塔設(shè)備強度設(shè)計計算

塔設(shè)備強度設(shè)計計算第一頁，共四十七頁，2022年，8月28日主要內(nèi)容：了解塔所承受載荷的特點。熟悉塔體和裙座承受的各項載荷計算及強度校核步驟。能夠確定塔體和裙座體危險截面，并掌握塔體壁厚的校核方法。第二頁，共四十七頁，2022年，8月28日一、塔體強度計算室外H/D較大的塔，操作壓力、質(zhì)量載荷、風載荷、地震載荷偏心載荷等第三頁，共四十七頁，2022年，8月28日㈠按設(shè)計壓力計算筒體及封頭壁厚

按第十五章"容器設(shè)計基礎(chǔ)"中內(nèi)壓、外壓容器的設(shè)計方法，計算塔體和封頭的有效厚度。第四頁，共四十七頁，2022年，8月28日㈡塔設(shè)備所承受的各種載荷計算以下要討論的載荷主要有：

操作壓力；質(zhì)量載荷；風載荷；地震載荷；偏心載荷。第五頁，共四十七頁，2022年，8月28日１．操作壓力內(nèi)壓塔，周向及軸向拉應力；外壓塔，周向及軸向壓應力。操作壓力對裙座不起作用。第六頁，共四十七頁，2022年，8月28日２．質(zhì)量載荷塔設(shè)備質(zhì)量包括：m1:塔體和裙座質(zhì)量；m2:內(nèi)件；m3:保溫材料；m4:平臺、扶梯質(zhì)量；m5:操作時塔內(nèi)物料質(zhì)量；ma:人孔、接管、法蘭等附件質(zhì)量；me:偏心；mw:液壓試驗時，塔內(nèi)充液質(zhì)量；操作停修或水壓試驗等不同工況物料或充水質(zhì)量。第七頁，共四十七頁，2022年，8月28日m1:塔體和裙座質(zhì)量；m2:內(nèi)件質(zhì)量；m3:保溫材料質(zhì)量；m4:平臺、扶梯質(zhì)量；m5:操作時塔內(nèi)物料；ma:人孔、接管等附件；me:偏心質(zhì)量；mw:液壓試驗塔內(nèi)充液設(shè)備操作時質(zhì)量：M0=m1+m2+m3+m4+m5+ma+me

設(shè)備最大質(zhì)量（水壓試驗時）：Mmax=m1+m2+m3+m4+mw+ma+me設(shè)備最小質(zhì)量：mmin=m1+0.2m2+m3+m4+ma+me

0.2m2:部分內(nèi)件焊在塔體空塔吊裝，如未裝保溫層、平臺、扶梯等，則mmin應扣除m3和m4。第八頁，共四十七頁，2022年，8月28日3.風載荷室外自支承塔為懸臂梁。產(chǎn)生風彎矩，迎風面拉應力，背風面壓應力。塔背后氣流引起周期性旋渦，垂直于風向的誘發(fā)振動彎矩。只在塔H/D較大、風速較大時較明顯，一般可忽略?？紤]兩彎矩矢量疊加。第九頁，共四十七頁，2022年，8月28日（1）水平風力的計算迎風面產(chǎn)生風壓。與風速、空氣密度、地區(qū)和季節(jié)有關(guān)。各地離地面10m處30年一遇10分鐘內(nèi)平均風速最大值作為計算風壓，得到該地區(qū)的基本風壓q0，見表4-26。風速隨地面高度而變化。塔高于10m，應分段計算風載荷，視離地面高度的不同乘以高度變化系數(shù)fi，見表4-27。第十頁，共四十七頁，2022年，8月28日風壓還與塔高度、直徑、形狀以及自振周期有關(guān)。兩相鄰計算截面間的水平風力為：

Pi-水平風力；q0-基本風壓值，見表4-26，但均不應小于250N/ｍ2；fi-風壓高度變化系數(shù)，表4-27

Li-第計算段長度；Dei-塔各計算段有效直徑；

K1-體型系數(shù)，圓柱直立設(shè)備0.7K2i-各計算段風振系數(shù)，第十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日z-脈動增大系數(shù)，按表4-28查?。籚i-第i段脈動影響系數(shù)，按表4-29查fzi-第i段振型系數(shù)，根據(jù)Hi/H與m查表4-30；K2i-塔設(shè)備各計算段的風振系數(shù)，當塔高H≤20m時，取K2i=1.7；當H>20m時，第十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日（2）風彎矩任意截面的風彎矩：一般習慣自地面起每隔10m一段，風壓定值。求出風載荷Pi第十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日等直徑、等壁厚塔體和裙座，風彎矩最大值為最危險截面。變截面塔體及開有人孔的裙座體，各個可疑的截面各自進行應力校核。圖中0-0、1-1、2-2各截面都是薄弱部位，可選為計算截面。第十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日4.地震載荷地震烈度七度及以上地區(qū)，設(shè)計時必須考慮地震載荷。地震波作用下：水平方向振動、垂直方向振動、扭轉(zhuǎn)第十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日其中以水平方向振動危害較大。計算地震力時，僅考慮水平地震力，并把塔設(shè)備看成是懸臂梁。第十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日（1）水平地震力實際全塔質(zhì)量按全塔或分段均布。計算地震載荷與計算風載荷一樣，將全塔沿高度分成若干段，每一段質(zhì)量視為集中于該段1/2處第十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日FK1-mK引起的基本振型水平地震力Cz-綜合影響系數(shù)，直立圓筒Cz=0.5；mK-距離地面hK處的集中質(zhì)量；

