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用范圍,詳細分析支腿的受力情況,并提出了支腿計算時強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一容器水壓試驗時的重量;N支腿數(shù)量;Ma一水平載荷對底封頭切線處的彎矩;Ma=PHMb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一風載荷;Pe地震載荷;H一容器重心至底封頭切線的距離;L下封頭切線至支腿底部的距離;C一操作狀態(tài)下背風側(cè)作用在一只支腿上最大軸向壓縮

2、載荷.c水壓試驗狀態(tài)下背風側(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)下背風側(cè)支腿頂部的偏心載荷;P,操作狀態(tài)下面風側(cè)支腿頂部的偏心載荷;F.一支腿材料的屈服強度.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,但根據(jù)設計要求,數(shù)量也可多于4個,具體應用范圍可按圖1.三,腿式支撐與設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

3、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,故通常設計或標準中以方法(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方向的載荷:垂直載荷來自干設備重量W,由全部支腿均勻承擔,各支腿承受軸向力W/N.水平載荷來自于風載荷Pw和地震載荷Pe,風載荷和地震載荷計算時都認為是水平方向,并都假設作用于設備的重心,如圖3.設置在地震地區(qū)的容器,需分別計算風載荷或地震載荷,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

4、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載荷或地震載荷而壓力容器I貯壤最太設備童徑DI1800aI3600n'n最大長徑此DI5最大腿長徑此LiDI2I根據(jù)設計要求支腿數(shù)量N'設備童徑10001m,N-3設備矗徑>1000,1",t-4或根據(jù)設計要求,N墨6或8設備最太操作溫度34o口c圖1:,t,.0一r281圖3I型錒.中國科技信息2007年第7期CHINASCIEtEANDTECHNOLOGYINFORMATIONApr.2007產(chǎn)生的彎矩Mb.一般的,對腿式支撐容器,接管或其他設備的附加彎矩相對較小,可不做考慮.同樣由于

5、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為垂直風或地震方向軸線上單支腿的截面慣性矩EI為垂直風或地震方向軸線上所有支腿截面慣性矩之和.由此可得出:背風側(cè)最大的軸向力(壓縮應力)產(chǎn)生于操作狀態(tài)或試驗狀態(tài),其值Co(W./N)+(4Mb/ND)操作狀態(tài)C一W/N試驗狀態(tài)面風側(cè)最大的軸向力(拉伸應力)產(chǎn)生于操作狀態(tài)或空設備狀態(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試驗狀態(tài)P(wo/N)+(4M/ND)操作狀態(tài)P,-(w/

6、N)+(4M/ND)空容器狀態(tài)五,支腿的計算l,支腿的計算步驟a)選取支腿型式和大小b)校核支腿在危險狀態(tài)下最大組合應力滿足強度要求,并選取最經(jīng)濟和安全的支腿型式.2,支腿在危險狀態(tài)下組合應力a)操作狀態(tài)由軸向力在支腿上產(chǎn)生的應力: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)試驗狀態(tài)由軸向力在支腿上產(chǎn)生的應力:faQ/A由彎矩在支腿上產(chǎn)生的應力:fb-Qe/NWi支腿

7、上最大組合應力應根據(jù)操作狀態(tài)和試驗狀態(tài)按下式分別計算,取二者中的大者,f=fa+fb'3,應用校核組合應力由軸向壓縮應力fa和彎曲應力fb兩部分組成,此兩部分各自的許用應力不同,一般情況下前者由支腿的細長比決定小于后者,故若使組合應力f的許用值按前者許用應力取,則比較保守.常用的方法是按美國鋼結構協(xié)會(AISC)中的方法,即各自應力對其許用應力的比值之和滿足下式:【(fa/Fa)+(fb/Fb)】1a/Fa0.15(fa/Fa)+Cmfb/(卜fa/F'e)Fb)llfa/Fa>0.15Fa一壓縮力單獨作用時支腿材料許用壓縮應力,與細長比和材料屈服極限Fy有關,從

8、AISC手冊查取;Fb一彎曲單獨作用時支腿材料的許用彎曲應力,取Fb=0.6Fy;F'e一歐拉應力除以安全系數(shù),與細長比有關,從從AISC手冊查取;Cm一削弱系數(shù),可保守的取為l;較好的設計結果應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力和彎曲應力的作用,所以在支腿設計計算時,組合應力達不能滿足要求時,應從這兩方面著手,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.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)量會影響下出料管.3)在支腿間增加支撐,減少軸向計算長度,提高支腿的軸向承壓能力.4)用鋼管作支腿,焊接時要使鋼管的中心線與殼壁

9、中線重合,這樣可消除支腿的偏心度.qHenryH.dnar,P.E.t'essureVesselDesl和Handbook2】美國AISC.tnualofSteelConstruction5】孫訓方,方孝淑,關來泰.材料力學282上接第280頁控是指在仿真運行過程中對仿真系統(tǒng)中的其他各個成員的狀態(tài)進行監(jiān)視和控制;系統(tǒng)管理是指完成本仿真系統(tǒng)管理計算機的功能,進行仿真系統(tǒng)初始化參數(shù)設置,系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)視,系統(tǒng)管理和維護.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)一個以高層體系結構(HLA)為規(guī)范的,功能強大且靈活易用的數(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)記錄計劃管理,數(shù)據(jù)記錄控制,接收

10、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲四個模塊,它采用集中的數(shù)據(jù)采集方式,在仿真運行過程中,一直隨著其他成員的運行而運行.2.5聯(lián)邦開發(fā)相關的系統(tǒng)及工具開發(fā)本聯(lián)邦所用的操作系統(tǒng)是WindowsXP,開發(fā)環(huán)境是JAVA,運行支撐環(huán)境RTI為PRTI3.結束語本文提出采用先進的HLA仿真體系建立未來戰(zhàn)場環(huán)境下的船艇武器系統(tǒng)仿真平臺,從運行結構,開發(fā)過程等方面對仿真系統(tǒng)進行整體描述,從實體設計,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分配等.平臺設計具備擴展到評估敵我雙方實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)在真實復雜戰(zhàn)場環(huán)境下的作戰(zhàn)情況.Highlevelarchitecturerun-timeinfrastructureprogrammer'sguideDB/OL】.DMSO,19992】李伯虎,柴旭東,毛媛.現(xiàn)代仿真技術發(fā)展中的兩個熱點一ADs,SBAJ.系統(tǒng)仿真,2001,13(i):101105;5Highlevelarchitectureinterfacespecification,Version1.3DB/OL1.nttp:/www.d丌Iso.嘲錢進(1980-).男.碩士,現(xiàn)主要從事裝備綜合保障研究.