3000m3液化气球罐的优化设计—（毕业设计）(8)

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根据GB12337-2014表22内容（见表3-7）规定：

表3-7载荷(Fi)max、(Fi?P(Pi?j)max、i?j)max

拉杆连接方式 所用相邻两支柱间用拉杆连接 支柱数目 (Fi)max/N (Pi?j)max/N 0.5000a 0.3236a 0.3333a 0.2500a 0.2000a 0.1667a 0.1429a 0.5000b 0.3236b 0.3333b 0.3266b 0.3236b 0.3220b 0.3210b (Fi?Pi?j)max/N 0.5000a+0.5000b A向2号柱 0.3236a+0.3236b A向2号柱 0.3333a+0.3333b A向3号柱 0.2500a+0.3266b A向3号柱 0.2000a+0.3236b B向4号柱 0.1667a+0.3220b A向4号柱 0.1429a+0.3210b B向5号柱 4 5 6 8 10 12 14 a?Mmax/R;b?lFmax/R 表格来源：GB12337-2014

根据表格内容可知，支柱为10时，在B处受力最大：

M(Fi)max?0.2max?3.27?104N

RlF(Pi?j)max?0.3236max?1.41?105N

RMlF(Fi?Pi?j)max?0.11768max?0.3078max?1.53?105N

RR3.7.2支柱的最大垂直载荷

1.操作状态下支柱的最大垂直载荷：

6 W0?G0?(Fi?Pi?j)max?1.983?10N

2.液压试验状态下支柱的最大垂直载荷： WT?GT?0.3(Fi?Pi?j)max3.7.3单个支柱弯矩

支柱在操作状态与试验状态中，在内压作用下，球壳直径会增大，于是支柱会承受偏心弯矩和附加弯矩。

1. 偏心弯矩

操作状态下赤道线的液柱高度：hoe?5475.6mm 试验状态下赤道线的液柱高度：hTe?9000mm

操作状态下物料在赤道中心线处所形成的液体静压力：

poe??2ghoe?10?9?0.031MPa

Fw?3.28?106N Fmax试验状态下赤道线的液体静压力：

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pTe??3ghTe?10?9?0.088MPa

壳体的有效厚度：?e??n?C?24mm 操作状态下物料在球壳赤道线的薄膜应力：

?oe??p?poe?(Di??e)?156.02MPa

4?e液压试验状态下球壳赤道线的薄膜应力：

?Te??p?pTe?(Di??e)?166.72MPa

4?e球壳内直径：Ri=9000mm

球壳制造材料16MnR的泊松比：??0.31 材料的弹性模量：E=212000MPa 操作状态下支柱的偏心弯矩：

?RWMo1?oeio(1??)?9.06?106N?mm

E液压试验状态下支柱的偏心弯矩：

?RWMT1?oTio(1??)?9.68?106N?mm

E2.附加弯矩

操作状态下支柱的附加弯矩：

Mo2?6EI?oeRi8(1??)?1.95?10N?mm 2H0E液压试验状态下支柱的偏心弯矩：

MT2?6EI?TeRi(1??)?2.08?108N?mm 2H0E3.总弯矩

操作状态下的总弯矩：

Mo?Mo1?Mo2?9.06?106?1.95?108?2.04?108N?mm

液压试验状态下支柱的总弯矩：

MT?MT1?MT2?9.68?106?2.08?108?2.18?108N?mm

3.7.3支柱稳定性校核

1.支柱偏心率的计算

单个支柱的横截面面积：

?A??do2?di2??4.343?104mm2

4单个支柱的截面系数：

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Z??32do?d4o?di4??9.213?106mm3

操作状态下支柱的偏心率：

?o?1MoA?0.485 WoZ液压试验状态下支柱的偏心率：

?T?1MTA?0.313 WTZ2. 稳定性校核

根据GB12337-2014要求。计算长度系数：K3 支柱的惯性半径：

ri?I?305.5mm A支柱长细比：

??K3Ho?36 ri等效弯矩系数： ?m?1 截面塑形发展系数：??1.15

支柱材料为Q345R，其弹性模量E=206000MPa，?s?325MPa

欧拉临界力：

WEX?2EA??6.81?107N

?根据GB12337-2014规定（见表3-8），在操作状态下偏心受压支柱的稳定系数应根据中间值内插法计算，最终取得?op=0.878，同理，在液压试验状态下，偏心率受压支柱的稳定系数?Tp=0.883.