hK1-基本振型參與系數(shù)，

a1-對應與塔基本自振周期T1的地震影響系數(shù)a值。有多種振型，任意高度hK處集中質(zhì)量mK引起基本振型的水平地震力第十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日（2）垂直地震力防烈度8度或9度的塔應考慮垂直地震力塔底截面處垂直地震力：avmax-垂直地震影響系數(shù)最大值，

avmax=0.65amaxmeq-塔設(shè)備的當量質(zhì)量，meq=0.75m0

任意質(zhì)量i處垂直地震力：第十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日（3）地震彎矩任意截面i-i基本振型地震彎矩：等直徑、等厚度塔的任意截面i-i和底截面0-0的基本振型地震彎矩：H/D>15，或高度大于等于20m時，考慮高振型第二十頁，共四十七頁，2022年，8月28日5.偏心載荷塔外附屬設(shè)塔頂冷凝器偏心安裝塔底外側(cè)懸掛再沸器偏心載荷引起軸向壓應力和軸向彎矩Me，第二十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日㈢圓筒的應力

1．塔設(shè)備由內(nèi)壓或外壓引起的軸向應力2．操作或非操作時，重量及垂直地震力引起的軸向應力（壓應力）第二十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日3．最大彎矩在筒體內(nèi)引起的軸向應力風彎矩MW、地震彎矩ME、偏心彎矩Me。最大平均風速和可能出現(xiàn)的最大地震烈度，同時達到最大值的幾率極小。通常操作下最大彎矩按下式取值：第二十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日

最大彎矩在筒體中引起軸向應力水壓試驗時間人為選定且時間較短，在實驗情況下最大彎矩取值第二十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日㈣筒體壁厚效核１．最大軸向組合應力的計算內(nèi)壓塔設(shè)備外壓塔設(shè)備正常操作停修正常操作停修迎風背風迎風背風迎風背風迎風背風應力狀態(tài)s1+0-0s2----s3+-+-+-+-smaxs1-s2+s3-（s2+s3）-（s1+s2+s3）-s2+s3第二十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日（1）內(nèi)壓操作的塔設(shè)備①最大組合軸向拉應力，出現(xiàn)在正常操作時的迎風側(cè)，即：②最大組合軸向壓應力，出現(xiàn)在停修時的背風側(cè)，即：第二十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日（2）外壓操作的塔設(shè)備①最大組合軸向壓應力，出現(xiàn)在正常操作時的背風側(cè)，即：②最大組合軸向拉應力，出現(xiàn)在停修時的迎風側(cè)，即：第二十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日2.強度與穩(wěn)定性校核

根據(jù)正常操作或停車檢修時的各種危險情況，求出最大組合軸向應力，必須滿足強度條件與穩(wěn)定性條件，表4-34。周向拉應力只進行強度校核，因為不存在穩(wěn)定性問題。軸向壓應力既要滿足強度要求，又必須滿足穩(wěn)定性要求，進行雙重校核。第二十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日名稱強度校核穩(wěn)定性校核周向最大拉應力smax≤K[s]tf

軸向最大壓應力smax≤K[s]t≤K0.06Etei/Ri

K為載荷組合系數(shù)，取K=1.2。表4-34軸向最大應力的校核條件第二十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日3.水壓試驗時應力校核(1)關(guān)于拉應力①環(huán)向拉應力的驗算在第十五章②最大組合軸向拉應力第三十頁，共四十七頁，2022年，8月28日(2)設(shè)備充水（未加壓）后最大質(zhì)量和最大彎矩在殼體中引起的組合軸向壓應力

K為載荷組合系數(shù)，取K=1.2。

塔體，最大風彎矩引起的彎曲應力s3i-i發(fā)生在截面2-2上。裙座，s3i-i的最大應力發(fā)生在裙座底截面0-0或人孔截面1-1上。第三十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日二、裙座按所支承設(shè)備的高度與直徑比，裙座分成兩種：一種是圓筒形，一種是圓錐形。第三十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日圓筒形裙座制造方便和節(jié)省材料，被廣泛采用。圓錐形裙座：地角螺栓較多和基礎(chǔ)環(huán)承受面積較大，承受較大風載荷和地震載荷。第三十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日群座體（Q235-A或16Mn）、基礎(chǔ)環(huán)板、螺栓座、基礎(chǔ)螺栓,第三十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日第三十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日第三十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日(一)圓筒形群座體壁厚的驗算先參照筒體厚度試取一群座體壁厚δs驗算危險截面的應力，群座體底截面和人孔截面組合應力滿足條件后，壁厚附加、圓整第三十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日(二)基礎(chǔ)環(huán)板設(shè)計1、基礎(chǔ)環(huán)板內(nèi)、外徑2、基礎(chǔ)環(huán)板厚度,背風側(cè)外緣壓應力大，組合軸向壓應力第三十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日（1）基礎(chǔ)環(huán)板上無筋板基礎(chǔ)環(huán)板厚度不小于16mm第三十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日基礎(chǔ)環(huán)板厚度不小于16mm（2）基礎(chǔ)環(huán)板上有筋板第四十頁，共四十七頁，2022年，8月28日Ms—計算力矩，按表4-35計算Mx和My，取絕對值較大第四十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日（三）地腳螺栓迎風側(cè)可能出現(xiàn)零值甚至是拉應力基礎(chǔ)面上由螺栓承受的最大拉應力為第四十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日σB≤0塔自身穩(wěn)定，固定位置加螺栓σB>0，必須設(shè)地腳螺栓，螺紋小徑地腳螺栓個數(shù)取4的倍數(shù)，小直徑塔取6個，圓整后地腳螺栓的公稱直徑不得小于M24第四十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日（四）群