塔設(shè)備強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算

塔設(shè)備強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算.第一頁(yè)，共47頁(yè)。主要內(nèi)容：了解塔所承受載荷的特點(diǎn)。熟悉塔體和裙座承受的各項(xiàng)載荷計(jì)算及強(qiáng)度校核步驟。能夠確定塔體和裙座體危險(xiǎn)截面，并掌握塔體壁厚的校核方法。第二頁(yè)，共47頁(yè)。一、塔體強(qiáng)度計(jì)算室外H/D較大的塔，操作壓力、質(zhì)量載荷、風(fēng)載荷、地震載荷偏心載荷等第三頁(yè)，共47頁(yè)。㈠按設(shè)計(jì)壓力計(jì)算筒體及封頭壁厚

按第十五章"容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)"中內(nèi)壓、外壓容器的設(shè)計(jì)方法，計(jì)算塔體和封頭的有效厚度。第四頁(yè)，共47頁(yè)。㈡塔設(shè)備所承受的各種載荷計(jì)算以下要討論的載荷主要有：

操作壓力；質(zhì)量載荷；風(fēng)載荷；地震載荷；偏心載荷。第五頁(yè)，共47頁(yè)。１．操作壓力內(nèi)壓塔，周向及軸向拉應(yīng)力；外壓塔，周向及軸向壓應(yīng)力。操作壓力對(duì)裙座不起作用。第六頁(yè)，共47頁(yè)。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(tái)、扶梯質(zhì)量；m5:操作時(shí)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(yàn)時(shí)，塔內(nèi)充液質(zhì)量；操作停修或水壓試驗(yàn)等不同工況物料或充水質(zhì)量。第七頁(yè)，共47頁(yè)。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(tái)、扶梯質(zhì)量；m5:操作時(shí)塔內(nèi)物料；ma:人孔、接管等附件；me:偏心質(zhì)量；mw:液壓試驗(yàn)塔內(nèi)充液設(shè)備操作時(shí)質(zhì)量：M0=m1+m2+m3+m4+m5+ma+me

設(shè)備最大質(zhì)量（水壓試驗(yàn)時(shí)）：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(tái)、扶梯等，則mmin應(yīng)扣除m3和m4。第八頁(yè)，共47頁(yè)。3.風(fēng)載荷室外自支承塔為懸臂梁。產(chǎn)生風(fēng)彎矩，迎風(fēng)面拉應(yīng)力，背風(fēng)面壓應(yīng)力。塔背后氣流引起周期性旋渦，垂直于風(fēng)向的誘發(fā)振動(dòng)彎矩。只在塔H/D較大、風(fēng)速較大時(shí)較明顯，一般可忽略。考慮兩彎矩矢量疊加。第九頁(yè)，共47頁(yè)。（1）水平風(fēng)力的計(jì)算迎風(fēng)面產(chǎn)生風(fēng)壓。與風(fēng)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(fēng)速最大值作為計(jì)算風(fēng)壓，得到該地區(qū)的基本風(fēng)壓q0，見表4-26。風(fēng)速隨地面高度而變化。塔高于10m，應(yīng)分段計(jì)算風(fēng)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(yè)，共47頁(yè)。風(fēng)壓還與塔高度、直徑、形狀以及自振周期有關(guān)。兩相鄰計(jì)算截面間的水平風(fēng)力為：

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

Li-第計(jì)算段長(zhǎng)度；Dei-塔各計(jì)算段有效直徑；

K1-體型系數(shù)，圓柱直立設(shè)備0.7K2i-各計(jì)算段風(fēng)振系數(shù)，第十一頁(yè)，共47頁(yè)。z-脈動(dòng)增大系數(shù)，按表4-28查?。籚i-第i段脈動(dòng)影響系數(shù)，按表4-29查fzi-第i段振型系數(shù)，根據(jù)hiti/H與m查表4-30；K2i-塔設(shè)備各計(jì)算段的風(fēng)振系數(shù)，當(dāng)塔高H≤20m時(shí)，取K2i=1.7；當(dāng)H>20m時(shí)，第十二頁(yè)，共47頁(yè)。（2）風(fēng)彎矩任意截面的風(fēng)彎矩：一般習(xí)慣自地面起每隔10m一段，風(fēng)壓定值。求出風(fēng)載荷Pi第十三頁(yè)，共47頁(yè)。等直徑、等壁厚塔體和裙座，風(fēng)彎矩最大值為最危險(xiǎn)截面。變截面塔體及開有人孔的裙座體，各個(gè)可疑的截面各自進(jìn)行應(yīng)力校核。圖中0-0、1-1、2-2各截面都是薄弱部位，可選為計(jì)算截面。第十四頁(yè)，共47頁(yè)。4.地震載荷地震烈度七度及以上地區(qū)，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮地震載荷。地震波作用下：水平方向振動(dòng)、垂直方向振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)第十五頁(yè)，共47頁(yè)。其中以水平方向振動(dòng)危害較大。計(jì)算地震力時(shí)，僅考慮水平地震力，并把塔設(shè)備看成是懸臂梁。第十六頁(yè)，共47頁(yè)。（1）水平地震力實(shí)際全塔質(zhì)量按全塔或分段均布。計(jì)算地震載荷與計(jì)算風(fēng)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(yè)，共47頁(yè)。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(duì)應(yīng)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(yè)，共47頁(yè)。（2）垂直地震力防烈度8度或9度的塔應(yīng)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(dāng)量質(zhì)量，meq=0.75m0

