油罐及管道强度设计第4章.ppt

第4章 立式钢油罐的抗风设计及抗震设计 主要内容 1、风载荷的分布和计算 2、抗风圈的设计和计算 3、加强圈计算 4、地震对油罐的破坏 5、油罐的抗震设计 6、油罐抗震加固的措施 教学重点： 熟悉风载荷的分布和设计风压选取； 抗风圈、加强圈的设计及计算； 地震的危害分析、抗震设计方法、 抗震加固措施。 油罐的抗风设计和计算很重要，国内外均发生过在风力作用下罐壁产生局部失稳的现象； 抗风设计的主要措施是在罐顶加设抗风圈，对大型油罐，除抗风圈外，在抗风圈的下面还需加设一圈或数圈加强圈。 4.1 风载荷的分布和计算 4.1.1储罐罐壁风压分布分析 1、外壁的风压分布： 对固定顶罐和敞口罐在实验风压为W时，外壁风压分布是不均匀的，如图所示。 正对着风的一点称为驻点，驻点的风压最高； 迎风面上大约600范围受压，其它部分是吸力。 2、风压根据风速计算 标准风速以一般平坦地区，离地面10m高，30年一遇的10分钟平均最大风速为依据。 3、内壁的风压分布： 对固定顶储罐风荷载引起的风压分布仅存在罐壁外部，不存在内壁的风压分布问题。 对敞口储罐内壁由于风吹过时引起抽力，故罐内壁全部是负压，风洞试验表明最大负压值为W0/2，位于驻点内侧，而其余部位的负压值变化不大，与驻点值相近。 4.1.2储罐壁在外压作用下的屈曲特征 同样的试验模型，实验表明风压的临界压力(即驻点A处的最大不失稳压力)比均压作用的临界压力约高13%左右。 储罐壁的外压失稳是由瞬时外压控制，在一定范围内失稳是完全弹性的。 当外压保持临界压力低一点时，模型不会出现屈曲，一旦增压至临界压力，立即发生凹瘪，但若将外压降到临界压力以下，壳面上的屈曲波形会立即跳回去恢复原形而不留痕迹，但是若罐壁制造时存在椭圆度或存在局部凹瘪，即这些部位在风压下会提前失稳并难以复原。 罐壁风压极不均匀,理论无法计算其临界压力, 先假设风压为均匀外压,求解临界压力, （实验结果表明,此临界压力小于在风洞中的临界压力,其差值大约为百分之十几,因此用均匀外压求解临界压力是安全的.） 4.1.3储罐罐壁的设计外压 储罐的外压包括风压和罐内负压两部分。浮顶储罐，固定顶罐以及内浮顶储罐，三者相比.外壁风压分布相同，内壁各不相同。 浮顶罐有风的吸力， 固定顶储罐没有风的吸力，但有罐内负压， 内浮顶储罐既没有风的吸力又无罐内负压，故三者的设计外压是不相同的。 由于在风荷载作用下驻点的临界压力比均匀外压作用下的临界压力要高，因此在工程上用驻点处最大侧压力作为设计外压是简单而安全的。 对于敞口油罐，设计风压按下式计算 风压高度变化系数 固定顶储罐罐壁的设计外压 内浮顶储罐的设计外压 4.2 抗风圈的设计和计算 抗风圈设置在油罐的顶部，通常位于包边角钢以下1m位置。 抗风圈的外形可以是圆的，也可以是多边形的。 抗风圈是由钢板和型钢拼装成的组合断面结构。 抗风圈的刚度由截面系数确定。 抗风圈与罐壁连接处上下各16倍壁板厚度可以认为能与抗风圈同时工作，因而可以计算在抗风圈截面内。 在抗风圈的组合截面中所使用的角钢，一般来说最小尺寸60*60*5，所使用的钢板最小厚度，当抗风圈的宽度b不超过0.6m时应为5mm，大于0.6时应为6mm。抗风圈上如有可能积存雨水时，则应开设“泪孔”。抗风圈或其一部分通常可做为走廊用，此时应和包边角钢伸出部分保持有600mm的净宽，并在外侧设置栏杆，且抗风圈装在距顶部包边角钢1000mm处。 结构——抗风圈的扶梯穿过孔 SH3046 基本风压值取700Pa，距地面15m。 API650和BS2564 标准风速取45m/s，距地面9m。 4.3 加强圈的设计和计算 抗风圈以下的罐壁，仍有可能被吹扁，需设置加强圈。 风压失稳由不均匀分布外压造成，和均匀外压失稳的临界压力相比，低13.6%。罐壁失稳按均匀外压考虑。 4.3.1当量高度 油罐是阶梯形变断面圆筒，按当量高度折算； 将壁厚不同的各筒节折算成直径相同、稳定性相同的等壁厚圆筒，折算后的筒节高度称为当量高度； 按折算后的等壁厚圆筒设计加强圈。 4.3.2当量高度计算 4.3.3 SH3046推荐方法 该方法以薄壁短圆筒在外压作用下的临界压力计算公式为基础，参照当量高度的概念得出： 4.3.4加强圈的数量及其位置 例题 一台浮顶油罐内径60m，高18m，罐壁由9层2m宽的圈板组层，抗风圈设在离上口1m处，罐壁自上而下的厚度分别为10、10、10、12、14、16、18、20、23mm，建罐地区基本风压W0=70kgf/m2，求加强圈的个数，位置及尺寸。 解： （1）求设计压力P （2）求[Pcr] 各圈的He值，列表如下： （3）确定加强圈的