气柜计算方法及公式

1、9. 拱架计算1、基本参数径向梁段1.顶板重量：314（N/m2） r1/6000n140l02000 03.022.拱架重量：294（N/m2） r2/10900n268l16000 112.153.施工载荷或雪载荷：687（N/m2） r3/16400n396l25800 221.29 拱架计算荷载 q：1295（N/m2） r4/19000n4l35200 330 拱架球面半径 R：38000mm环向梁段 径向梁截面模数Wx78980mm3D04000环梁规格216012 径向梁截面积 Ai3600mm2D116000截面惯性矩16395700 梁截面的回转半径 ix49.5mmD226

2、500弹性模量 E206000 环向梁截面模数Wx78980mm3环梁截面积7392 环向梁截面积 Ai3600mm24.计算节点的负荷面积2.83m23.83m23.01m25.节点荷载3661.53 N4954.43 N3900.54 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 N2.轴力引起的偏心弯矩计算=p=12/11n1rF()=-p=22/12/22n1rrF()=-p=32/12/33n1rrF=a-=111sinQS=a+-=2212sinQQS=a+-=33213sinQQQS=11qFQ=22qFQ=33qFQ

3、M11M12M13-2060141.471-2625868.462-2226617.9793. 径向梁局部弯矩计算3.1 载荷面积（如图1）FD1（m2）FD2（m2）FD3（m2）2.356194452.920757122.7907814263.2 局部载荷QD1（N）QD2（N）QD3（N）3051.2718133782.3804713614.0619473.3 局部弯矩M21M22M233051271.8133656301.1223132187.0213.4 径向梁段计算弯矩MD1MD2MD35111413.2846282169.58353588054. 径向梁段强度和稳定性校核4.1

4、强度校核-69.55024884-86.13282877-74.80375838=4.2 弯矩作用平面内的稳定性校核13.3923947312.067143129.75754847330121.2121212117.1717172105.0505051由及x查HG20517-92钢制低压湿式气柜表-2得p=0.037-130.60623274.3 弯矩作用平面外的稳定性校核R8lSM2iii1=()2021011Dllln21F-+p=() ()210221022Dllllln21F+-+p=() ()21i2102i210iD illlllllln21F-+-+p=LLDiDiq FQ =6

5、lQMiDii2=i 1i2D iMMM-=s=sXD iiiWMASXiiDiWASM=exiXil=l sF=siPiAS由及y查HG20517-92钢制低压湿式气柜表-3得p=三、环向梁计算1. 环向梁段轴力N1N2N3环向梁段轴力（N）-216763.5217-55248.26497227447.9918Fr1Fr2Fr31.413716671.9129064941.506000953Qr1Qr2Qr31830.7630882477.213911950.271234Mr1Mr2Mr300#REF!=将环向梁看作承受压力的环，作稳定性和强度校核1. 中心环梁计算1.1. 中心环稳定性校核

6、1.1.1 中心环参数中心环直径 D0：4000mm环截面积：3840mm2弹性模量：206000 MPa截面惯性矩：9165800 mm41.1.2 环梁单位长度上分布的载荷计算-55.376 N/mmH1=S1cos1S1=-17397 Nyiyil=l sF=siliASn180sin2ctgQN111a-=()n180sin2ctgQQctgQN221112a+-a=()()n180sin2ctgQQQctgQQN33212213a+-a+=()()n180sin2ctgQQQctgQQQN1n1n212n2n211na+-a+=-LL6lQMir ir i=s=sxriiWMANs=

7、sXD iWMn180sin2ctgQN11a-=()n180sin2ctgQQctgQN221112a+-a=()()n180sin2ctgQQQctgQQN33212213a+-a+=()n180sin2ctgQQQN1n1n21n+=-L()()n180sin2ctgQQQctgQQQN1n1n212n2n211na+-a+=-LLir iF21F=r ir iq FQ=6lQMir ir i=s=sxriiWMANxiXil=lsF=sASli()30cr2DEJ3q=p=011DHnq1.1.3 环梁临界压力708.058 MPa236.019 MPa合格1.2. 中心环强度校核-2

