下段支柱的最大垂直载荷：F48596W=(+03(i+JL)war=1383x10*+03xL3527xl0三x571s=L384×10(T)1.3.5.3单个支柱弯矩(1)偏心弯矩操作状态下赤道线的液柱高度：错误!未找到引用源。液压试验状态下赤道线的液柱高度：错误!未找到引用源。操作状态下液体在赤道线的液柱静压力：%=hwA9XlOt=4000X474×9.81×10t=0.018S(MPa)液压状态下液体在赤道线的液柱静压力:P9=9agX1O=6S00×1000×9£1×10t=OJ613(MP)球壳赤道带的有效厚度：6.=6-C=30-1=29(mm)操作状态下球壳赤道线的薄膜应力：C_(p+pQ(R+a)(1231÷018S)×(13040+29)-AoZ“一=029=K液压试验状态下球壳赤道线的薄膜应力：_(PT+Pa)(Di+。)232(MPa)(2+0.0613)×(13040+29)4x29二球壳材料的泊松比：=0.3球壳材料16MnR的弹性模量：e=206×103mz操作状态下支柱的偏心弯矩：140x6S20x8.8397×103206 × I(Px 0.7=2.75 x IO6(Ar -E)液压试验状态下支柱的偏心弯矩:“ri(I-A)1.384 X 10 × 6520 × 232206×10»X 0.7 = 7.11 X W6(Me)(2)附加弯矩操作状态下支柱的附加弯矩:_6EJ?禹?7(1-)(1-A)Ho1.384 X 10 X 5550 X 232206x10»× 0.7 = 6055.5(" El)液压试验状态下支柱的附加弯矩:6EsIeRi2Lr2="HIE6×206×10s×2.524X10×140.8×55S0/2×3000.、=80003×206×10aX(I-8000)*°J=18490(KME)(3)拉杆载荷的水平分力作用在支柱上的弯矩重力载荷形成的作用在支柱上的水平分力操作状态下重力载荷形成的水平分力:3X-LSin/CoS2/Sin丝-KnAn2×a74SxlO*1.168x82790.180-×f*44.9X3'449xstn-三-=6003AI117908液压试验状态下重力载荷的水平分力:自=也4n外。s2sin幽KnAnZxLeiexlOt1.168×8-X2790,180*×xin44.9×cos244.9×Stn5=0937N117900由最大弯矩形成的作用在支柱上的水平分力=×-sin/7cos27sin-cos(9,.KnRA8'4×3.774XIOt2790.118×8×5550×11790*jrn449xm×m225mlW由水平地震力和水平风力Fz形成的作用在支柱上的水平分力=-4m22Z51.2S8×10=-73691X水平分力综合操作状态下的总水平分力:=1+¾=6003+7947-73691=-59741液压试验状态下的总水平分力：=+÷=10937+794773691=-54807N拉杆载荷的水平分力作用在支柱上的弯矩操作状态下形成的弯矩：17×107(Xmm)21La2×(-54807)×SOOO2×30002町=8000a液压试验状态下形成的弯矩:a”lPl2132x(-50189)X550()2X330()2-n77uM,=-z-3=-4.852XlONmm73Hl88003(4)总弯矩操作状态下支柱的总弯矩：Mo=MoMo2Mo3=2.75XIOt+5.702×IO7-52506×IO7=7264X10液压试验状态下支柱的总弯矩:M=M+Mt2+MT3=7.11X10e÷179XIoe-417×IO7=1.468×IO71.3.5.4支柱稳定性校核计算长度系数：支柱的惯性半径：If'2.524X108ri=Jl三J_11790=146j三w支柱长细比:入卫=港=5"与1463支柱材料16M常温屈服点：s=345MPa弯矩作用平面内的轴心受压支柱稳定系数：=0.850（查GB12337T9988表23)等效弯矩系数：,=界面塑性发展系数：/=1.15单个支柱的界面系数:32×426欧拉临界力：2EsAjraX206×IO1X11790.、=-2=G=804×10*(三ta)支柱材料的许用应力：1.bL=-=230MPac1.51.5操作状态下支柱的稳定性校核：W9mM08.8397×IO5IX7264×IO6何+M(l-0,8)=085×11790+l.15xL204xex(-0£j,=9X9MP<c液压试验状态下支柱的稳定性校核：帝 + rz(l-0.8) = O85X1179O +1.15× 1204x (1-0.8 ×Wr+mMr_1384X1O+1X1468XlV=1503MP<c稳定性校核通过。