腿式支撑容器支腿的受力分析

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1、 腿式支撑容器支腿的受力分析 腿式支撑容器支腿的受力分析 李群科恩马特殊过程装备(常熟)有限公司275573 本文提供了腿式支撑的应用范围,详细 分析支腿的受力情况,并提出了支腿计算时强 度不足的处理方法 一 ,引用符号 D一容器外径; Db地脚螺栓圆直径; w一容器计算用重量; We一空容器重量; w一容器操作重量; w一容器水压试验时的重量; N～支腿数量; Ma一水平载荷对底封头切线处的弯矩; Ma=PH Mb一水平载荷对支腿底部的弯矩; Mb=P(H+L) P～水平载荷;取Pw和Pe的较大值; PW一风载荷; Pe地震载荷; H一容器重心至

2、底封头切线的距离; L～下封头切线至支腿底部的距离; C一操作状态下背风侧作用在一只支腿 上最大轴向压缩载荷. c～水压试验状态下背风侧作用在一只 支腿上最大轴向压缩载荷. T一操作状态下面风侧作用在一只支腿 上最大轴向拉伸载荷; T～容器空重状态下面风侧作用在一只 支腿上最大轴向拉伸载 P,～操作状态下背风侧支腿顶部的偏心 载荷; P,～操作状态下面风侧支腿顶部的偏心 载荷; F.. 一 支腿材料的屈服强度. 二,腿式支撑的范围 固定在地面的中小型立式容器,支腿支 撑是常用的支撑方式,一般情况下,支腿数 量是4个,但根据设计要求,数量也可多于4个,

3、具体应用范围可按图1. 三,腿式支撑与设备的焊接方法 用于腿式支撑的型钢一般是等边角钢, I型钢或钢管,对角钢或I型钢而言,每种型钢 与容器都有两种焊接方法,如图2. 虽方法(a)较(b)提供了较大的债陛矩以承 受外部载荷,但由于容器表面的曲率问题,(b) 较(a)在焊接上相对容易,故通常设计或标准中 以方法(b)常用,I型钢常用于相对较大或较重的 容器,对大型贮罐而言,钢管由于其各个方向 特性相同且具有很好的抗扭陛能,普遍使用大 型贮罐. 四,腿式支撑容器的受力分析 对腿式支撑容器,支腿承受水平与垂直 两个方向的载荷: 垂直载荷来自干设备重量W,由全部支 腿均

4、匀承担,各支腿承受轴向力W/N. 水平载荷来自于风载荷Pw和地震载荷 Pe,风载荷和地震载荷计算时都认为是水平方 向,并都假设作用于设备的重心,如图3. 设置在地震地区的容器,需分别计算风 载荷或地震载荷,取二者的较大值作为作用于 容器重心上的水平载荷,不必考虑二者的叠 加. 由于水平载荷的作用,如图中a-a截面 以上的支腿必然承受由于风载荷或地震载荷而 压力容器I贮壤 最太设备童径DI1800a~I3600n'~n 最大长径此}DI5 最大腿长径此LiDI2I根据设计要求 支腿数量N' 设备童径≤10001m,N-3 设备矗径>1

5、000~,1",t-4 或根据设计要求,N墨6或8 设备最太操作温度34o口c 图1 :: ,,—t, },,.0 一r 281 图3 I型锕 @ . ◇. 中国科技信息2007年第7期CHINASCIEt~EANDTECHNOLOGYINFORMATIONApr.2007 产生的弯矩Mb.一般的,对腿式支撑容器, 接管或其他设备的附加弯矩相对较小,可不 做考虑. 同样由于水平载荷的作用,在支煺底部 产生横向剪切力F,其值为: FP(I/EI) 其中I为垂直风或地震方向轴线上单支腿 的截面惯性矩 EI为垂直风或地震方向轴线上所有支腿

6、 截面惯性矩之和. 由此可得出: 背风侧最大的轴向力(压缩应力)产生于操 作状态或试验状态,其值 Co(W./N)+(4Mb/ND)操作 状态 C一W/N试验状态 面风侧最大的轴向力(拉伸应力)产生 于操作状态或空设备状态,其值 To(wo/N)+(4Mb/ND.)操作 状态 T . = (w./N)+(4Mb/NDb)空 容器状态 支腿顶部的偏心载荷P,和P,其值为: Pl(wo/N)+(4M/ND)操作 状态 P,-W/N试验状态 P(wo/N)+(4M/ND)操作状 态 P,-(w/N)+(4M/ND)空容器状 态 五,支腿的计算 l,支

