气柜计算方法及公式.xls

1、基本参数 1.顶板重量：314（N/m2） r1/6000n140l02000 0 3.02 2.拱架重量：294（N/m2） r2/10900n268l16000 1 12.15 3.施工载荷或雪载荷：687（N/m2） r3/16400n396l25800 2 21.29 拱架计算荷载 q：1295（N/m2） r4/19000n4l35200 3 30 拱架球面半径 R：38000mm 径向梁截面模数Wx78980mm3D04000 径向梁截面积 Ai3600mm2D116000 梁截面的回转半径 ix 49.5 mmD226500 环向梁截面模数Wx78980mm3 环向梁截面积 Ai3600mm2 4.计算节点的负荷面积 2.83m2 3.83m2 3.01m2 5.节点荷载 3661.53 N 4954.43 N 3900.54 N 二、径向梁计算 1.径向梁段轴力（压力）计算图1：拱架计算简图 -17397 N -23730 N -25033 N 2.轴力引起的偏心弯矩计算 3. 径向梁局部弯矩计算 环梁规格2 160 12 环梁截面积7392 弹性模量 E206000 截面惯性矩16395700 M13 -2226617.979-2625868.462 9. 拱架计算 径向梁段 环向梁段 M11 -2060141.471 M12 =p= 1 2/ 11 n 1 rF ()=-p= 2 2/ 1 2/ 22 n 1 rrF ()=-p= 3 2/ 1 2/ 33 n 1 rrF = a -= 1 1 1 sin Q S = a + -= 2 21 2 sin QQ S = a + -= 3 321 3 sin QQQ S = 11 qFQ = 22 qFQ = 33 qFQ 1.设计基本参数 设计规范：HG20517钢制低压湿式气柜 设计压力： 400mmH2O 设计温度： 60 设计风压： 200 Pa 地震烈度：7度 罐壁内径： 22m 罐壁高度：16.2m 充液高度：16.2m 液体密度：1010kg/m3 拱顶半径： 18.445m 焊缝系数：0.85 腐蚀裕量：1mm 钢板厚度负偏差0.8mm 2. 水槽壁分段及假设壁厚 罐壁尺寸、材料及许用应力如下： 高度 （m） 厚度 （mm） 材料 设计 t （MPa） s （MPa） b （MPa） 重量 （kg） 1416Q235-A15723537534748.6 2414Q235-A15723537530402.3 3410Q235-A15723537521712.0 44.28Q235-A15723537518236.4 总重：105099.4 3. 水槽壁计算 设计时 气柜设计计算过程 从下至上 分段号 () 21 2000 3 . 0 C Dh t i + - = js g d 第 2 页 计算结果： 从下至上 分段数 H（m） 计算壁厚t （mm） 名义厚度 （mm） 116.215.016 212.211.714 38.28.410 44.25.08 4. 钟罩壁计算 设计时 计算结果： = 1.80033 mm 5. 钟罩顶计算 设计时 计算结果： = 1.800623 mm 6. 风载荷及地震载荷计算 风载荷计算： 2 2 C PD t += js d 2 2 C PD t += js d 第 3 页 计算风压： W0 地区基本风压值 （N/m2） 风振系数1.45 KZ 风压高度系数1.49 K体形系数0.7 W=302.47 （N/m2） 地震载荷计算： 水平方向地震力： C结构影响系数 0.4 Kh 水平地震力系数0.1 1动力放大系数2.25 W0 活动塔节总重力813297N Qe= 73196.7 （N/m2） 7. 轮压计算 风载荷产生的轮压： W0 地区基本风压值 （N/m2） 风振系数1.45 KZ 风压高度系数1.31 K体形系数0.6 DC 钟罩直径21m l1 上下导轮间距15.92m hC 活动塔节露出高度17.87m PW= 48008.3N 风载荷产生的最大水平轮压: 对内导轮: HWMAX= 8001.38N 0 KWKW Z b= 01W CKQ he b= 2 02 1 1 CCZlW hDKWKPb=S n P w W H S = 4 max 第 4 页 n导轮数(即导轨根数)24 对外导轮: HWMAX= 16002.8N n导轮数(即导轨根数)12 地震载荷产生的最大水平轮压: 67127.7N 对内导轮: 3356.38N n导轮数(即导轨根数)24 对外导轮: 6712.77N n导轮数(即导轨根数)12 各导轮的水平计算轮压为: 对内导轮: 5356.73N 对外导轮: 10713.5N 当导轮作用在导轨中心时产生的最大轮压计算： 风载荷产生的轮压： KZ 风压高度系数1.26 hC2= 14.5m PW= 30402N 风载荷产生的最大水平轮压: 对内导轮: HWMAX= 5067N