第4章 固定顶设计幻灯片.ppt

教学内容 第四章立式圆柱形油罐罐顶 固定顶 设计 拱顶结构及几何尺寸的计算 拱顶载荷的计算 包边角钢所需面积 拱顶球壳的稳定性校核 教学目标 1 了解拱顶的结构及特点 2 掌握拱顶的设计压力及包边角钢的计算 3 掌握拱顶结构设计及拱顶球壳的稳定校核 拱顶组成中心盖板和瓜皮 扇形 板组成 形状近似球面 拱顶的结构 拱顶各部分的连接 瓜皮板块数一般取为偶数 对称安排 板与板之间可对接或互相搭接 实际搭接宽度 5倍板厚且 25mm 一般搭接宽度多采用40mm 搭接的瓜皮板在外侧采用连续焊 内侧用间断焊 中心盖板搭在瓜皮板上 搭接宽度一般取50mm 确定原则 拱顶的结构尺寸 当ts tr时 在气体内压作用下 应使 否则罐顶与罐壁将在连接处发生相对位移 球顶曲率半径R 当ts tr时 在气体内压p作用下 罐壁顶部与罐顶的环向应力分别为和 要使 必使 球顶几何尺寸 拱顶的结构尺寸 过渡部分曲率半径 当 时 则拱顶高h 气体空间 用料量 反之 过渡处局部弯曲应力 一般取 0 1D 此时h 0 2D 瓜皮板几何尺寸参见 大型贮罐设计 上海科学技术出版社 1986 8 以圆弧过渡与罐壁相连此形式连接处无横推力 受力情况较好 边缘应力小 承压能力较高 但需冲压加工 施工较难 拱顶与罐壁的连接形式 以包边角钢将罐顶与罐壁相连罐顶传来的横推力由角钢承担 安装制造方便 广泛用于承压较低的液体贮罐 SYJ1016 82第3 4 5条规定 罐顶与包边角钢间的连接 应采用弱顶结构 外侧用连续焊 焊脚高度 顶板厚度的3 4 且不得 4mm 内侧不予焊接 拱顶与罐壁的连接形式 注意 罐顶与包边角钢间采用弱顶结构 的目的 在储罐运行中 万一操作失误 使罐内压力过大 罐体开始破裂时 首先把罐顶板掀开而迅速泄压 从而避免因罐壁破裂带来更大的损失 拱顶与罐壁的连接形式 拱顶部分存在油气空间 能承受较高的内压 一般为0 02kgf cm2 最大可达到0 1kgf cm2 当阀阻塞时 刚性好 施工方便 高空作业少 施工周期短 施工费用低 拱顶的特点 式中qE 作用在球壳上的外载荷 kgf m2 q1 球壳自重 按投影面积 kgf m2 q2 罐内设计负压 即操作条件下 罐内可能产生的最大真空度 它是因抽空或气体空间中气体因温降收缩而形成的 一般取1 2倍的吸气阀开启压力或50mmH2O 即50kgf m2 拱顶的设计压力 单位面积的垂直载荷 设计外压qE 4 7 q3 雪载 可按最新版的 建筑结构载荷规范 GB50009 2001 中有关章节选取 也可根据建罐地区实际气象统计数据选取 通常取30kgf m2 q4 活载荷 主要考虑贮罐顶部检修人员及工具的重量等外载荷 通常取40kgf m2 拱顶的设计压力 单位面积的垂直载荷 设计内压qi 式中qi 作用在球壳上的内载荷 kgf m2 q5 罐内最大正压力 可取呼气阀的开启应力 通常取200mmH2O 即200kgf m2 K 超载系数 取K 1 2 拱顶的设计压力 单位面积的垂直载荷 4 8 注意事项 q2 q3 q4的取值最小不应 120kgf m2 qE估计不足时 会使球壳受压失稳 也会使包边角钢拉坏 qE估计过高时 会造成材料上的浪费 qi是由罐内的气体压力产生的 它会使球壳产生薄膜应力 并使包边角钢成为受压环 拱顶的设计压力 单位面积的垂直载荷 包边角钢 包边角钢 与固定顶的连接 搭接 采用弱顶结构 与罐壁的连接 对接或搭接 但角钢的水平肢 对于浮顶罐 必须朝外 对于固定顶或内浮顶罐 可朝外或朝内 包边角钢 边缘力系Mf Qf很小 可忽略 上节点 拱顶罐上节点的内力计算 罐壁上部 拱顶罐上节点的内力计算 包边角钢横截面所受的力F 拱顶罐上节点的内力计算 4 9 拱顶罐上节点的内力计算 式中T2的方向由确定 当qE qi即拱顶受外压时 包边角钢受拉 T2背向圆心 反之 包边角钢受压 T2指向圆心 c 包边角钢横截面受力 4 13 加强区 包边角钢以及包边角钢在罐顶及罐壁两侧的各16倍壁厚范围内的材料共同承受水平力 此区域称为加强区 如右图所示 包边角钢所需面积 式中 许用应力 kgf cm2 取 其中 s为材料的屈服极限 kgf cm2 通常包边角钢采用A3F s 2400kgf cm2 焊缝系数 可取 0 85 包边角钢所需面积 包边角钢所需面积 式中A 包边角钢的截面积 cm2 ts 与包边角钢相连的壁板厚度 cm tr 罐顶板厚度 cm 注 日 美 英规范给出了不同的Amin计算式 4 16 4 18 包边角钢所需面积 4 15 强度校核 由qi计算薄膜应力 用第一强度理论校核 稳定性校核 在qE作用下的情况 当稳定性不够时 则采用加强筋 球壳设计 球壳设计的主要内容 球壳类型 光面 V 1000m3 加筋 V 1000m3 在满足拱顶稳定性的情况下 使拱顶重量最轻 球壳板厚 球壳板厚均有一定的限制 超过该限制是不合理的 对此各个国家均有自己的规定 日 美 英及我国的规定见P89 球壳设计 必要性 球形拱顶是由薄钢板组成的壳体 在外力作用下可能发生屈曲变形 例如 当呼吸阀失灵 或试水 放水 时吸气阀未打开 或放液速度过快时 会造成罐内真空度过大而使罐顶局部失稳 为此 应进行设计外压下的稳定性校核 拱顶球