塔體及裙座的強(qiáng)度計算(1)

1、3.1塔體及裙座的強(qiáng)度計算3.1.1適用范圍本章計算適用于高度大于10m,且高度與直徑之比大于5的裙座自支承式鋼制塔 設(shè)備。塔設(shè)備的設(shè)計壓力可以是內(nèi)壓或外壓。3.1.2引用標(biāo)準(zhǔn)JB 4710-92 “鋼制塔式容器”、GB150-98 “鋼制壓力容器”。3.1.3設(shè)計計算條件3.1.3.1塔設(shè)備的設(shè)計壓力及設(shè)計溫度設(shè)計壓力系指在相應(yīng)設(shè)訃溫度下用以確定塔設(shè)計殼體厚度的壓力，其值不得小于 塔設(shè)備頂部可能出現(xiàn)的最高壓力。設(shè)計溫度指塔殼體的設(shè)訃溫度，系指塔設(shè)備在 正常操作情況，并在相應(yīng)設(shè)計壓力下，設(shè)定的受壓元件的金屬溫度，其值不得低 于元件金屬可能達(dá)到的最高金屬溫度。裙座設(shè)訃溫度一般取建塔地區(qū)室外計算溫

2、 度（冬季），見表3-1。3.1.3.2塔設(shè)備設(shè)汁應(yīng)考慮的載荷設(shè)訃壓力；液柱靜壓；塔設(shè)備自重（包括內(nèi)件和填料）以及正常操作條件下或試驗狀態(tài)下內(nèi)容物的重 力載荷；附屬設(shè)備及隔熱材料、襯里、管道、扶梯及平臺等重力載荷；風(fēng)載荷和地震載荷；必要時，應(yīng)考慮以下載荷的影響：連接管道和其它部件的影響；山于熱膨脹量不同而引起的作用力；壓力和溫度變化的影響； 塔設(shè)備在運(yùn)輸或吊裝時承受的作用力。上述載荷中部分載荷在本章計算中予以考慮。部分的載荷引起的機(jī) 械汁算應(yīng)采用其它相應(yīng)的計算方法。3.1.3.3塔設(shè)備壁厚最小壁厚塔殼圓筒不包括腐蝕裕度的最小厚度，對于碳鋼和低合金鋼制塔設(shè)備為2%。的塔 內(nèi)徑，且不小于4mm；不

3、銹鋼制塔設(shè)備為3mm：裙座最小壁厚為6mm。計算厚度指按GB150及JB4710相應(yīng)公式計算所得的厚度，不包括壁厚附加量。壁厚附加量、設(shè)計厚度、名義厚度及有效厚度詳見JB4710第3章中的定義。3.1.3.4材料及其許用應(yīng)力受壓元件用鋼的選用原則、鋼材標(biāo)準(zhǔn)、熱處理狀態(tài)及許用應(yīng)力等均按GB150 中的相關(guān)規(guī)定。表3-1中國部分地區(qū)室外計算溫度上也名采毆冬季通風(fēng)冬季空氣調(diào)節(jié)地名采唆冬季通14冬季空氣調(diào)節(jié)北京-9-5-12徐州-60-9上海C3-4南京-3-6天津-9-1-11-51-S齊齊哈爾-25-19(-20*)-29合肥-3巧-7哈爾濱-26-20-29南呂-1(0*)3長春-23-17-2

4、6轅州S0吉林-25-is-28福州104沈陽-20-13-23鄭州-50-s大連-12-5-11信陽-4-7烏越木齊-23-15-27武漢O3-5酋寧-13-9-15長沙-15-3AA ill-11-7-13成都61天水-7-3-10貴陽-15-3濟(jì)南-7-1-10昆明3(4*)S1-3-9拉薩-6-S注：1 本茨摘自TJ19-75 T業(yè)企業(yè)采唆通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)設(shè)汁規(guī)范3 （試行茨中帯*數(shù)字系05通空調(diào)氣象資料集（增縮I鶴）中的數(shù)據(jù).2采曖室外計算溫度為歷年平均不保證5天的日平均溫度.3 冬季通風(fēng)室外ilWifi度為累年冊冷月（一月）的平均溫度。4冬季空氣調(diào)節(jié)室外計并溫度為歷年平均不保證一天的

