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1、1500m3立式拱顶内浮盘罐强度及稳定性计算书 （说明：计祘外压按拱顶微内压罐，罐壁高按内浮顶计算）1、 设计依据11、GB503412003立式园筒形钢制焊接油罐设计规范（以下简称“罐规”）；12、GBJ12890立式园筒形钢制焊接油罐施工及验收规范。2、设计基础数据：21、储存介质重度小于1000Kg/m3；22、储存介质温度低于100。C、高于20。C；23、使用钢板标号Q235A；24、焊缝系数0.9；25、储罐使用压力1.96Kpa、真空度0.49Kpa；26、拱顶曲率半径=1.2D 3、 壁板计算31、壁板直径计算311、计算公式：Vr2h r2V/h 式中：V1500m3 h10
2、.5m r21500/3.1410.545.5m2 r6.75m D13.49m 取油罐直径D13.5m312、利用经验公式：D3=（Q4）ab式中：D罐壁直径(m);Q储罐公称容积(m3)a罐壁高度与罐壁直径之比值,按一般习惯3000m3及以下储罐取0.8; 将有关数值代入公式得：D3=（15004）0.8=2388.535D=13.36m本罐设计罐径值取整数13.5m。（两公式计算结果相同）以上计算求得的罐径尚需用设计选用的板材尺寸15006000进一步核算，以便做到合理用料,壁板园周长用长度6m长的板进行组合,块数为7块,基本上符合合理用料的原则。32、罐壁高度计算:罐壁设计高度是按储液
3、所需高度加上安装消防装置所需增加的高度之合为基础，并结合所选钢板宽度进行配板组装的需要作一些小的调整。H计= H储+ H附H储= Da式中: H计罐壁设计计算高度; H储罐壁的储液高度; 1500（13.520.7854）10.48m， 取10.5mH附罐壁的附加高度; 主要内容包括安装罐壁通气孔(含消防装置)本罐占用高度为450mm，浮盘取0.5m ，8度地震晃动浪高取0.55mD罐壁内径; 13.5ma经验系数，罐壁高度与罐壁直径之比值,本系数宜在0.75-0.8之间选取; 将有关数值代入罐壁设计计算高度计算式得： H计10.50.450.50.5512m按照设计高度12m, 使用宽度15
4、00mm钢板装配，组合成这个高度初步计算要用8圈钢板。（1.5812m）33、壁板厚度计算公式如下：采用“罐规”6.3.1-1公式td=4.9D(H-0.3)d +C1+C2 式中：td壁板计算厚度（mm）；D储罐内径 (m) ；13.5mH液位计算高度（m）；10.5m储存介质相对密度；酒精取=0.85d设计温度下钢板的许用应力，Q235Ad=157MPa焊接接头系数，取=0.9；C1钢板负偏差（mm）取C10.6mmC2钢板腐蚀余量（mm）,取C21mm将有关数值代入公式并简化成下式：td4.913.5（H0.3）0.85（1570.9）0.61.0 （H0.3）0.39791.6自包边角
5、起向下将储液高度代入简化式按顺序计算每一层（即每一圈）的钢板厚度的计算式如下： t1(1.50.3)0.3979+1.6=2.1mm t2(30.3)0.3979+1.6=2.67mm t3(4.50.3)0.3976+1.6=3.27mm t4(60.3)0.3976+1.6=3.87mm t5(7.50.3)0.3976+1.6=4.46mm t6(90.3)0.3976+1.6=5.1mm t7(10.50.3)0.3976+1.6=5.66mm t8(120.3)0.3976+1.6=6.26mm本设计图对钢板厚度的选用执行GB50341第6.3.3条规定，将 t14选定为公称厚度6m
6、m，t56选定为公称厚度7mm t78选定为公称厚度8mm。 34、壁板抗风及稳定性计算341.壁板的临界压力计算公式如下：罐规6.5.2-1-3Pcr=16.48(DHe)(tminD)2.5He=HeiHei=hi(tminti) 2.5式中：Pcr罐壁许用临界压力(Kpa);He罐壁当量高度(m) ; tmin最薄壁板的有效厚度(mm) ；61.64.4mmti分别不同厚度钢板求得的有效厚度(mm) ；hi分别不同厚度钢板求得的实际高度（m）；Hei分别不同厚度钢板求得的当量高度（m）；壁板的当量高度计算公式如下:Hei=hi（tminti）2.5式中: Hei壁板的当量高度（m） hi
