腿式支撐容器支腿的受力分析

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1、 腿式支撐容器支腿的受力分析 腿式支撐容器支腿的受力分析 李群科恩馬特殊過程裝備(常熟)有限公司275573 本文提供了腿式支撐的應(yīng)用范圍,詳細(xì) 分析支腿的受力情況,并提出了支腿計(jì)算時(shí)強(qiáng) 度不足的處理方法 一 ,引用符號 D一容器外徑; Db地腳螺栓圓直徑; w一容器計(jì)算用重量; We一空容器重量; w一容器操作重量; w一容器水壓試驗(yàn)時(shí)的重量; N～支腿數(shù)量; Ma一水平載荷對底封頭切線處的彎矩; Ma=PH Mb一水平載荷對支腿底部的彎矩; Mb=P(H+L) P～水平載荷;取Pw和Pe的較大值; PW一風(fēng)載荷; Pe地震載荷; H一容器重心至

2、底封頭切線的距離; L～下封頭切線至支腿底部的距離; C一操作狀態(tài)下背風(fēng)側(cè)作用在一只支腿 上最大軸向壓縮載荷. c～水壓試驗(yàn)狀態(tài)下背風(fēng)側(cè)作用在一只 支腿上最大軸向壓縮載荷. T一操作狀態(tài)下面風(fēng)側(cè)作用在一只支腿 上最大軸向拉伸載荷; T～容器空重狀態(tài)下面風(fēng)側(cè)作用在一只 支腿上最大軸向拉伸載 P,～操作狀態(tài)下背風(fēng)側(cè)支腿頂部的偏心 載荷; P,～操作狀態(tài)下面風(fēng)側(cè)支腿頂部的偏心 載荷; F.. 一 支腿材料的屈服強(qiáng)度. 二,腿式支撐的范圍 固定在地面的中小型立式容器,支腿支 撐是常用的支撐方式,一般情況下,支腿數(shù) 量是4個(gè),但根據(jù)設(shè)計(jì)要求,數(shù)量也可多于4個(gè),

3、具體應(yīng)用范圍可按圖1. 三,腿式支撐與設(shè)備的焊接方法 用于腿式支撐的型鋼一般是等邊角鋼, I型鋼或鋼管,對角鋼或I型鋼而言,每種型鋼 與容器都有兩種焊接方法,如圖2. 雖方法(a)較(b)提供了較大的債陛矩以承 受外部載荷,但由于容器表面的曲率問題,(b) 較(a)在焊接上相對容易,故通常設(shè)計(jì)或標(biāo)準(zhǔn)中 以方法(b)常用,I型鋼常用于相對較大或較重的 容器,對大型貯罐而言,鋼管由于其各個(gè)方向 特性相同且具有很好的抗扭陛能,普遍使用大 型貯罐. 四,腿式支撐容器的受力分析 對腿式支撐容器,支腿承受水平與垂直 兩個(gè)方向的載荷: 垂直載荷來自干設(shè)備重量W,由全部支 腿均

4、勻承擔(dān),各支腿承受軸向力W/N. 水平載荷來自于風(fēng)載荷Pw和地震載荷 Pe,風(fēng)載荷和地震載荷計(jì)算時(shí)都認(rèn)為是水平方 向,并都假設(shè)作用于設(shè)備的重心,如圖3. 設(shè)置在地震地區(qū)的容器,需分別計(jì)算風(fēng) 載荷或地震載荷,取二者的較大值作為作用于 容器重心上的水平載荷,不必考慮二者的疊 加. 由于水平載荷的作用,如圖中a-a截面 以上的支腿必然承受由于風(fēng)載荷或地震載荷而 壓力容器I貯壤 最太設(shè)備童徑DI1800a~I3600n'~n 最大長徑此}DI5 最大腿長徑此LiDI2I根據(jù)設(shè)計(jì)要求 支腿數(shù)量N' 設(shè)備童徑≤10001m,N-3 設(shè)備矗徑>1