5、日平均溫度.裙座殼體用鋼按受壓元件用鋼要求選取。非受壓元件用鋼必須是已列入材料標(biāo)準(zhǔn)的鋼材，用于焊接件的鋼材，應(yīng)具有 良好的焊接性能。地腳螺栓一般選用Q235-A或16Mno Q235-A材料的許用應(yīng)力取o bi=147MPa。16Mn材料的許用應(yīng)力取o bt=170MPao如釆用其它碳素鋼或優(yōu) 質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼作地腳螺栓，則取安全系數(shù)亦$1.6。以碳素鋼制作的基礎(chǔ)環(huán)、蓋板及筋板，其許用應(yīng)力取ob=140MPa。3.1.3.5應(yīng)力評定在強(qiáng)度計算中，根據(jù)載荷的類型可分為長期載荷和短期載荷。其產(chǎn)生的應(yīng)力評定 尺度是不同的。具體評定值詳見表32應(yīng)力評定表。3.1.4強(qiáng)度及穩(wěn)定性計算3丄41強(qiáng)度及穩(wěn)定性計算

6、所用符號說明D棗塔殼內(nèi)徑，mm；Db棗基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑，mm ；Dih棗錐殼任意截面內(nèi)徑，mm ；Do棗塔殼外徑，mm；Dob棗基礎(chǔ)環(huán)外直徑，mm:Dos棗裙座殼底部外直徑，mm；表32應(yīng)力評定表狀態(tài)我荷組合評定ffi養(yǎng)注正常操作1.設(shè)計壓力、塔設(shè)備蟲力我荷.塔內(nèi)液柱壓力拉應(yīng)力：o 冷 壓應(yīng)力：。紋o 7=min(B。J。：設(shè)計溫度卜的許用應(yīng)力 殳計溫度卜的許用斥應(yīng)力 壓應(yīng)力:1. 2 o 試壓1.試臉壓力、塔設(shè)備蟲力我荷.試 臉介質(zhì)產(chǎn)生的側(cè)壓拉應(yīng)力：周向:液壓0.9。冷軸向或周向：氣壓0. S 0 4壓應(yīng)力：o 2上述笫1條加30%風(fēng)載荷拉應(yīng)力：液壓* 0. 9x1. 2o 1氣壓：0. Sxl.

7、2o59或高度大于20m時，還應(yīng)考慮高振型的影響；其地震彎矩 按JB4710附錄A計算。也可按下式計算:(3-12)風(fēng)載荷對室外安裝的塔設(shè)備，要承受風(fēng)載荷(屬于短期載荷)，當(dāng)塔設(shè)備的高度與直徑之 比大于5,或高度大于10m時，在其強(qiáng)度和穩(wěn)定的計算中應(yīng)考慮風(fēng)載荷。計算 風(fēng)載荷時，塔設(shè)備應(yīng)按圖3-6所示分段進(jìn)行，每段內(nèi)的風(fēng)壓值認(rèn)為是等值，整塔 的風(fēng)載則呈階梯形分布。 水平風(fēng)力。第i計算段質(zhì)量重心處的水平風(fēng)力為：PiuKiKq/i/iDeiXlOe-H)式中Pi棗笫i段質(zhì)量重心處的水平風(fēng)力，N；Dei棗第i段的有效直徑，mm；當(dāng)籠式扶梯與塔頂管布置成180時：Dei=Doi+2 心+心+&+。+2

8、%(3-當(dāng)籠式扶梯與塔頂管布置成90時，取下列兩式中大值：Dei=Do汁 2 幾+心 + 圧(3-15)Dci=Doi + 2 si + K4 + o + 2 Qps (3-16)式中棗各計算段處的外徑，mm；d棗塔頂管線外徑，mm；幾棗塔設(shè)備第，段保溫層厚度，mm：棗塔頂管線保溫層厚度，mm：心棗籠式扶梯當(dāng)量寬度；當(dāng)無確切數(shù)據(jù)時，可取K尸400mm；Ki棗操作平臺當(dāng)量寬度，mm；4棗第i段內(nèi)平臺構(gòu)件的投影面積（不訃空檔投影面積）,mm2；/o棗操作平臺所在計算段的長度，mm：卡棗風(fēng)壓高度變化系數(shù)，查表3-5；K棗體型系數(shù)，取Ki二0.7;表35鳳壓高度變化系數(shù)地面粗逍度類別跖地面高度從A5C