1.3.5.5地角螺栓计算1.拉杆作用在支柱上的水平力Fc=仇t)EUumA=52670×t0n44.9=5248&5N2.支柱底板与基础的摩擦力支柱底板与基础的摩擦力因数：£=0.4支柱底板与基础的摩擦力:mmina157524X9Jl品=兀¥=0.4x-=772655N因为尸,工，球罐不需设置地脚螺栓，但是为了固定球罐位置，设置两个M42定位地脚螺栓。1.3. 5.6支柱底板1 .支柱底板直径基础采用钢筋混凝土，其许用压力："3.0Ma;地脚螺栓直径：d=42?Z;支柱底板直径:% = 1.13 i = 1.13×1.384x10« 767mmDy2=(8*10)d+d0=(8*10)×42+426=762846mm选取底板&=900加2 .底板厚度底板的压应力:2.17MPa,4Wwag4X1384X10*一必Dj-4X9002底板外边缘至支柱外表面的距离:900-4262=237mm底板材料：Q235-A,x=125MPa底板的许用弯曲应力：匕=2=空=15OMPab1.51.5底板的腐蚀裕量：Cb=Imm底板厚度3li3x247×23F.5>=Jw+Cfc=J-150+1=SOJ7选取底板厚度错误!未找到引用源。1.3.5.7拉杆计算(1.拉杆载荷计算(I)重力载荷对拉杆产生的压缩载荷操作状态下的压缩载荷:中与工小PJQ724x%丝32486=1.22x1。"KnA1.137×8117908.745 x10s 27908×1,168 xHTeo×2449 = L11X1O4液压试验状态下的压缩载荷:Gt4,116XIOe2790,一而XI"H三7X旃w44叩班Xl(WV(2)最大弯矩对拉杆产生的压缩载荷2MnaxX_P_Cos?BCGsKnRiA,再著黑X瞿XM449w即=3XeN8×L168×S55011790(3)水平地震力和水平风力心,对拉杆产生的压缩载荷-+4si2 型nsin%×J.180“sinn8.26XIO4ml65r-_.一.,×5-5000j÷4×sm222.S×555(P=5.65X10,SSSO8×sm22S(4)组合载荷操作状态下拉杆承受的最大压缩载荷TaT91÷Ti+7；=1.11×IO4+1.47XIO4÷756XIOa=336×IO4JV液压试验状态下拉杆承受的最大压缩载荷Kr48596T=Tn03ffi+Ti)÷-=ZOSX104÷03x(1.47XlO4+7.56x10a)xJ。oJcDXIu*=2.44×IO4X拉杆的稳定性校核计算长度系数：&=1拉杆横截面的惯性矩:;=(-<4)=-×(1194-1034)=4.319×1067?拉杆的惯性半径:174.319×10"G=<HT-=3934Imn拉杆长细比:入JJf+(2Ks丽等)'加1×5(MMF÷(2×5550׫22.5*)22×393484.98拉杆长细比太大，所以必须重新选择拉杆，选择姆19x8的钢管。因为重新选择的拉杆材料更结实，所以不影响上面的各项校核。新钢管的长细比为51.78拉杆材料常温下的屈服点：巴=205加&拉杆材料10号钢的常温弹性模量：E=192×103P4/63.55×拉杆换算长细比:205TZZTJw=0.493192×IO3a>0215系数：2=0.986,3=0.152弯矩平面内的轴心受压拉杆稳定系数:立=春(+X1)-J(+X1)二4t=,J9M*+152X0.493+4932)-7(0.986+0152X0.493+0,493aP-4×0.493s=0.927拉杆材料的许用用力：同.喂=苦=137MP操作状态下拉杆的稳定性校核:T9336XIO4-=捻Z=Z=12.99<<rl0.927×2790w液压试验状态下拉杆的稳定性校核:Tr2.44XIO40.927x2790拉杆稳定性校核通过。1.3.5.8拉杆与支柱连接焊缝强度验算焊长=×219=688mm焊缝焊脚尺寸：SP=Smm支柱或拉杆材料屈服点的较小值：v=205三/角焊缝系数：u=0.6拉杆承受的最大拉力:COSBr44.97.436XIO4AI焊缝许用剪切应力：儿=0.4%=0.4×205×0,6=49MPa拉杆与支柱连接焊缝的剪切应力校核:0J68B78-2144M*<校核通过。