7、各种厚度钢板的高度（m）tmin最小板厚（mm）ti各种厚度钢板的有效厚度（mm）下面分别将几种不同厚度的钢板计算出各自的当量高度6mm厚度钢板当量高度 He1-4=1.54(6-1.6)(61.6)2.5=6.00m7mm厚度钢板当量高度 He5-7=1.53(6-1.6)(71.6)2.5=2.7m8mm厚度钢板当量高度 Hei=1.5(6-1.6)(81.6)2.5=0.588m 罐壁总的当量高度如下：HE=6+2.70.588=9.288m将有关数据代入罐壁许用临界外压公式得Pcr=16.48(13.59.288)(4.413.5)2.5=1.46KPa342.壁板设计外压计算公式如下
8、： P0=2.25zkq （6.5.33）式中： P0设计外压(KPa); z风压高度变化系数11.25，取z1k基本风压值(KPa)，按成都地区取0.3 KPa； kzsz0 （6.4.7） z高度z处风振系数，对油罐z1 s风荷载体型系数，应取驻点值z1 0基本风压（kpa/m2），按成都地区取0.3 KPa/m2q油罐工作负压（0.491KPa1.20.589kpa）； k1110.30.3kpa将以上数值代入公式得： P0=2.251.00.30.589=1. 264(KPa)343.罐壁稳定性结论根据Pcr 1.46kPaP01.264 KPa结论罐壁抗风稳定性符合要求，不应增设抗风
9、圈梁。4、 油罐球壳顶计算:41 、按罐顶不带肋为自支撑式拱顶，该罐球壳顶的曲率半径为10.2m（为罐直径的1.2倍），其壳顶板厚度采用公式：ths0.42Rs （“罐规”7.5.2） 式中：ths拱顶板计算厚度（mm） Rs罐顶球面的曲率半径，Rs=1.2D1.213.516.2m 将数据代入公式得：ths0.4216.26.8（mm） 取ths=7mm42. 求罐顶板自重根据球顶表面积公式：S2rh已知：D13.5m rRs16.2m 作图可得出球顶高h1.5m球顶表面积S23.1416.21.5152.6m2故罐顶板自重：M=152.60.0077850=8385.37kg43. 球壳顶
10、设计外压 PLQQk 式中：PL壳顶设计外压（kPa） Q固定荷载，即壳顶自重：QM/SgQ8385.57152.69.81539.1pa0.539kpa Qk附加载荷，取1.2kPa （“罐规”第7.1.2条2款） 将数据代入公式得： PL=0.539+1.2=1.739 kPa44. 球壳顶许用临界外压计算： p0.0001E（tm/Rs）2（th/tm）1/2 （“罐规”c.2.1-1）式中：P壳顶许用外载荷（kPa） E钢板弹性模量（kPa）,E=191000 kPa Rs壳顶曲率半径，Rs=16.2m th罐顶板的有效厚度（mm）, th=7-1.6=5.4mm tm罐顶板的折算厚度
11、（mm）,无肋条时仍有th= tm将以上数据代入公式得：P0.0001191000（5.4/16.2）2（5.4/5.4）1/2 2.12 kPa45结论： 球壳顶临界许用压力为2.12 kPa大于设计压力1.739kpa，因此球壳安全，符合规范要求。46、 1500m3立式拱顶油罐，根据“罐规”计算与选用其油罐各部尺寸及钢板厚度确定如下：油罐直径D=13.5m，罐壁高H=12m6-1油罐底板：根据罐规表5.1.2小于12.5m，环形边缘板为7mm、中幅板厚度均为6mm；6-2油罐壁板为Q235A.F，1-4圈钢板厚度为6mm，5-7圈为7mm，8圈为8mm；6-3油罐顶板为Q235A.F，厚
12、度为7mm ； （“罐规”第7.1.3条）6-4包边角钢为Q235A.F，658mm。 （“罐规”表6.2.2-1）5、 按带肋球壳罐顶强度及稳定性验算51、带肋球壳许用外荷载计算式如下：P=0.0001E(tmRs)2(thtm)1/2 （C.2.16）式中：P带肋球壳的许用外荷载(Kpa);E设计温度下钢材的弹性模量(Mpa) ;tm带肋球壳的折算厚度(mm) ; Rs球壳的曲率半径（m）；th顶板的有效厚度(mm) ; 带肋球壳的折算厚度计算式如下： tm=(t1m32th3t2m3)41/3式中：t1m纬向肋与球壳组合截面的折算厚度(mm) ;th顶板的有效厚度(mm) ; t2m径向