任意質(zhì)量i處垂直地震力：第十九頁(yè)，共47頁(yè)。（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(shí)，考慮高振型第二十頁(yè)，共47頁(yè)。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(yīng)力和軸向彎矩Me，第二十一頁(yè)，共47頁(yè)。㈢圓筒的應(yīng)力

1．塔設(shè)備由內(nèi)壓或外壓引起的軸向應(yīng)力2．操作或非操作時(shí)，重量及垂直地震力引起的軸向應(yīng)力（壓應(yīng)力）第二十二頁(yè)，共47頁(yè)。3．最大彎矩在筒體內(nèi)引起的軸向應(yīng)力風(fēng)彎矩MW、地震彎矩ME、偏心彎矩Me。最大平均風(fēng)速和可能出現(xiàn)的最大地震烈度，同時(shí)達(dá)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(yè)，共47頁(yè)。

最大彎矩在筒體中引起軸向應(yīng)力水壓試驗(yàn)時(shí)間人為選定且時(shí)間較短，在實(shí)驗(yàn)情況下最大彎矩取值第二十四頁(yè)，共47頁(yè)。㈣筒體壁厚效核１．最大軸向組合應(yīng)力的計(jì)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(fēng)背風(fēng)迎風(fēng)背風(fēng)迎風(fēng)背風(fēng)迎風(fēng)背風(fēng)應(yīng)力狀態(tài)s1+0-0s2----s3+-+-+-+-smaxs1-s2+s3-（s2+s3）-（s1+s2+s3）-s2+s3第二十五頁(yè)，共47頁(yè)。（1）內(nèi)壓操作的塔設(shè)備①最大組合軸向拉應(yīng)力，出現(xiàn)在正常操作時(shí)的迎風(fēng)側(cè)，即：②最大組合軸向壓應(yīng)力，出現(xiàn)在停修時(shí)的背風(fēng)側(cè)，即：第二十六頁(yè)，共47頁(yè)。（2）外壓操作的塔設(shè)備①最大組合軸向壓應(yīng)力，出現(xiàn)在正常操作時(shí)的背風(fēng)側(cè)，即：②最大組合軸向拉應(yīng)力，出現(xiàn)在停修時(shí)的迎風(fēng)側(cè)，即：第二十七頁(yè)，共47頁(yè)。2.強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核

根據(jù)正常操作或停車檢修時(shí)的各種危險(xiǎn)情況，求出最大組合軸向應(yīng)力，必須滿足強(qiáng)度條件與穩(wěn)定性條件，表4-34。周向拉應(yīng)力只進(jìn)行強(qiáng)度校核，因?yàn)椴淮嬖诜€(wěn)定性問題。軸向壓應(yīng)力既要滿足強(qiáng)度要求，又必須滿足穩(wěn)定性要求，進(jìn)行雙重校核。第二十八頁(yè)，共47頁(yè)。名稱強(qiáng)度校核穩(wěn)定性校核周向最大拉應(yīng)力smax≤K[s]tf

軸向最大壓應(yīng)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(yīng)力的校核條件第二十九頁(yè)，共47頁(yè)。3.水壓試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核(1)關(guān)于拉應(yīng)力①環(huán)向拉應(yīng)力的驗(yàn)算在第十五章②最大組合軸向拉應(yīng)力第三十頁(yè)，共47頁(yè)。(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(yīng)力

K為載荷組合系數(shù)，取K=1.2。

塔體，最大風(fēng)彎矩引起的彎曲應(yīng)力s3i-i發(fā)生在截面2-2上。裙座，s3i-i的最大應(yīng)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(yè)，共47頁(yè)。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(yè)，共47頁(yè)。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(fēng)載荷和地震載荷。第三十三頁(yè)，共47頁(yè)。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(yè)，共47頁(yè)。第三十五頁(yè)，共47頁(yè)。第三十六頁(yè)，共47頁(yè)。(一)圓筒形群座體壁厚的驗(yàn)算先參照筒體厚度試取一群座體壁厚δs驗(yàn)算危險(xiǎn)截面的應(yīng)力，群座體底截面和人孔截面組合應(yīng)力滿足條件后，壁厚附加、圓整第三十七頁(yè)，共47頁(yè)。(二)基礎(chǔ)環(huán)板設(shè)計(jì)1、基礎(chǔ)環(huán)板內(nèi)、外徑2、基礎(chǔ)環(huán)板厚度,背風(fēng)側(cè)外緣壓應(yīng)力大，組合軸向壓應(yīng)力第三十八頁(yè)，共47頁(yè)。（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(yè)，共47頁(yè)。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(yè)，共47頁(yè)。Ms—計(jì)算力矩，按表4-35計(jì)算Mx和My，取絕對(duì)值較大第四十一頁(yè)，共47頁(yè)。（三）地腳螺栓迎風(fēng)側(cè)可能出現(xiàn)零值甚至是拉應(yīng)力基礎(chǔ)面上由螺栓承受的最大拉應(yīng)力為第四十二頁(yè)，共47頁(yè)。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