Hmax=0.25Hwmax+Hemax= Hmax=0.25Hwmax+Hemax= n P e e H S = 2 .1 max el h e QP 1 1 =S 2 202 1 1 CCZlW hDKWKPb=S n P e e H S = 2 .1 max n P w W H S = 4 max 第 5 页 n导轮数(即导轨根数)24 对外导轮: HWMAX= 10134N n导轮数(即导轨根数)12 地震载荷产生的最大水平轮压: 51955N 对内导轮: 2597.75N n导轮数(即导轨根数)24 对外导轮: 5195.5N n导轮数(即导轨根数)12 各导轮的水平计算轮压为: 对内导轮: 3864.5N 对外导轮: 7729N 8. 导轨计算 1,外导架水平环梁或拉杆的内力及强度校核: n外导轨数量12 Ti= 20696.9N 水平环梁或拉杆强度校核：. Fi水平环梁或拉杆截面积 1274mm2 Wx水平环梁或拉杆作用 Hmax=0.25Hwmax+Hemax= Hmax=0.25Hwmax+Hemax= n H i T o 180 max sin2 = xi i W M F T =s n P e e H S = 2 .1 max el h e QP 1 1 =S n P e e H S = 2 .1 max 第 6 页 平面内断面模数7800mm3 M 水平环梁做平台时， 平台活载荷产生的弯矩 构件许用应力167MPa =16.2456 MPa 弯矩作用平面内的稳定性校核 梁弯矩作用平面内的长细比 MD1MD2MD3 2.16E+053.75E+056.10E+04 M21M22M23 4.05E+059.11E+056.61E+05 1189.742659.141989.62 QD1QD2QD3 ()()=+-+p= 2 10 2 210 2 2D lllll n2 1 F ()()=+-+p= 2 210 2 3210 3 3D lllllll n2 1 F DiDi qFQ= 6 lQ M iDi i2 = i1i2Di MMM-= =s x Di i i W M A S =e X i i Di W A S M ()()=+-+p= 2 3210 2 43210 4 4D lllllllll n2 1 F () ()=+-+p= 2 43210 2 543210 5 5D lllllllllll n 2 1 F 第 12 页 由 及 x查HG20517-92钢制低压湿式气柜表-2得 p= x p 第一段0.94149.280.465 第二段0.58549.640.571 第三段0.08048.140.888 第四段0.15345.920.76 第五段0.14841.090.788 第一段 10.07MPa 第二段22.9MPa 第三段 17.55MPa 第四段24.9MPa 第五段28.6MPa =167MPa 2 弯矩作用平面外的稳定性校核 梁弯矩作用平面外的长细比 由 及 x查HG20517-92钢制低压湿式气柜表-3得 1= y l 第一段0.94134.210.235 第二段0.59135.200.26 第三段0.08131.120.383 第四段0.15125.070.436 第五段0.15111.910.501 第一段 19.92MPa 第二段50.3MPa 第三段 40.69MPa 第四段 43.44MPa 第五段45.0MPa =167MPa 8.4 环向梁计算 =l x i X i l = F =s iP i A S =l y i i l y = F =s i1 i A S 第 13 页 8.4.1 环向梁基本尺寸： 环梁规格：选型钢L80（80808） 截面惯性矩734900mm4 径向梁截面模数Wx12830mm3 弹性模量 E191000 MPa 环梁截面积1230mm2 梁截面的回转半径 ix24.4mm iy 24.4mm D01320 mm D15400 mm # mm D29510 mm # mm D313496 mm # mm D417298 mm # mm 8.4.2 环向梁段轴力 -1.3E+04 N -2.2E+04 N -1.0E+04 N -1.2E+04 N 8.4.3 环向梁段弯矩 载荷面积按所在节点的载荷面积的一半计算： m2 Fr4 1.71 计算载荷 Fr1Fr2Fr3 0.371.451.26 环向梁直径：环向梁各段长度 l1= D1/n1= l2= D2/n2= l3= D3/n3= l4= D4/n4= = a -= n 180 sin2 ctgQ N 11 1 () = a+-a = n 180 sin2 ctgQQctgQ N 22111 2 ()() = a+-a+ = n 180 sin2 ctgQQQctgQQ N 3321221 3 iri F 2 1 F= ()() = a+-a+ = n 180 sin2 ctgQQQQctgQQQ N 443213321 4 第 