13、肋与球壳组合截面的折算厚度(mm) ; 纬向肋与球壳组合截面图及折算厚度计算式如下：t1m3=12(h1 b1L1)(h123)（h1 te2）（te24）te312n1te e12径向肋与球壳组合截面的折算厚度计算式如下：t2m3=12(h2 b2L2)(h123h1 t12te24)te312n2te e22本设计的罐径13.5m,带肋球壳的折算厚度的计算步骤如下：带肋球壳的组合截面示意图如下;52、.先求纬向肋与球壳在径向的组合截面形心（O）点到顶板中心线的距离（mm）其公式如下： e1= b1h1（ h1t h）2（ L1st hb1 h1）e2= b2h2（ h2t h）2（ L2s
14、t hb2 h2）式中：e1纬向肋与球壳组合截面形心（O）点到顶板中心线的距离（mm）; b1肋条宽度,取b1=8-1.6=6.4mm;h1肋条高度，取h1=50mmt h顶板厚度，取t h =6-0.6-1.0=4.4mmL1s纬向肋条间距,按GB50341第C.1.2条取上限值L1s1400mm将有关数据代入公式得:e1=6.450（504.4）2（14004.46.450）=2.686(mm)53、求径向肋与球壳在纬向的组合截面形心O点到顶板中心线的距离（mm）将有关数据代入公式得 e2=6.450（504.4）2（14004.46.450）=2.686(mm)54、求径向截面折算系数计
15、算公式如下： n1= 1b1h1th L1s n2= 1b2h2th L2s （c.2.15、6）将有关数据代入公式得n1= 16.450（4.41400）=1.052求纬向截面折算系数n2= 16.4504.41400 = 1.05255、.求纬向肋与球壳的折算厚度(mm) 计算公式如下：t1m3=12（h1 b1L1s）(h123h1 th2th24)th312n1the12 （c.2.13）将有关数据代入公式得：t1m3=12(506.41400)(5023504.424.424)4.43121.0524.4 2.6862=12(0.2286)（833.31104.84）7.133.39
16、49=12216.75+7.133.3949=2285.399 (mm3)t1m=13.17mm求径向肋与球壳的折算厚度(mm) 径向肋与球壳的折算厚度计算公式和有关数据均相同，t2m3=2285.399(mm3)t2m=13.17mm56、求带肋球壳的折算厚度(mm)计算公式如下： tm=(t1m32th3t2m3)41/3将有关数据代入公式得tm=(13.17324.4313.173)41/3=(2284.32170.3682284.32)41/3 =4739.0141/3 =10.58mm57、求带肋球壳的许用外荷载计算公式如下： P=0.0001E(tmRs)2(thtm)1/2将有关
17、数据代入公式得P=0.0001191000 (10.5816.2)2(4.410.58)1/2=19.10.4260.645=5.248KPa58、计算本储罐设计外压PL球顶表面积S23.1416.21.5152.6m2故罐顶板自重：M=152.60.0077850=8385.37kg肋条自重约占顶板重的1517，取1300kg固定载荷=（8385.37kg1300Kg）152.6m29.81=0.623KPa附加荷载： 活荷载主要内容是检修荷载=150Kg9.81=1.472 KPa球壳设计外压 PL=0.6231.472=2.095K Pa结论：带肋球壳许用外荷载P5.248KPa大于球壳设计外压PL2.095KPa，符合规范要求。6、 油罐底板油罐钢质底板属于柔性结构，它紧贴在防腐、防水、防潮的基础表面，上部荷载全部由地基承载着，一般设计的着眼点是防腐、防漏、防止焊接变形以保障储罐有较长的使用寿命，不要求做强度计算。 成都万图石油设备贮运设计事务所2013/09/1011