8、8.841 MPa合格ir iF21F=3qqc r=s=sA2q D0=dFFbA=dqqdA=d=FFEB=d=qqEBbIEDFF=qqdIED=dqFBD12=d=qBE WRE1. 0P2c r d=3qqc r=()30cr2DEJ3q=s=sA2q D0()n180sin2ctgQQQN1n1n21n+=-Lr ir iq FQ=XiriWANM=esF=sASPiyiyil=l()()n180sin2ctgQQQctgQQN33212213a+-a+=()()n180sin2ctgQQQctgQQQN1n1n212n2n211na+-a+=-LL6lQMir ir i=()()

9、n180sin2ctgQQQctgQQN33212213a+-a+=()n180sin2ctgQQQN1n1n21n+=-L()()n180sin2ctgQQQctgQQQN1n1n212n2n211na+-a+=-LLxiXil=l第 9 页气柜设计计算过程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0.8mm2. 水槽壁分段及假设壁

10、厚罐壁尺寸、材料及许用应力如下：从下至上分段号高度（m）厚度（mm）材料设计t（MPa）s（MPa）b（MPa）重量（kg）1416Q235-A15723537534748.62414Q235-A15723537530402.33410Q235-A15723537521712.044.28Q235-A15723537518236.4总重：105099.43. 水槽壁计算设计时() 2120003 . 0CDhti+-=jsgd第 10 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）116.215.016212.211.71438.28.41044.25.084. 钟罩壁计

11、算设计时计算结果：=1.80033 mm5. 钟罩顶计算设计时计算结果：=1.800623 mm6. 风载荷及地震载荷计算风载荷计算：计算风压： 22CP Dt+=jsd 22CP Dt+=jsd0KWKWZb=第 11 页W0 地区基本风压值（N/m2）风振系数1.45KZ风压高度系数1.49K体形系数0.7W=302.47（N/m2）地震载荷计算： 水平方向地震力：C结构影响系数0.4Kh水平地震力系数0.11 动力放大系数2.25W0活动塔节总重力813297NQe=73196.73（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1.45KZ风压高度系

12、数1.31K体形系数0.6DC钟罩直径21ml1上下导轮间距15.92mhC活动塔节露出高度17.87mPW=48008.25N风载荷产生的最大水平轮压:对内导轮:HWMAX=8001.375Nn导轮数(即导轨根数)24对外导轮:01WC KQheb=20211CCZlWhDK WKPb=SnPwWHS=4m a x0KWKWZb=第 12 页HWMAX=16002.75Nn导轮数(即导轨根数)12地震载荷产生的最大水平轮压:67127.65N对内导轮:3356.383Nn导轮数(即导轨根数)24对外导轮:6712.765Nn导轮数(即导轨根数)12各导轮的水平计算轮压为:对内导轮:Hmax=

13、0.25Hwmax+Hemax=5356.727N对外导轮:Hmax=0.25Hwmax+Hemax=10713.45N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1.26hC2=14.5mPW=30401.99N风载荷产生的最大水平轮压:对内导轮:HWMAX=5066.999Nn导轮数(即导轨根数)24对外导轮:HWMAX=10134NnPeeHS=2. 1m a xelheQP11=S220211CCZlWhDK WKPb=SnPeeHS=2. 1m a xnPwWHS=4m a x第 13 页n导轮数(即导轨根数)12地震载荷产生的最大水平轮压:51954

14、.97N对内导轮:2597.748Nn导轮数(即导轨根数)24对外导轮:5195.497Nn导轮数(即导轨根数)12各导轮的水平计算轮压为:对内导轮:Hmax=0.25Hwmax+Hemax=3864.498N对外导轮:Hmax=0.25Hwmax+Hemax=7728.996N8. 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12Ti=20696.88N水平环梁或拉杆强度校核：.Fi水平环梁或拉杆截面积1274mm2Wx 水平环梁或拉杆作用平面内断面模数7800mm3M水平环梁做平台时，平台活载荷产生的弯矩构件许用应力167MPanHiTo1 8 0m a xs in2=x