14 页 N Qr4 2272.7 计算弯矩 N mm Mr4 8.58E+05 8.4.4 环向梁段强度和稳定性校核 强度校核 第一段1.40或19.40MPa 第二段-44.16或80.15MPa 第三段-29.91或46.51MPa 第四段-56.95或76.75MPa =167MPa 8.4.5 弯矩作用平面内的稳定性校核 计算偏心率 梁弯矩作用平面内的长细比 由 及 x查HG20517-92钢制低压湿式气柜表-2得 p= x p 第一段0.8757.940.486 第二段3.45102.040.13 第三段4.6172.400.12 第四段6.7592.800.079 第一段21.398MPa 第二段138.412MPa 第三段69.136MPa 1.15E+057.97E+054.90E+05 489.891921.78 Qr1Qr2Qr3 1665.04 Mr1Mr2Mr3 riri qFQ= 6 lQ M iri ri = =s x rii W M A N =e Xi ri W A N M =l x i X i l = F =s A N p i 第 15 页 第四段125.293MPa =167MPa 8.4.6 梁弯矩作用平面外的长细比 由 及 x查HG20517-92钢制低压湿式气柜表-3得 1= y l 第一段0.8757.940.447 第二段3.45102.040.157 第三段4.6172.400.147 第四段6.7592.800.101 第一段23.27MPa 第二段114.61MPa 第三段56.44MPa 第四段98.00MPa =167MPa 8.5 中心环梁计算 中心环直径较小，沿圆周径向梁分布较密，可近似认为是受均布外压的圆环。 8.5.1 中心环参数 中心环规格：型钢L80（80808） 中心环直径 D0：1320mm 环截面积 A： 1230 mm2 弹性模量 E： 191000 MPa 截面惯性矩 J： 734900 mm4 8.5.2 中心环稳定性校核 环梁单位长度上分布的载荷计算 19.37N/mm H1径向梁轴力的水平分力 H1=S1cos 1S1= 6693.41N 环梁临界压力 = p = 0 11 D Hn q =l y i i l y = F =s i1 i A N 第 16 页 1464.71N/mm 中心环许用压力 488.24N/mm qq校核合格 8.5.3 中心环强度校核 10.39MPa =167MPa 8.6 拱架整体性稳定性校核 拱架假设为按径向梁和环向梁构成的正交各向异性的浅球壳， 并以此进行总体稳定性校核。 8.6.1 有效折算薄膜厚度计算 径向梁有效薄膜厚度 1.15mm A径向梁的断面积，1430 mm2 b径向梁之间的中线距离， 1244.9mm 环向梁有效薄膜厚度 0.60mm A环向梁的断面积，1230 mm2 d环向梁之间的中线距离，2055mm 8.6.2 折算为壳体在单位宽度上的延伸刚度计算 径向延伸刚度 219407N/mm 环向延伸刚度 # N/mm 8.6.3 折算为壳体在单位宽度上的弯曲刚度计算 径向弯曲刚度 3.76E+08 N mm () = 3 0 cr 2D EJ3 q = 3 q q cr =s A2 qD 0 =d F F b A =d q q d A =d= FF EB =d= qq EB = F F b I ED 第 17 页 环向弯曲刚度 6.83E+07 N mm I ，I分别为径向梁和环向梁的截面惯性矩； 8.6.4 简化为各向同性壳后，折算有效薄膜厚度 及弹性模数E分别为 198.64mm 575.52MPa 8.6.5 按承受均布外压计算罩顶拱架许用压力 6674.8Pa Pcrq=1326Pa = q q d I ED =d q F B D12 = d = q B E = d = 2 cr R E1.0P 第 18 页 图一：环向梁计算受力示意图 1环向梁计算参数： 第一圈第二圈 梁截面积 A5888mm5888mm 梁截面模数 I66700mm366700mm3 环向梁半径 R7760.5mm13319mm 环向梁受力点数 N9648 环向梁受力大小 w1=S2cos 2=w2=S3cos 3= -43229.7 N#REF!N 2受力计算 2.1 力作用点处第一圈第二圈 1828165N mm#REF!N mm -660265N#REF!N 2.2 力作用点中间第一圈第二圈 -916750N mm#REF!N mm -660619N#REF!N = p -=) N N 180 (cot 2 WR M o a = N 180 cot 2 W T o a = p -=) N N 180 (csc 2 WR M o b = N 180 csc 2 W T o b 3环向梁最大应力f 第一圈第二圈 力作用点处 f=-139.5#REF! 或MPa或MPa -84.7#REF! 力作用点中间 f=-98.5#REF! 