9、地面粗適度類別跆地面高度也ABC51. 170. SO0. 54502. 031.671.36101. 3S1.000.71602. 121.771. 16151.521. 140. 81702. 201.S61.55201.631.250. 91S02. 271.951.61301.S01.421. 11902. 312. 021.72101.921. 561.241002. 102.091.79注：1A類地面粗糙度系描近海海面.海瓠 湖席及沙漠地區(qū)：B類系描田野、鄉(xiāng)村.從林、丘陵以及房屋比較稀疏的中小城 鎮(zhèn)和人城市郊區(qū)：C類系描有密集建筑群的人城市市區(qū).3若采用當(dāng)?shù)貧廛洸块T資料時.對A類地

10、區(qū)高度變化系數(shù)人應(yīng)取B類地區(qū)系數(shù)：B類和C類地區(qū)不變。勵棗第i段風(fēng)振系數(shù),當(dāng)塔高HW20m時，取 心=170,當(dāng)H20m時，按下式 計算：式中 棗脈動增大系數(shù)，按表3-6查??；叮棗第i段脈動影響系數(shù)，按表3-7查??；如i棗第i段振型系數(shù)，根據(jù)加/H與“查表3-8；“棗基本風(fēng)壓值，詳見表3-9 “全國部分城市基本風(fēng)壓表”或按當(dāng)?shù)貧庀筚Y料, 但不得小于250N/ni2o表36脈動増人系數(shù)g2l2（Ns7m2）10201060SO1001.471.571.691.771.S3l.SS3（Ns7ms）200100600SOO100020002. 012.242. 362.462. 532. SOr（N

11、s7m2）10006000SOOO1000020000300003.093.2S3. 423. 513.914. 14注時.對B類qi=qo.對A類0 = 1.38購.對C類形=0.71他。表37脈動影響系數(shù)匚5 度 Alt XD粗造度類別204060A0. 7S0. S30. S70. S90. S90. S9B0. 720. 790. S50. SS0. S90.90C0 . G60. 740. S20. S60.SS0. S9U相對奇度10.S0. 6U相對高度Att/Zf10.S0.60.10. 020. 020. 010.60. 4S0. 410.410.20. 070. 060.

12、050.70. 600. 570. 550.30. 150.120. 110.S0. 730.710.690.40. 240.210. 190.90. S70. S60. 850.50. 350. 320. 291.01. 001.001.00表3-9全國部分城市棊本風(fēng)壓農(nóng)ZE城市名稱風(fēng)壓值城市務(wù)稱風(fēng)壓值城市名稱城市名稱風(fēng)壓值北京350運(yùn)城100550桂林350天津100呼和浩特500煙臺550百色400上海550包頭600鐮坊100?？?00重慶300滿洲里700徳州150三亞700哈爾演450350鄭州100成都250齊齊哈爾450鎖江350安陽350瀘州300佳木斯550蘇州100洛陽3

13、50廣元350牡丹江150連云港100許呂100西呂100吉林450南通400三門峽350費陽300長舂550杭州100南陽350遵義300四平550寧波500武漢300昆明250延吉500竦泗1100300麗江300沈陽500as州100貧石300大理600大連600溫州550長沙350西安350撫順150合肥300岳陽100寶雞300鞍山150淮南300湘潭350榆林500本溪100蚌埠350術(shù)陽350漢中350卑新550馬鞍山100常徳350蘭州 300錦州550安慶350廣州450嘉峪關(guān)650營口550福州600汕頭750敦煌100石家莊300廈門750昭關(guān)350西寧350張家口450

14、漳州500深圳700格爾木550承德350泉州600茂名600銀川650保定100南呂100湛江700烏砂木齊600滄州100300肇慶150克拉瑪依800邯鄲350除州300南寧350喀什650300九江350北海700香港700大同100濟(jì)南350欽州600澳門700風(fēng)彎矩。塔設(shè)備任意截面II處的彎矩為:M滬=時+陽百+魁+斤+2 h +41 +明+ 底截面0 0處的風(fēng)彎矩為：M滬1 =弓與十禺 k +琴 +丙 H莘 +zI .(3-17)(3-18)偏心彎矩偏心質(zhì)量引起的偏心彎矩按下式訃算：Mc=mege(3-19)式中e棗偏心質(zhì)量質(zhì)心距塔設(shè)備中心線的距離，m。最大彎矩塔設(shè)備任意截面I-