15、iiWMFT=snPeeHS=2. 1m a xelheQP11=SnPeeHS=2. 1m a x第 14 页=16.24559MPa2,外导架斜撑内力及强度校核:2772.835N9278.133N斜撑的内力为:4524.051N斜撑的强度校核：Fi斜撑的截面面积1150mm2构件许用应力167MPa=3.933957MPa3,外导架立柱的内力及稳定性校核:V立柱轴向内力3574.692N稳定系数0.604F立柱的截面面积3060mm2=1.934106MPa构件许用应力167MPa当导轮作用在导轨中心时立柱产生的跨中弯矩计算：NmmM=5688541Nmm2000.404NnHHABL-

16、=180maxsin2nHH=360maxcosqc o sA BLN=iFN=sFVfs=qsinNV =5ma xlHM =nHHABL-=180maxsin2第 15 页6693.515N3263.782N2578.886N稳定系数0.604F立柱的截面面积3060mm2=1.39532MPa构件许用应力167MPa9. 水槽内导轨计算水槽内导轨为一多跨梁,作用有一个集中荷载,可视为两端嵌入梁校核弯曲强度Hmax_ 下导轮最大轮压NLc_ 导轨支点跨距500.00mmW_导轨断面模数13010mm3导轨许用弯曲应力MPa=25.7337MPa构件许用应力167MPa10. 导轮轴的计算1

17、,内导轮轴的计算:Hmax_导轮上的总轮压L_导轮轴计算长度315mmM=210921.1NmmnHH=360maxcosqsinNV =qc o sA BLN=FVfs=WlHc8m a x=s8m a xLHM=317. 2wMds=第 16 页W许用弯曲应力69MPad=31.49319mm校核剪切强度:MPa=3.440063MPa轮轴材料的许用剪切应力41.4MPa2,外导轮轴的计算:L_导轮轴计算长度480mmM=642807.2NmmW许用弯曲应力39MPad=55.2245mm校核剪切强度:MPa=2.237517MPa轮轴材料的许用剪切应力23.4MPa 弯矩作用平面内的稳定

18、性校核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=xp第一段0.94149.280.465第二段0.58549.640.571第三段0.08048.140.888D iD iq FQ =6lQMiDii2=i1i2D iMMM-=sxD iiiWMAS=eXiiD iWASM=lxiXil() ()=+-+p=243210254321055Dllllllllllln 21F第 20 页第四段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28.6MP

19、a=167MPa2 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=yl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=167MPa8.4 环向梁计算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 E19100

20、0MPa环梁截面积1230mm2梁截面的回转半径 ix24.4mm iy24.4mm=F=siPiAS=lyiily=F=si1iAS第 21 页环向梁直径：环向梁各段长度D01320mmD15400mml1=D1/n1=1413.72mmD29510mml2=D2/n2=2489.71mmD313496mml3=D3/n3=1766.62mmD417298mml4=D4/n4=2264.30mm8.4.2 环向梁段轴力-1.3E+04 N-2.2E+04 N-1.0E+04 N-1.2E+04 N8.4.3 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：m2Fr1Fr2Fr3Fr40.

21、371.451.261.71计算载荷NQr1Qr2Qr3Qr4489.891921.781665.042272.7计算弯矩NmmMr1Mr2Mr3Mr41.15E+057.97E+054.90E+058.58E+058.4.4 环向梁段强度和稳定性校核强度校核=a-=n180sin2ctgQN111()=a+-a=n180sin2ctgQQctgQN221112()()=a+-a+=n180sin2ctgQQQctgQQN33212213ir iF21F =r ir iq FQ=6lQMir ir i=()()=a+-a+=n180sin2ctgQQQQctgQQQN4432133214第 2

22、2 页第一段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=167MPa8.4.5 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=xp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第四段125.293MPa=167MPa8.4.6 梁弯矩作用平面外的长细比由及x查HG20517-

23、92钢制低压湿式气柜表-3得1=yl第一段0.8757.940.447第二段3.45102.040.157第三段4.6172.400.147=sxr iiWMAN=eXir iWANM=lxiXil=F=sANpi=lyiily第 23 页第四段6.7592.800.101第一段23.27MPa第二段114.61MPa第三段56.44MPa第四段98.00MPa=167MPa8.5 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：1230mm2弹性模量 E：19

