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(guò)程裝備(常熟)有限公司275573本文提供了腿式支撐的應(yīng)用范圍,詳細(xì)分析支腿的受力情況,并提出了支腿計(jì)算時(shí)強(qiáng)度不足的處理方法一,引用符號(hào)D一容器外徑;Db地腳螺栓圓直徑;w一容器計(jì)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(yàn)時(shí)的重量;N支腿數(shù)量;Ma一水平載荷對(duì)底封頭切線處的彎矩;Ma=PHMb一水平載荷對(duì)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(fēng)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(fēng)側(cè)作用在一只支腿上最大軸向壓縮

2、載荷.c水壓試驗(yàn)狀態(tài)下背風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)側(cè)支腿頂部的偏心載荷;P,操作狀態(tài)下面風(fēng)側(cè)支腿頂部的偏心載荷;F.一支腿材料的屈服強(qiáng)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(gè),但根據(jù)設(shè)計(jì)要求,數(shù)量也可多于4個(gè),具體應(yīng)用范圍可按圖1.三,腿式支撐與設(shè)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(duì)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(wèn)題,(b)較(a)在焊接上相對(duì)容易,故通常設(shè)計(jì)或標(biāo)準(zhǔn)中以方法(b)常用,I型鋼常用于相對(duì)較大或較重的容器,對(duì)大型貯罐而言,鋼管由于其各個(gè)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(duì)腿式支撐容器,支腿承受水平與垂直兩個(gè)方向的載荷:垂直載荷來(lái)自干設(shè)備重量W,由全部支腿均勻承擔(dān),各支腿承受軸向力W/N.水平載荷來(lái)自于風(fēng)載荷Pw和地震載荷Pe,風(fēng)載荷和地震載荷計(jì)算時(shí)都認(rèn)為是水平方向,并都假設(shè)作用于設(shè)備的重心,如圖3.設(shè)置在地震地區(qū)的容器,需分別計(jì)算風(fēng)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(fēng)載荷或地震載荷而壓力容器I貯壤最太設(shè)備童徑DI1800aI3600n'n最大長(zhǎng)徑此DI5最大腿長(zhǎng)徑此LiDI2I根據(jù)設(shè)計(jì)要求支腿數(shù)量N'設(shè)備童徑10001m,N-3設(shè)備矗徑>1000,1",t-4或根據(jù)設(shè)計(jì)要求,N墨6或8設(shè)備最太操作溫度34o口c圖1:,t,.0一r281圖3I型錒.中國(guó)科技信息2007年第7期CHINASCIEtEANDTECHNOLOGYINFORMATIONApr.2007產(chǎn)生的彎矩Mb.一般的,對(duì)腿式支撐容器,接管或其他設(shè)備的附加彎矩相對(duì)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(fēng)或地震方向軸線上單支腿的截面慣性矩EI為垂直風(fēng)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(fēng)側(cè)最大的軸向力(壓縮應(yīng)力)產(chǎn)生于操作狀態(tài)或試驗(yàn)狀態(tài),其值Co(W./N)+(4Mb/ND)操作狀態(tài)C一W/N試驗(yàn)狀態(tài)面風(fēng)側(cè)最大的軸向力(拉伸應(yīng)力)產(chǎn)生于操作狀態(tài)或空設(shè)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(yàn)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(jì)算l,支腿的計(jì)算步驟a)選取支腿型式和大小b)校核支腿在危險(xiǎn)狀態(tài)下最大組合應(yīng)力滿足強(qiáng)度要求,并選取最經(jīng)濟(jì)和安全的支腿型式.2,支腿在危險(xiǎn)狀態(tài)下組合應(yīng)力a)操作狀態(tài)由軸向力在支腿上產(chǎn)生的應(yīng)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(yīng)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(yàn)狀態(tài)由軸向力在支腿上產(chǎn)生的應(yīng)力:faQ/A由彎矩在支腿上產(chǎn)生的應(yīng)力:fb-Qe/NWi支腿