5、000~,1",t-4 或根據(jù)設(shè)計(jì)要求,N墨6或8 設(shè)備最太操作溫度34o口c 圖1 :: ,,—t, },,.0 一r 281 圖3 I型錒 @ . ◇. 中國科技信息2007年第7期CHINASCIEt~EANDTECHNOLOGYINFORMATIONApr.2007 產(chǎn)生的彎矩Mb.一般的,對腿式支撐容器, 接管或其他設(shè)備的附加彎矩相對較小,可不 做考慮. 同樣由于水平載荷的作用,在支煺底部 產(chǎn)生橫向剪切力F,其值為: FP(I/EI) 其中I為垂直風(fēng)或地震方向軸線上單支腿 的截面慣性矩 EI為垂直風(fēng)或地震方向軸線上所有支腿

6、 截面慣性矩之和. 由此可得出: 背風(fēng)側(cè)最大的軸向力(壓縮應(yīng)力)產(chǎn)生于操 作狀態(tài)或試驗(yàn)狀態(tài),其值 Co(W./N)+(4Mb/ND)操作 狀態(tài) C一W/N試驗(yàn)狀態(tài) 面風(fēng)側(cè)最大的軸向力(拉伸應(yīng)力)產(chǎn)生 于操作狀態(tài)或空設(shè)備狀態(tài),其值 To(wo/N)+(4Mb/ND.)操作 狀態(tài) T . = (w./N)+(4Mb/NDb)空 容器狀態(tài) 支腿頂部的偏心載荷P,和P,其值為: Pl(wo/N)+(4M/ND)操作 狀態(tài) P,-W/N試驗(yàn)狀態(tài) P(wo/N)+(4M/ND)操作狀 態(tài) P,-(w/N)+(4M/ND)空容器狀 態(tài) 五,支腿的計(jì)算 l,支

7、腿的計(jì)算步驟 a)選取支腿型式和大小 b)校核支腿在危險(xiǎn)狀態(tài)下最大組合應(yīng)力滿 足強(qiáng)度要求,并選取最經(jīng)濟(jì)和安全的支腿型 式. 2,支腿在危險(xiǎn)狀態(tài)下組合應(yīng)力 a)操作狀態(tài) 由軸向力在支腿上產(chǎn)生的應(yīng)力:fa-C/ A 其中:C操作狀態(tài)下作用在一只支腿 上最大軸向壓縮載荷,取值為Co; A一單支腿的面積; 由彎矩在支腿上產(chǎn)生的應(yīng)力:fb= (Pe/W)+[F(3/4L)/W】 其中:wi材料截面抗彎模量 3/4L是人為選取的.用以反映底部局 部約束的影響,e為容器殼體外側(cè)至支腿形心 的距離. b)試驗(yàn)狀態(tài) 由軸向力在支腿上產(chǎn)生的應(yīng)力:faQ/ A 由彎矩在支腿

8、上產(chǎn)生的應(yīng)力:fb-Qe/ NWi 支腿上最大組合應(yīng)力應(yīng)根據(jù)操作狀態(tài)和 試驗(yàn)狀態(tài)按下式分別計(jì)算,取二者中的大 者, f=fa+fb' 3,應(yīng)用校核 組合應(yīng)力由軸向壓縮應(yīng)力fa和彎曲應(yīng)力 fb兩部分組成,此兩部分各自的許用應(yīng)力不 同,一般情況下前者由支腿的細(xì)長比決定小 于后者,故若使組合應(yīng)力f的許用值按前者許 用應(yīng)力取,則比較保守.常用的方法是按美 國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)(AISC)中的方法,即各自 應(yīng)力對其許用應(yīng)力的比值之和滿足下式: 【(fa/Fa)+(fb/Fb)】≤1a/Fa≤0.15 {(fa/Fa)+[Cmfb/(卜fa/F'e)Fb)l}≤l

9、fa/Fa>0.15 Fa一壓縮力單獨(dú)作用時(shí)支腿材料許用壓 縮應(yīng)力,與細(xì)長比和材料屈服極限Fy有關(guān),從 AISC手冊查取; Fb一彎曲單獨(dú)作用時(shí)支腿材料的許用彎 曲應(yīng)力,取Fb=0.6Fy; F'e一歐拉應(yīng)力除以安全系數(shù),與細(xì) 長比有關(guān),從從AISC手冊查取; Cm一削弱系數(shù),可保守的取為l; 較好的設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)滿足公式的左端接近 l. 六,問題處理 由于支腿的承受軸向應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的 作用,所以在支腿設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí),組合應(yīng)力達(dá)不 能滿足要求時(shí),應(yīng)從這兩方面著手,有以下處 理方法: 1)選用更大截面模量的型鋼,以提高 支腿的抗彎能力和承壓能力.