或MPa或MPa -125.9#REF! 许用应力 =152 合格#REF! = I M A T f 1.设计基本参数 设计规范：SH3046-92化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范 设计压力：常压 设计温度：常温 设计风压：1000 Pa 地震烈度：6度 罐壁内径：38m 罐壁高度：30m 充液高度：29.2m 液体密度：790kg/m3 拱顶半径：38m 焊缝系数：0.85 腐蚀裕量：1mm 2. 罐壁分段及假设壁厚 罐壁尺寸、材料及许用应力如下： 高度（m） 厚度（mm）材料 设计 t （MPa） s （MPa） 水压试验 （MPa） 重量 （kg） 132816MnR20330527578777.5 232416MnR21732529367516.5 332216MnR21732529361886.9 432016MnR21732529356257.8 531616MnR23034531145001.5 631416MnR23034531139374.3 731216MnR23034531133747.6 831016MnR23034531128121.5 96816MnR23034531144992.0 总重：455675.6 注：水压试验的许用应力 取常温下0.9 s 3. 罐壁计算 设计时 30000m3甲醇储罐设计计算过程 从下至上 分段号 第 21 页 计算结果： 从下至上 分段数 H（m） 计算壁厚t （mm） 名义厚度 （mm） 13026.328 22722.324 32419.922 42117.520 51814.316 61512.114 7129.812 897.510 965.38 水压试验时 计算结果： 从下至上 分段数 H（m） 计算壁厚t （mm） 13023.7 22720.0 32417.7 42115.5 51812.5 61510.4 7128.3 896.1 964.0 4. 风载荷及地震载荷计算 风载荷计算（按API650的3.11.1节）： 罐壁迎风面投影面积：1140m2 js - = D)3 . 0H( 9 . 4t () 2 t C D3 . 0H 0049. 0t+ js -r = 第 22 页 球缺受风力面积： ( 382/6)-382COS30 /2= 130.81m2 作用于圆柱体投影面上的风压：860Pa 作用于罐壁上的风载荷： P1= 980400N 作用于拱顶投影面上的风压：720Pa 作用于顶部上的风载荷： P2= 94183.2N 拱顶高度：=38-38COS30 =5.091 m 风弯矩： Mf=P1 30/2+P2 （30+5.091/2）= 1.78E+07 N m 按风压折算为风速： V=（1000 1.6）0.5=40m/s =144km/h （144/160）2=0.81 考虑风速系数后的风弯矩为： Mf=17771239 0.81= 1.44E+07N m 地震载荷计算（按API650 E3）： Me=ZI（C1WSXS+C1WrHT+C1WrX1+C2W2X2） D/H=38/29.2=1.3 查图（API650图E-4），得 k= 0.58 自震周期： T=1.81 k D0.5=6.47 Z= 0.075 S= 1.2 I= 1 C1=0.6 T4.5 C2=3.375 S/T2= 0.0967 罐壁重量： WS=4470178N XS=14.6m 第 23 页 顶板及拱架重量： Wr=1021015N 注：其中顶板重：73839kg Ht=30m 拱架重：30240kg WT=0.785 382 29.2 790 9.81=2.62E+08 N 查图（API650图E-2），得 W1/WT=0.7 W2/WT=0.3 W1= 183405589 N W2=78602395N 查图（API650图E-3），得 X1/H=0.38 X2/H=0.67 X1=11.096 X2=20.1 地震弯矩： Me=ZI（C1WSXS+C1WrHT+C1WrX1+C2W2X2）= 1.07E+08 N m 5. 抗压环计算 6. 罐壁最下圈强度较核 6.1 罐壁最下圈单位长度上的力 80180N/m tb底板边沿板有效厚度， =11mm Fby底板最小屈服强度， = 235MPa 196GHD= 171810.5 wL M/D2(wt+wL)=0.589Pcr，需要设置加强圈，加强圈数量为： n=INT（P0/Pcr）= 1 加强圈最小截面尺寸：200 125 12 = = 5 . 2 min E cr D t H D 16000P 第 25 页 按API650计算 最大无支撑高度为： 7.32m 加强圈数量： n=INT（HE/H1）= 2 设置加强圈数：n=4 加强圈之间的实际距离为： H=HE/n= 2.19m 加强圈截面模量： Z=D 2 H/17=185.90cm3 8. 地脚螺栓计算 罐体抗提升力的重量： W