塔器裙座兼作储液槽时地脚螺栓和圆底板的强度计算.docx

塔器裙座兼作储液槽时地脚螺栓和圆底板的强度计算刘武昌，关永祥，刘鑫杰，高建明（天津市创举科技有限公司，天津３００１３０）摘要：对裙座兼作储液槽的化工塔器，提出了地脚螺栓和圆底板的强度计算方法———根据“维赫曼法”的概念，假设一个“虚拟基础环”。在抵抗外力矩时，该“虚拟基础环”所应提供的拉应力，由地脚螺栓的拉力来提供，由此计算出地脚螺栓的直径。对于圆底板，则按圆形截面计算出其抵抗外力矩所需提供的压应力，以此计算出圆底板的厚度。关键词：维赫曼法；虚拟基础环；地脚螺栓；圆底板；扇形圆环；合力矩；弯矩；抗弯截面模量中图分类号：ＴＱ０５３文献标志码：Ｂ文章编号：１００３－６４９０（２０１３）０２－００８９－０５ＳｔｒｅｎｇｔｈＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｆｏｒＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＢｏｌｔｓａｎｄＲｏｕｎｄＢａｓｅＰｌａｔｅｗｈｅｎＣｏｌｕｍｎＳｋｉｒｔＤｏｕｂｌｅｓａｓＬｉｑｕｉｄＳｔｏｒａｇｅＴａｎｋＬＩＵＷｕ－ｃｈａｎｇ，ＧＵＡＮＹｏｎｇ－ｘｉａｎｇ，ＬＩＵＸｉｎ－ｊｉｅ，ＧＡＯＪｉａｎ－ｍｉｎｇ（ＴｉａｎｊｉｎＣｈｕａｎｇＪｕＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔｉａｎｊｉｎ３００１３０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｒｏｐｏｓｅａｓｔｒｅｎｇｔｈｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｂｏｌｔｓａｎｄｒｏｕｎｄｂａｓｅｐｌａｔｅｗｈｅｎｃｈｅｍｉｃａｌｔｏｗｅｒｓｋｉｒｔｄｏｕｂｌｅｓａｓａｌｉｑｕｉｄｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｉｓａｓｆｏｌｌｏｗｓ：ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏＷｅｉｈｅｒｒｍａｎｎｍｅｔｈｏｄｃｏｎｃｅｐｔ，ａｓｓｕｍｅａｖｉｒｔｕａｌｂａｓｅｒｉｎｇ＂，ｗｈｅｎｒｅｓｉｓｔｉｎｇｅｘｔｅｒｎａｌｔｏｒｑｕｅ，ｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｓｓｓｈｏｕｌｄｂｅｏｆｆｅｒｅｄｂｙｖｉｒｔｕａｌｂａｓｅｒｉｎｇ＂ｉｓｏｆｆｅｒｅｄｂｙａｎｃｈｏｒｂｏｌｔｓｉｎｆａｃｔ，ｔｈｅｒｅｂｙｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｄｉａｍｅｔｅｒｏｆｔｈｅａｎｃｈｏｒｂｏｌｔ．Ｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｒｏｕｎｄｂａｓｅｐｌａｔｅ，ｃａｌｃｕｌａｔｅｉｔｓｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｓｓｓｔｒｅｎｇｔｈｒｅｓｉｓｔｉｎｇｔｏｅｘｔｅｒｎａｌｔｏｒｑｕｅａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｓｉｚｅｏｆｔｈｅｃｉｒｃｕｌａｒｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｅｂｙｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｒｏｕｎｄｂａｓｅｐｌａｔｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｗｅｉｈｅｒｒｍａｎｎｍｅｔｈｏｄ；ｖｉｒｔｕａｌｂａｓｅｒｉｎｇ；ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｂｏｌｔ；ｒｏｕｎｄｂａｓｅｐｌａｔｅ；ｓｅｃｔｏｒｒｉｎｇ；ｔｏｔａｌｔｏｒｑｕｅ；ｂｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔ；ｂｅｎｄｉｎｇｓｅｃｔｉｏｎｍｏｄｕｌｕｓ在化工塔器中，常有利用裙座兼作储液槽的情况。这种结构可以节约一个独立设置的储液槽，显然，从经济角度是合理的。但此种结构将基础环变成了一个整的圆板（本文对此称为“圆底板”），其结构不同于ＪＢ／Ｔ４７１０—２００５《钢制塔式容器》［１］中所规定的地脚螺栓座的结构，因而该标准中关于地脚螺栓和基础环板的强度计算方法已不适用。本文对此种情况下地脚螺栓和“圆底板”的强度计算方法进行探讨。首先，讨论文献［１］计算地脚螺栓和基础环板强度的原理，然后按照这个原理，推导出利用裙座兼作储液槽时，地脚螺栓和圆底板的强度计算方法。此计算方法在我公司的设计和生产实践中已多次采用，证明切实可行。文献［１］计算地脚螺栓和基础环板的原理地脚螺栓强度的计算文献［１］对地脚螺栓强度的计算，是依据１１．１“维赫曼法”确定的。塔地脚螺栓的实际受力情况非常复杂，“维赫曼法”作了较合理的抽象和简化，使地脚螺栓的强度计算变得简捷而实用，虽偏保守，但仍被包括我国在内的大多数国家的标准所采用。“维赫曼法”首先将基础环与混凝土基础的接触面，假设为一个可以传递应力的刚体的环形收稿日期：２０１２－１１－２３作者简介：刘武昌（１９７６－），男，天津人，助理工程师，在天津市创举科技有限公司从事设备设计工作，曾参与立式复合除沫器专利的研究。·９０·化工设计通讯第３９卷截面（作出这种假设，就可以姑且将基础环与混凝土基础间的作用力看作内力，因而二者之间的力就可称为“应力”，使讨论得以简化）。不考虑塔自重及垂直地震力等向下的垂直力时，在风、震及附加偏心载荷的弯矩作用下，此截面上形成了通过几何形心的中性轴。中性轴的一侧传递拉应力，另一侧传递压应力，见图１。此时，中性轴左侧的拉应力及右侧的压应力，对中性轴产生弯矩，与外载荷的弯矩相平衡，使塔稳定。为压应力。而式（３）会有以下两种情况。当式（３）为正值时，说明基础环与混凝土基础之间的整个环形接触面传递的都是压应力，因而此截面已无中性