7、腿的计算步骤 a)选取支腿型式和大小 b)校核支腿在危险状态下最大组合应力满 足强度要求,并选取最经济和安全的支腿型 式. 2,支腿在危险状态下组合应力 a)操作状态 由轴向力在支腿上产生的应力:fa-C/ A 其中:C操作状态下作用在一只支腿 上最大轴向压缩载荷,取值为Co; A一单支腿的面积; 由弯矩在支腿上产生的应力:fb= (Pe/W)+[F(3/4L)/W】 其中:wi材料截面抗弯模量 3/4L是人为选取的.用以反映底部局 部约束的影响,e为容器壳体外侧至支腿形心 的距离. b)试验状态 由轴向力在支腿上产生的应力:faQ/ A 由弯矩在支腿

8、上产生的应力:fb-Qe/ NWi 支腿上最大组合应力应根据操作状态和 试验状态按下式分别计算,取二者中的大 者, f=fa+fb' 3,应用校核 组合应力由轴向压缩应力fa和弯曲应力 fb两部分组成,此两部分各自的许用应力不 同,一般情况下前者由支腿的细长比决定小 于后者,故若使组合应力f的许用值按前者许 用应力取,则比较保守.常用的方法是按美 国钢结构协会(AISC)中的方法,即各自 应力对其许用应力的比值之和满足下式: 【(fa/Fa)+(fb/Fb)】≤1a/Fa≤0.15 {(fa/Fa)+[Cmfb/(卜fa/F'e)Fb)l}≤l

9、fa/Fa>0.15 Fa一压缩力单独作用时支腿材料许用压 缩应力,与细长比和材料屈服极限Fy有关,从 AISC手册查取; Fb一弯曲单独作用时支腿材料的许用弯 曲应力,取Fb=0.6Fy; F'e一欧拉应力除以安全系数,与细 长比有关,从从AISC手册查取; Cm一削弱系数,可保守的取为l; 较好的设计结果应满足公式的左端接近 l. 六,问题处理 由于支腿的承受轴向应力和弯曲应力的 作用,所以在支腿设计计算时,组合应力达不 能满足要求时,应从这两方面着手,有以下处 理方法: 1)选用更大截面模量的型钢,以提高 支腿的抗弯能力和承压能力.

10、 2)增加支腿数量,减少单支腿的轴向 载荷,但增加支腿数量会影响下出料管. 3)在支腿间增加支撑,减少轴向计算 长度,提高支腿的轴向承压能力. 4)用钢管作支腿,焊接时要使钢管的中 心线与壳壁中线重合,这样可消除支腿的偏心 度. [qHenryH.]~dnar,P.E..t~'essureVesselDesl和 Handbook [2】美国AISC.t~nualofSteelConstruction [5】孙训方,方孝淑,关来泰.材料力学 282 上接第280页 控是指在仿真运行过程中对仿真系统中的其他 各个成员的状态进行监视和控制;系统管理 是指完成本

11、仿真系统管理计算机的功能,进 行仿真系统初始化参数设置,系统运行状态 监视,系统管理和维护. 数据记录联邦成员 数据记录联邦成员旨在开发一个以高层 体系结构(HLA)为规范的,功能强大且灵活 易用的数据记录工具.仿真数据记录联邦成员 分为数据记录计划管理,数据记录控制,接收 数据处理和数据存储四个模块,它采用集中的 数据采集方式,在仿真运行过程中,一直随着 其他成员的运行而运行. 2.5联邦开发相关的系统及工具 开发本联邦所用的操作系统是Windows XP,开发环境是JAVA,运行支撑环境RTI为 PRTI 3.结束语 本文提出采用先进的HLA仿真体系建立

12、未来战场环境下的船艇武器系统仿真平台,从 运行结构,开发过程等方面对仿真系统进行整 体描述,从实体设计,想定编辑,联邦成员规 划和效能评估等方面分析系统功能,并明确了 系统联邦成员的划分及任务分配等.平台设计 具备扩展到评估敌我双方实施多武器攻防的能 力,在后续工作中,可以将各种影响因素作为 联邦成员加入联邦,利用其他兵种的仿真应用 和目前的系统仿真,全面考察我船艇武器系统 在真实复杂战场环境下的作战情况. …Highlevelarchitecturerun--timeinfrastructure programmer'sguide[DB/OL】.DMSO,1999 [2】李伯虎,柴旭东,毛媛.现代仿真技术发展中 的两个热点一ADs,SBA[J].系统仿真, 2001,13(i):101105 [;5]Highlevelarchitectureinterfacespecification, Version1.3[DB/OL1.nttp://www.d丌Iso.嘲 钱进(1980-).男.硕士,现主要从事装备 综合保障研究.