10、 2)增加支腿數(shù)量,減少單支腿的軸向 載荷,但增加支腿數(shù)量會(huì)影響下出料管. 3)在支腿間增加支撐,減少軸向計(jì)算 長度,提高支腿的軸向承壓能力. 4)用鋼管作支腿,焊接時(shí)要使鋼管的中 心線與殼壁中線重合,這樣可消除支腿的偏心 度. [qHenryH.]~dnar,P.E..t~'essureVesselDesl和 Handbook [2】美國AISC.t~nualofSteelConstruction [5】孫訓(xùn)方,方孝淑,關(guān)來泰.材料力學(xué) 282 上接第280頁 控是指在仿真運(yùn)行過程中對仿真系統(tǒng)中的其他 各個(gè)成員的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和控制;系統(tǒng)管理 是指完成本

11、仿真系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)的功能,進(jìn) 行仿真系統(tǒng)初始化參數(shù)設(shè)置,系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài) 監(jiān)視,系統(tǒng)管理和維護(hù). 數(shù)據(jù)記錄聯(lián)邦成員 數(shù)據(jù)記錄聯(lián)邦成員旨在開發(fā)一個(gè)以高層 體系結(jié)構(gòu)(HLA)為規(guī)范的,功能強(qiáng)大且靈活 易用的數(shù)據(jù)記錄工具.仿真數(shù)據(jù)記錄聯(lián)邦成員 分為數(shù)據(jù)記錄計(jì)劃管理,數(shù)據(jù)記錄控制,接收 數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)四個(gè)模塊,它采用集中的 數(shù)據(jù)采集方式,在仿真運(yùn)行過程中,一直隨著 其他成員的運(yùn)行而運(yùn)行. 2.5聯(lián)邦開發(fā)相關(guān)的系統(tǒng)及工具 開發(fā)本聯(lián)邦所用的操作系統(tǒng)是Windows XP,開發(fā)環(huán)境是JAVA,運(yùn)行支撐環(huán)境RTI為 PRTI 3.結(jié)束語 本文提出采用先進(jìn)的HLA仿真體系建立

12、未來戰(zhàn)場環(huán)境下的船艇武器系統(tǒng)仿真平臺,從 運(yùn)行結(jié)構(gòu),開發(fā)過程等方面對仿真系統(tǒng)進(jìn)行整 體描述,從實(shí)體設(shè)計(jì),想定編輯,聯(lián)邦成員規(guī) 劃和效能評估等方面分析系統(tǒng)功能,并明確了 系統(tǒng)聯(lián)邦成員的劃分及任務(wù)分配等.平臺設(shè)計(jì) 具備擴(kuò)展到評估敵我雙方實(shí)施多武器攻防的能 力,在后續(xù)工作中,可以將各種影響因素作為 聯(lián)邦成員加入聯(lián)邦,利用其他兵種的仿真應(yīng)用 和目前的系統(tǒng)仿真,全面考察我船艇武器系統(tǒng) 在真實(shí)復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下的作戰(zhàn)情況. …Highlevelarchitecturerun--timeinfrastructure programmer'sguide[DB/OL】.DMSO,1999 [2】李伯虎,柴旭東,毛媛.現(xiàn)代仿真技術(shù)發(fā)展中 的兩個(gè)熱點(diǎn)一ADs,SBA[J].系統(tǒng)仿真, 2001,13(i):101105 [;5]Highlevelarchitectureinterfacespecification, Version1.3[DB/OL1.nttp://www.d丌Iso.嘲 錢進(jìn)(1980-).男.碩士,現(xiàn)主要從事裝備 綜合保障研究.