24、1000MPa截面惯性矩 J：734900mm48.5.2 中心环稳定性校核环梁单位长度上分布的载荷计算19.37N/mmH1径向梁轴力的水平分力H1=S1cos1S1=6693.41N环梁临界压力1464.71N/mm中心环许用压力488.24N/mmqq校核合格8.5.3 中心环强度校核10.39MPa=167MPa8.6 拱架整体性稳定性校核=p=011DHnq()=30cr2DE J3q=3qqc r=sA2q D0=F=si1iAN第 24 页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

25、A径向梁的断面积，1430mm2b径向梁之间的中线距离， 1244.9mm环向梁有效薄膜厚度0.60mmA环向梁的断面积，1230mm2d环向梁之间的中线距离，2055mm8.6.2 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114321.17N/mm8.6.3 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+08Nmm环向弯曲刚度6.83E+07NmmI，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198.64mm575.52MPa=dFFbA=dqqdA=d=FFEB=d=qqEB=

26、FFbIED=qqdIED=dqFBD12=d=qBE第 25 页8.6.5 按承受均布外压计算罩顶拱架许用压力6674.8PaPcrq= 1326Pa =d=2c rRE1.0P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=S2cos2=w2=S3cos3=-43229.7 N#REF!N2受力计算2.1 力作用点处第一圈第二圈1828165.2Nmm#REF!Nmm-660265.1N#REF!N2.2 力作

27、用点中间第一圈第二圈-916749.6Nmm#REF!Nmm-660618.8N#REF!N=p-=)NN180(cot2WRMoa=N1 8 0c o t2WToa=p-=)NN180(csc2W RMob=N1 8 0csc2WTob3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!=IMATf第 28 页30000m3 3甲醇储罐设计计算过程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：

28、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：1mm2. 罐壁分段及假设壁厚罐壁尺寸、材料及许用应力如下：从下至上分段号高度（m） 厚度（mm）材料设计t（MPa）s（MPa）水压试验（MPa）重量（kg）132816MnR20330527578777.5232416MnR21732529367516.5332216MnR21732529361886.9432016MnR21732529356257.8531616MnR23034531145001.5631416

29、MnR23034531139374.3731216MnR23034531133747.6831016MnR23034531128121.596816MnR23034531144992.0总重：455675.6注：水压试验的许用应力取常温下0.9s3. 罐壁计算设计时第 29 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）13026.32822722.32432419.92242117.52051814.31661512.1147129.812897.510965.38水压试验时计算结果：从下至上分段数H（m）计算壁厚t（mm）13023.722720.032417.742

30、115.551812.561510.47128.3896.1964.04. 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球缺受风力面积： js-=D) 3 . 0H(9 . 4t() 2tCD3 . 0H0049. 0t+js-r=第 30 页(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=P130/2+P2（30+

31、5.091/2）=1.78E+07 Nm按风压折算为风速：V=（10001.6）0.5=40m/s =144km/h（144/160）2=0.81考虑风速系数后的风弯矩为：Mf=177712390.81=1.44E+07Nm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=1.81kD0.5=6.47Z= 0.075S= 1.2I= 1C1= 0.6T4.5 C2=3.375S/T2= 0.0967罐壁重量：WS= 4470178NXS= 14.6

32、m顶板及拱架重量：Wr= 1021014.99N 注：其中顶板重：73839kg第 31 页Ht= 30m 拱架重：30240kgWT=0.78538229.27909.81=2.62E+08 N查图（API650图E-2），得W1/WT= 0.7W2/WT= 0.3W1= 183405589 NW2= 78602395.4 N查图（API650图E-3），得X1/H= 0.38X2/H= 0.67X1= 11.096X2= 20.1地震弯矩：Me=ZI（C1WSXS+C1WrHT+C1WrX1+C2W2X2）=1.07E+08 Nm5. 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/mtb底板边沿板有效厚度， = 11mmFby底板最小屈服强度， =235MPa196GHD= 171810.5wLM/D2(wt+wL)=0.5890.7851.41E+05 N/m罐壁、顶板及附件作用于底圈上的力wt=（Ws+Wr）/D=45997N/m罐壁底