15、I處的最大彎矩按下式計算一 必尸+ 0.25M尸+收值 (3-20)塔設(shè)備底截面00處的最大彎矩為：評+ 0.25 M滬+ %取其中較大值塔設(shè)備圓筒體軸向應(yīng)力校核1.圓筒體任意計算截面1一1的兒項應(yīng)力內(nèi)壓或外壓引起的軸向應(yīng)力取其中較大(3-21)(3-22)塔設(shè)備質(zhì)量及垂直地震力引起的軸向應(yīng)力L 2 刃Dg(3-23)彎矩引起的軸向應(yīng)力書=空齟磁 (3-24)2.塔設(shè)備筒體最大組合壓應(yīng)力按下式進(jìn)行軸向穩(wěn)定性校核對內(nèi)壓塔設(shè)備 燈+。3冬1.2 (3-25)對外壓塔設(shè)備。1+。2+。3冬1.2 Sr(3-26)if式中許用應(yīng)力10取其中較小值(3-27)3.塔設(shè)備軸向拉應(yīng)力校核對內(nèi)壓塔設(shè)備一 g+

16、。3冬1.2吋0 (3-28)對外壓塔設(shè)備一 + W1.2oW(329)若校核計算不滿足上述兒式，則應(yīng)重新設(shè)定有效厚度叭i；重復(fù)本節(jié)的計算，直 至滿足要求為止。塔體錐殼軸向應(yīng)力若塔體計算段為錐殼，其各應(yīng)力分量應(yīng)除以COS0,尸為半錐角，見圖3-7所示。 錐殼最大組合壓應(yīng)力按公式(3-25)和公式(3-26)11-算及評定；錐殼最大組合拉應(yīng)力 按公式(3-28)和(3-29)計算及評定。fscos2 6軸向許用壓應(yīng)力 10,取其中較小值 求B值時，半徑&應(yīng)為錐殼小端半徑n,見圖3-7所示。軸向許用拉應(yīng)力同圓筒的軸向許用拉應(yīng)力。(10)裙座軸向應(yīng)力校核1.在裙座底截面處的組合應(yīng)力校核J1.25co

17、s2訃沏；P,取小值(330)2 液壓試驗時組合應(yīng)力校核0.3M胯+岐十任g G蟲e1.25 cos2 卩L0迥,取小值(3-31)A” UTU公式(3-30)中，F(xiàn)、僅在叫應(yīng)為地震彎矩時汁入。 上兩式中b棗裙座底截面面積，mm：；Asb= H Dis es( 3-32 )Zsb棗裙座底截面的截面系數(shù)，mm3Zsb二 “D玉九/(4cos0)(3-33)Ds棗裙座殼底部內(nèi)徑，mm。3.裙座檢查孔或較大管線引岀孔處截面X(見圖36 圖38)組合應(yīng)力校核Am1.2Bcos2 0(3-34)0.3加尸+嶇十蚯7A.2B cos2 p 丄叱，取小值 (3-35)上兩式中A創(chuàng)棗力丿截面處的裙座截面積,m

18、m2；=也飭九-藝僦+2九應(yīng)-2&抵(3-36)Z冊棗血截面處的裙座截面系數(shù),mm3；4I 丄 丿(3-37)bm棗h-h截面處水平方向的最大寬度，mm；Dm棗/?-截面處裙座殼的內(nèi)徑，mm；叫棗h-h截面處的垂直地震力。但僅在最大彎矩為地震彎矩參與組合時計入此項，N；b棗檢查孔或較大管線引出孔加強(qiáng)管長度，m；“映棗h-h截面處的最大彎矩，N* mm：皿滬棗h-h截面處的風(fēng)彎矩，N- mm：棗力/截面以上塔設(shè)備圧力試驗時的質(zhì)量，kg：吋 棗力/截面以上塔設(shè)備的操作質(zhì)量，kg;棗截面處加強(qiáng)管厚度（見圖3-8） , mmo如計算結(jié)果不滿足上述條件時，須重新設(shè)定裙座殼有效厚度各es,重復(fù)上 述計算，直至滿足要求。4.裙座殼體腐蝕裕量C=2mm。（ID塔設(shè)備在壓力試驗時的應(yīng)力校核試驗壓力引起的周向應(yīng)力(3