玻璃鋼水箱3結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、3 結(jié)構(gòu)設(shè)計水箱結(jié)構(gòu)設(shè)計主要通過結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度計算來確定結(jié)構(gòu)尺寸。設(shè)計要求是外形美觀、施工方便、整體組裝拆卸容易。根據(jù)造型設(shè)計已經(jīng)確定了水箱容積V=6.5m3，箱體直徑2R=200cm，高H=220cm，水位高h(yuǎn)=207cm，箱體厚度t，箱底厚度t，箱頂厚度t，水的密度=1.0×，人孔半徑r=250mm，箱頂錐殼半頂角ø=75°。3.1水箱荷載分析3.1.1設(shè)計載荷(1) 靜水壓：設(shè)計靜水壓，按水箱內(nèi)的最高水位決定。靜水壓參照表3.1取值4。表3.1 靜水壓取值項 目數(shù) 值水箱高度/m1.01.52.02.53.0最高水位/m0.71.21.62.12.6靜水壓值

2、/MPa0.0070.0120.0160.0210.026靜水壓 ： （3.1）是靜水壓（MPa）；為水面高度（m）；水箱的最高水位是從水箱底部到溢流孔的高度。即該水箱靜水壓(2)風(fēng)壓荷載風(fēng)壓力按下式計算： （3.2）式中風(fēng)壓系數(shù)，矩形水箱取1.4；風(fēng)速壓，與水箱離地高度有關(guān)。時， （3.3）>時， （3.4）即該水箱風(fēng)壓荷載計算如下：(3)雪荷載計算 雪荷載按表3.2取值。表3.2 雪荷載取值最大積雪深度/cm每1cm厚雪質(zhì)量/(kg/m2)計算取值/(kg/m2)30以內(nèi)1.03050以內(nèi)1.575100以內(nèi)2.0200已知，雪載荷取值。(4)人荷載 人荷載以計算。(5)地震荷載 設(shè)

3、計只考慮水平方向地震波的影響，所以引起的地震水平分力計算公式如下：F=2 （3.5）Pw=KHh0xtanh×10-1 （3.6）Pb=KHh0×10-1 （3.7）式中水箱側(cè)壁發(fā)生的變動水壓，；水箱底發(fā)生的變動水壓，；地震水平分力；水的密度，；水平震度，（為重力加速度，其值?。┧唬?；水箱長的1/2，cm；到水面的深度，cm；水箱底板邊緣到水箱中心線的距離，cm；水箱的反應(yīng)系數(shù)（滿水時一次固有周期在以下時）。帶入數(shù)據(jù)得：Pb=KHh0×10-1=-2.75MPaF=2=22.67MPa3.1.2荷載組合荷載組合按建筑規(guī)范最不利情況計算5。安全系數(shù)安全系數(shù)的確定，

4、可參照鋼結(jié)構(gòu)或混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)5。強(qiáng)度計算的安全系數(shù)參照表3.3取值。表3.3 強(qiáng)度計算的安全系數(shù)名稱 長期荷載 短期荷載 水壓 8 4擋板 應(yīng)力 4 2.5 其他玻璃鋼 3 2補強(qiáng)零件 聚氯乙烯 3 2 聚乙烯 4.5 2強(qiáng)度計算項目(1) 水箱主體 水箱的強(qiáng)度計算項目見表3.4表3.4 水箱的強(qiáng)度計算項目項目檢驗內(nèi)容側(cè)壁靜水壓、變動水壓、剪切、風(fēng)壓擋板底板靜水壓、變動水壓、剪切、風(fēng)壓頂板 雪荷載、人荷載補強(qiáng)材料內(nèi)部補強(qiáng) 靜水壓、變動水壓、雪荷載、人荷載外部補強(qiáng) 靜水壓、變動水壓、風(fēng)壓水箱安裝處 地震荷載、風(fēng)壓配管部件地震荷載(2)水箱基礎(chǔ)計算 水箱基礎(chǔ)按荷載條件對表3.5所列項目進(jìn)行強(qiáng)度

5、和變形計算、校核。表3.5 水箱基礎(chǔ)計算項目項目荷載條件標(biāo)準(zhǔn)基座變形靜水壓、雪荷最大變形小于5mm基座梁應(yīng)力靜水壓、雪荷、地震荷載、風(fēng)壓不超過許應(yīng)應(yīng)力地腳的應(yīng)力靜水壓、雪荷、地震荷載、風(fēng)壓不超過許應(yīng)應(yīng)力支承的應(yīng)力靜水壓、雪荷、地震荷載、風(fēng)壓不超過許應(yīng)應(yīng)力底座、拉桿及其他靜水壓、雪荷、地震荷載、風(fēng)壓不超過許應(yīng)應(yīng)力3.2水箱壁厚設(shè)計由理論值來確定壁厚6：立式圓筒形水箱在容水時，z軸向應(yīng)力為零僅有圓周向拉應(yīng)力： （3.8）式中，D、R分別為圓筒的直徑、半徑，p為圓筒z處的壓力（p=z)為介質(zhì)的密度，h為筒體z處厚度，為筒體軸向的拉應(yīng)力，于是圓筒形水箱在z處的箱體厚度為： （3.9）圖3.1立式圓筒形

