支腿强度计算 冯延忠

1、支腿强度计算 对高度及直径比较小的立式容器常常采用支腿支撑的形式。一般采用4个支腿，本体直径较小时采用3个支腿，直径较大时采用支腿不少于6个。 这里介绍的支腿强度计算方法是在比较设备设计手册和JIS标准中支腿强度计算方法的基础上，考虑中国规范的要求和工程实用性形成的。 1 适用范围 1.1 本计算方法适用于安装在刚性基础，且同时符合下列条件的容器： 1.1.1 容器高度比不大于5 1.1.2 总高度不大于10m 1.2 当容器超出1.1所规定的尺寸限制时，水平地震力和水平风载荷应按JB4710-92计算，不能使用本文所述的简化计算方法。 2 载荷的考虑 2.1 本计算考虑了地震载荷、风载荷、自

2、重、偏心载荷和管道载荷等。通过对安装工况、操作工况和试验工况的分析，计算时取最危险的情况对各个部件进行计算。 2.2 操作工况考虑风载荷和地震载荷同时作用时，仅取0.25倍风载荷与地震载荷组合工况。 2.3 试验工况不考虑地震载荷，仅考虑0.3倍的风载荷组合工况。 2.4 地震载荷和风载荷的计算采用简化的计算方法（见JB/T4725-92附录A）。 2.5 虽然JB4710-92规定地震设防烈度为8度时才考虑垂直地震力，但是在工程中，地震设防烈度为8度的情况较多，在此均考虑垂直地震力的影响。 2.6 本文各计算式中垂直地震力F仅在考虑地震影响时计入。 ev 3 载荷计算 3.1 水平地震力 ?

3、mg?0.5P ee 对应于各种工况的设备质量：mm设备操作质量(包括壳体及其附件，内部介质及保温层的质0量),kg m设备充水质量(水压试验时),kg wm设备最小质量(安装工况时),kg min?地震系数，对7、8、9度地震分别取0.23、0.45、0.90 eP水平地震力,N e 3.2 垂直地震力 P48750.F?eevF垂直地震力,N ev 3.3 水平风载荷 ?6 10?qfDHP?0.9500OWiD容器外径,mm,有保温层时取保温层外径 Of风压高度变化系数，按设备质心所处高度取 iH设备迎风有效高度,mm 02 ,N/m10m高度处的基本风压值q0P水平风载荷,N W 3.

4、4 支腿承受的弯矩M的计算 先把模型简化成铰支座，见下图： 求取支点反力：水平力R和垂直力FVM 水平力R=P+P 1垂直力F的求解见3.5 VM 3.5 支座反力垂直力F的计算 VM 令设备外直径为D,计算弯矩为M,则： 0 计算弯矩M ?3 M?(PH?GgS?PL)?101ee?3(水压试验工况) 10?PH?M1 P风载荷和地震载荷控制下的水平力,N 1H设备质心距支腿底板高度,mm G偏心载荷,kg eS偏心距离,mm eP水平外载,N L水平外载距支腿底板高度,mm M支腿计算弯矩,N-m h支腿高度,mm Z 3.5.1 三支腿的计算 3.5.1.1 水平力方向如下图所示： F

5、M4? VMD30 3.5.1.2 水平力方向如下图所示： 23M ?FVM3D03.5.1.3 上述两种计算结果对比 3?24故在计算时取第一种情况下计算的结果，即： 4M ?FVM3D0 3.5.2 四支腿的计算 3.5.2.1 水平力方向如下图所示： 2M ?FVM2D0 3.5.2.2 水平力方向如下图所示： M ?FVMD03.5.2.3 上述两种计算结果对比 2/?11故在计算时取第二种情况下计算的结果，即： M ?F VMD0 3.5.3 六支腿的计算 水平力方向如下图所示： 3.5.3.1 3M ?FVM3D0 3.5.3.2 水平力方向如下图所示： 2M ?F VM3D03.

6、5.3.3 上述两种计算结果对比 2/3?3/3 故在计算时取第二种情况下计算的结果，即： 2M?F VM3D0 3.5.4 八支腿的计算 3.5.4.1 水平力方向如下图所示： M?22?F VMD40 3.5.4.2 水平力方向如下图所示：M?F VM2D0 上述两种计算结果对比 3.5.4.3 4/2?21/2?故在计算时取第二种情况下计算的结果，即： M ?F VM2D0 3.5.5 N支腿的计算 对比上述的结论，可推倒出N个支腿时的单个支腿承受载荷F： VM 4M ?FVMND0 3.6 支腿载荷计算 支腿简化模型见下图： a?T?2b ?e2 M支腿承受的弯矩Z eFRhM?VZZ

7、 4 许用应力 支腿各部件的许用应力按JB4710-92的规定。对于地震载荷、风载荷参与的工况，许用应力值可以将提高到1.2倍。本程序偏于安全考虑,未提高许用应力值. 5 支腿应力校核 5.1 弯矩产生的应力 最大压应力： F?mgve)eF?Rh( VMZN?z? MyW1000 最大拉应力： F?mgve)?eRh?(F VMZN?z? Ml1000W 3 ,cmW支腿截面的抗弯模量N支腿个数 ze从支腿的形心到本体外侧的最大距离,mm(计算方法见附录1) 5.2 垂直力产生的应力 最大压应力： F?mgve)?(F VMN?z? FyA100 最大拉应力： F?mgve)F(? VMN?

8、z? FlA100 2 支腿截面积,cmA 5.3 支腿稳定性校核 ?l? i长细比,此值应小于200 计算长度系数,取1.0 ,mm 支腿计算长度l i支腿截面的惯性半径 ,查下表折减系数 80 60 70 30 40 50 0 10 20 0.595 0.674 0.874 0.815 0.748 0.999 0.987 0.961 0.923 170 160 130 140 150 90 100 110 120 0.513 0.428 0.359 0.305 0.263 0.230 0.202 0.180 0.161 180 190 200 0.145 0.131 0.120 t 许用压

9、缩应力zcr t支腿材料的许用应力,MPa z? 支腿的最大压应力?crFyMy 5.4 支腿强度校核 ?t? 支腿的最大拉应力?zFlMl 6 底板的设计计算 4(PF?mgH?PL)ve1? NDN?zzo? 底板的压应力 dbb21b底板的宽度,mm 1b底板的长度,mm 2底板计算厚度Sjd ?3dcS? ?jdt?dc底板最大无支撑区域宽,mm(计算方法见附录1) ?t?底板材料的许用应力,MPa d 7 地脚螺栓的设计计算 mgF?ve 地脚螺栓的最大拉力?P?F VMBNz有设计者决定是否安装否则不校核地脚螺栓,如果P0,校核地脚螺栓的强度;B ,建议安装地脚螺栓以定位。地脚螺栓 P4B?d 所需螺栓的计算根径?jot?NBB N受拉侧螺栓个数B,N P地脚螺栓的最大拉力B?t?,MPa 地脚螺栓材料的许用应力B 支腿与壳体的焊缝强度校核8 焊缝受剪面积h?L?0A?.707?2LL2hL?20.707?L?W 焊缝抗弯断面系数 L6,mm 焊缝有效长度L,mm h焊缝腰高L ,则在此假设支腿与壳体焊缝处为刚接Rh?Z 由弯矩产生的应力? LWL F?mgev?F VMN?Z 由