支柱材料的许用应力：

????c?s?216.7MPa1.5

表3-8 Q345钢焊接钢管截面轴心受压支柱的稳定系数 ? 0 10

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1.000 1.000 1.000 0.999 0.998 0.997 0.996 0.995 0.993 0.991 0.989 0.987 0.984 0.981 0.978 0.975 0.972 0.968 0.964 0.960 33

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20 30 40 50 0.956 0.952 0.948 0.943 0.939 0.935 0.921 0.926 0.922 0.917 0.913 0.908 0.903 0.899 0.894 0.889 0.884 0.879 0.874 0.869 0.863 0.858 0.858 0.847 0.841 0.835 0.829 0.823 0.817 0.811 0.804 0.798 0.791 0.784 0.778 0.771 0.764 0．756 0.749 0.742 表格来源：GB12337-2014

操作状态下支柱的稳定性校核：

Wo??opA?mMo?Z?1?0.8??Wo??WEX??71.83MPa????c

液压试验状态下支柱的稳定性校核：

WT??oTA?mMT?W??Z?1?0.8T?WEX???107.1MPa????c

操作状态与液压试验状态下均通过稳定性校核，所以该支柱稳定性合格。 3.8地脚螺栓计算

3.8.1拉杆作用在支柱上的水平力

根据GB12337-2014规定，其水平力的计算公式如下：

Fc?(pi?j)maxtan??1.41?105?0.7?9.87?104N 其中?为支柱与拉杆的夹角，其计算如下： 1802Rsinn?18000?sin18?0.7 tan??800080003.8.2支柱底板与基础之间的摩擦力

根据GB12337-2014规定，钢筋混凝土基础的摩擦系数：fs=0.4 底板与基础之间的摩擦力计算如下： mg273600?9.8?1.07?105N Fs?fsmin?0.4?n103.8.3地脚螺栓的计算

根据GB12337-2014规定，当Fs>Fc时，球罐不需要设置地脚螺栓，但是为了固定球罐位置，应设置一定数量的定位地脚螺栓。

本次设计中，每个支柱上设置一个定位地脚螺栓：nd=1 地脚螺栓材料：40MnB，?s=635MPa 地脚螺栓材料的许用剪切应力：

???B?0.4?s?0.4?635?254MPa

地脚螺栓的腐蚀裕量：CB?3mm

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地脚螺栓的螺纹小径：

Fs?Fc1.07?105?9.87?104dB?1.13?CB?1.13??3?9.6mm

nd???B1?254根据计算选取M10的地脚螺栓。 3.9支柱底板 3.9.1支柱底板直径

本次设计球罐的基础是钢筋混凝土，其许用应力：???bc?3.0MPa

地脚螺栓直径：d=10mm

根据GB12337-2014设计规范，支柱底板直径：

Db1?1.13???bcWmax3.28?106?1.13??1181.6mm

3式中Wmax为液压试验下支柱的最大垂直载荷

Db2?(8?10)?880?10?7050?8890mm

选取两者中的最大值，即选取底板直径Db=16000mm 3.9.2支柱底板厚度

底板的压应力：

?bc?446W??3.28?10?1.63MPa max22?Db??1600底板的外边到支柱外表面的距离：lb?(1600?880)/2?360mm 底板的材料：Q345R，?s?325MPa 底板材料的许用弯曲应力： ?325?216.7MPa ???b?s?1.51.5底板腐蚀裕量：Cb=3mm 底板厚度：

?b?3?bclb2???b3?1.63?3602?Cb??3?57.1mm

216.7根据计算结果，选取底板厚度60mm 3.10拉杆计算

3.10.1拉杆螺纹小径的计算 拉杆的最大拉力： FTp???i?jmaxcos?1.41?105??1.72?105N

cos3535