6、水箱按一般手糊玻璃鋼力學(xué)性能取Et=200MPa，=960MPa v=0.3，m=t=100MPa，b=150MPa，=20MPa?？紤]到長期載荷下使用15年以上及蠕變的影響，取安全系數(shù)n=5，由此FRP材料的許用應(yīng)力為m=t=20MPa，b=30MPa，=40MPa。計算的圓筒型水箱的壁厚t=1.25mm表3.6 立式儲罐及罐頂一定距離外側(cè)面和底面的最小厚度/mm距罐頂?shù)膫?cè)壁外距離/m儲罐直徑/m1.82.12.42.70.61.21.82.43.03.64.84.84.84.86.46.44.84.84.86.46.46.44.84.84.86.46.46.44.84.84.86.46.8

7、8.0根據(jù)表4.6，確定水箱的壁厚t=0.6cm，=1.0cm。4.3箱體部位應(yīng)力及變形的分析與計算箱體在水箱自重及靜水壓力作用下,受到壓縮應(yīng)力、彎曲應(yīng)力及剪應(yīng)力。該應(yīng)力值在箱體與箱底聯(lián)接處最大。由自重產(chǎn)生的最大壓縮應(yīng)力由下式計算7: （3.10）式子中為FRP材料的密度R為水箱半徑H為水箱高度tm為箱頂厚度t為箱體厚度 代入數(shù)據(jù)得 =-0.0512MPa 安全由靜水壓產(chǎn)生的最大彎矩及對應(yīng)的最大彎曲應(yīng)力由下式計算: （3.11）式子中 為水的密度；水位高度；為FRP材料的泊松比；為截面系數(shù)，； （3.12）代入數(shù)據(jù) 安全由靜水壓產(chǎn)生的最大剪力及對應(yīng)的剪應(yīng)力由下式計算: （3.13）代入數(shù)據(jù)得-

8、0.28MPa0.28MPa<40MPa由靜水壓產(chǎn)生的最大周向應(yīng)力及最大撓度由下式計算: （3.14）代入數(shù)據(jù) 5.4MPa<20MPa 0.0742cm<0.005H=1.1cm 安全3.4箱底部位應(yīng)力及變形的計算設(shè)支撐臺架長方形部分長邊的長度為a，短邊的長度為b，x-y坐標(biāo)的原點在長方形的中心位置。由靜水壓產(chǎn)生的最大彎矩、最大彎曲應(yīng)力和最大撓度值，可分別由下式計算： （3.15） （3.16） （3.17）式中為箱底的靜水壓力；，是參數(shù)a/b的函數(shù)，其值可由表4.7選取；截面系數(shù)，F(xiàn)RP材料的彎曲彈性模量；箱底厚度；表3.7 等分布壓力作用下周邊固定支撐長方形板的，值8a

9、/ba/b1.01.11.21.31.41.50.001260.001500.001720.001910.002070.00220-0.0513-0.0581-0.0639-0.0683-0.0726-0.07571.61.71.81.92.00.002300.002380.002450.002490.002540.00260-0.0780-0.0799-0.0812-0.0822-0.0829-0.0833對箱底部分支撐臺架的尺寸參數(shù)為r1=25cm，r2=R=100cm，a=80cm，b=40cm，a/b=2，由表4.7查得=0.00254，=-0.0829，ps=0.016MPa，將以上

10、參數(shù)代入箱底部的應(yīng)力和撓度值，并與需用值比較，進(jìn)行安全性評價。 安全3.5穩(wěn)定性的計算當(dāng)水箱承受的壓力達(dá)到某一臨界值時，水箱雖不至破壞，但會失穩(wěn)該應(yīng)力值就是屈曲臨界應(yīng)力。對水箱進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要計算屈曲臨界應(yīng)力，再進(jìn)行比較，以確定水箱結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，由彎距產(chǎn)生的箱體部的屈曲臨界應(yīng)力按以下公式計算9： （3.18）式中1(R/t)的函數(shù),其值由圖選取。圖3.2 1-R/t曲線圖對于箱體的剪切屈曲，其臨界剪應(yīng)力，而根據(jù)Z值的不同，有不同的計算公式，這里Z= （3.19） 當(dāng)100<Z<78時 （3.20） 當(dāng)Z>78時 （3.21）式中Cs為參數(shù)(R/t)的函數(shù)，由圖4.3選取10。圖3.3 曲線圖由箱頂部集中荷載產(chǎn)生的屈曲，其臨界應(yīng)力與臨界荷載由下面公式計算： （3.22）式中