7、上最大組合應(yīng)力應(yīng)根據(jù)操作狀態(tài)和試驗(yàn)狀態(tài)按下式分別計(jì)算,取二者中的大者,f=fa+fb'3,應(yīng)用校核組合應(yīng)力由軸向壓縮應(yīng)力fa和彎曲應(yīng)力fb兩部分組成,此兩部分各自的許用應(yīng)力不同,一般情況下前者由支腿的細(xì)長(zhǎng)比決定小于后者,故若使組合應(yīng)力f的許用值按前者許用應(yīng)力取,則比較保守.常用的方法是按美國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)(AISC)中的方法,即各自應(yīng)力對(duì)其許用應(yīng)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(dú)作用時(shí)支腿材料許用壓縮應(yīng)力,與細(xì)長(zhǎng)比和材料屈服極限Fy有關(guān),從

8、AISC手冊(cè)查取;Fb一彎曲單獨(dú)作用時(shí)支腿材料的許用彎曲應(yīng)力,取Fb=0.6Fy;F'e一歐拉應(yīng)力除以安全系數(shù),與細(xì)長(zhǎng)比有關(guān),從從AISC手冊(cè)查取;Cm一削弱系數(shù),可保守的取為l;較好的設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)滿足公式的左端接近l.六,問(wèn)題處理由于支腿的承受軸向應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的作用,所以在支腿設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí),組合應(yīng)力達(dá)不能滿足要求時(shí),應(yīng)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(huì)影響下出料管.3)在支腿間增加支撐,減少軸向計(jì)算長(zhǎng)度,提高支腿的軸向承壓能力.4)用鋼管作支腿,焊接時(shí)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(guó)AISC.tnualofSteelConstruction5】孫訓(xùn)方,方孝淑,關(guān)來(lái)泰.材料力學(xué)282上接第280頁(yè)控是指在仿真運(yùn)行過(guò)程中對(duì)仿真系統(tǒng)中的其他各個(gè)成員的狀態(tài)進(jìn)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(jì)算機(jī)的功能,進(jìn)行仿真系統(tǒng)初始化參數(shù)設(shè)置,系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視,系統(tǒng)管理和維護(hù).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(kāi)發(fā)一個(gè)以高層體系結(jié)構(gòu)(HLA)為規(guī)范的,功能強(qiáng)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(jì)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(chǔ)四個(gè)模塊,它采用集中的數(shù)據(jù)采集方式,在仿真運(yùn)行過(guò)程中,一直隨著其他成員的運(yùn)行而運(yùn)行.2.5聯(lián)邦開(kāi)發(fā)相關(guān)的系統(tǒng)及工具開(kāi)發(fā)本聯(lián)邦所用的操作系統(tǒng)是WindowsXP,開(kāi)發(fā)環(huán)境是JAVA,運(yùn)行支撐環(huán)境RTI為PRTI3.結(jié)束語(yǔ)本文提出采用先進(jìn)的HLA仿真體系建立未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下的船艇武器系統(tǒng)仿真平臺(tái),從運(yùn)行結(jié)構(gòu),開(kāi)發(fā)過(guò)程等方面對(duì)仿真系統(tǒng)進(jìn)行整體描述,從實(shí)體設(shè)計(jì),想定編輯,聯(lián)邦成員規(guī)劃和效能評(píng)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(wù)分配等.平臺(tái)設(shè)計(jì)具備擴(kuò)展到評(píng)估敵我雙方實(shí)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(yīng)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(shí)復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)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(shù)發(fā)展中的兩個(gè)熱點(diǎn)一ADs,SBAJ.系統(tǒng)仿真,2001,13(i):101105;5Highlevelarchitectureinterfacespecification,Version1.3DB/OL1.nttp:/www.d丌Iso.嘲錢(qián)進(jìn)(1980-).男.碩士,現(xiàn)主要從事裝備綜合保障研究.