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1、腿式支撑容器支腿的受力分析腿式支撑容器支腿的受力分析李群科恩马特殊过程装备(常熟)有限公司275573本文提供了腿式支撑的应用范围,详细分析支腿的受力情况,并提出了支腿计算时强度不足的处理方法一,引用符号D一容器外径;Db地脚螺栓圆直径;w一容器计算用重量;We一空容器重量;w一容器操作重量;w一容器水压试验时的重量;N支腿数量;Ma一水平载荷对底封头切线处的弯矩;Ma=PHMb一水平载荷对支腿底部的弯矩;Mb=P(H+L)P水平载荷;取Pw和Pe的较大值;PW一风载荷;Pe地震载荷;H一容器重心至底封头切线的距离;L下封头切线至支腿底部的距离;C一操作状态下背风侧作用在一只支腿上最大轴向压缩
2、载荷.c水压试验状态下背风侧作用在一只支腿上最大轴向压缩载荷.T一操作状态下面风侧作用在一只支腿上最大轴向拉伸载荷;T容器空重状态下面风侧作用在一只支腿上最大轴向拉伸载P,操作状态下背风侧支腿顶部的偏心载荷;P,操作状态下面风侧支腿顶部的偏心载荷;F.一支腿材料的屈服强度.二,腿式支撑的范围固定在地面的中小型立式容器,支腿支撑是常用的支撑方式,一般情况下,支腿数量是4个,但根据设计要求,数量也可多于4个,具体应用范围可按图1.三,腿式支撑与设备的焊接方法用于腿式支撑的型钢一般是等边角钢,I型钢或钢管,对角钢或I型钢而言,每种型钢与容器都有两种焊接方法,如图2.虽方法(a)较(b)提供了较大的债
3、陛矩以承受外部载荷,但由于容器表面的曲率问题,(b)较(a)在焊接上相对容易,故通常设计或标准中以方法(b)常用,I型钢常用于相对较大或较重的容器,对大型贮罐而言,钢管由于其各个方向特性相同且具有很好的抗扭陛能,普遍使用大型贮罐.四,腿式支撑容器的受力分析对腿式支撑容器,支腿承受水平与垂直两个方向的载荷:垂直载荷来自干设备重量W,由全部支腿均匀承担,各支腿承受轴向力W/N.水平载荷来自于风载荷Pw和地震载荷Pe,风载荷和地震载荷计算时都认为是水平方向,并都假设作用于设备的重心,如图3.设置在地震地区的容器,需分别计算风载荷或地震载荷,取二者的较大值作为作用于容器重心上的水平载荷,不必考虑二者的
4、叠加.由于水平载荷的作用,如图中a-a截面以上的支腿必然承受由于风载荷或地震载荷而压力容器I贮壤最太设备童径DI1800aI3600nn最大长径此DI5最大腿长径此LiDI2I根据设计要求支腿数量N设备童径10001m,N-3设备矗径>1000,1,t-4或根据设计要求,N墨6或8设备最太操作温度34o口c图1:,t,.0一r281图3I型锕.中国科技信息2007年第7期CHINASCIEtEANDTECHNOLOGYINFORMATIONApr.2007产生的弯矩Mb.一般的,对腿式支撑容器,接管或其他设备的附加弯矩相对较小,可不做考虑.同样由于水平载荷的作用,在支煺底部产生横向剪切力
5、F,其值为:FP(I/EI)其中I为垂直风或地震方向轴线上单支腿的截面惯性矩EI为垂直风或地震方向轴线上所有支腿截面惯性矩之和.由此可得出:背风侧最大的轴向力(压缩应力)产生于操作状态或试验状态,其值Co(W./N)+(4Mb/ND)操作状态C一W/N试验状态面风侧最大的轴向力(拉伸应力)产生于操作状态或空设备状态,其值To(wo/N)+(4Mb/ND.)操作状态T.=(w./N)+(4Mb/NDb)空容器状态支腿顶部的偏心载荷P,和P,其值为:Pl(wo/N)+(4M/ND)操作状态P,-W/N试验状态P(wo/N)+(4M/ND)操作状态P,-(w/N)+(4M/ND)空容器状态五,支腿的
6、计算l,支腿的计算步骤a)选取支腿型式和大小b)校核支腿在危险状态下最大组合应力满足强度要求,并选取最经济和安全的支腿型式.2,支腿在危险状态下组合应力a)操作状态由轴向力在支腿上产生的应力:fa-C/A其中:C操作状态下作用在一只支腿上最大轴向压缩载荷,取值为Co;A一单支腿的面积;由弯矩在支腿上产生的应力:fb=(Pe/W)+F(3/4L)/W】其中:wi材料截面抗弯模量3/4L是人为选取的.用以反映底部局部约束的影响,e为容器壳体外侧至支腿形心的距离.b)试验状态由轴向力在支腿上产生的应力:faQ/A由弯矩在支腿上产生的应力:fb-Qe/NWi支腿上最大组合应力应根据操作状态和试验状态按
7、下式分别计算,取二者中的大者,f=fa+fb3,应用校核组合应力由轴向压缩应力fa和弯曲应力fb两部分组成,此两部分各自的许用应力不同,一般情况下前者由支腿的细长比决定小于后者,故若使组合应力f的许用值按前者许用应力取,则比较保守.常用的方法是按美国钢结构协会(AISC)中的方法,即各自应力对其许用应力的比值之和满足下式:【(fa/Fa)+(fb/Fb)】1a/Fa0.15(fa/Fa)+Cmfb/(卜fa/Fe)Fb)llfa/Fa>0.15Fa一压缩力单独作用时支腿材料许用压缩应力,与细长比和材料屈服极限Fy有关,从AISC手册查取;Fb一弯曲单独作用时支腿材料的许用弯曲应力,取Fb
8、=0.6Fy;Fe一欧拉应力除以安全系数,与细长比有关,从从AISC手册查取;Cm一削弱系数,可保守的取为l;较好的设计结果应满足公式的左端接近l.六,问题处理由于支腿的承受轴向应力和弯曲应力的作用,所以在支腿设计计算时,组合应力达不能满足要求时,应从这两方面着手,有以下处理方法:1)选用更大截面模量的型钢,以提高支腿的抗弯能力和承压能力.2)增加支腿数量,减少单支腿的轴向载荷,但增加支腿数量会影响下出料管.3)在支腿间增加支撑,减少轴向计算长度,提高支腿的轴向承压能力.4)用钢管作支腿,焊接时要使钢管的中心线与壳壁中线重合,这样可消除支腿的偏心度.qHenryH.dnar,P.E.tessu
9、reVesselDesl和Handbook2】美国AISC.tnualofSteelConstruction5】孙训方,方孝淑,关来泰.材料力学282上接第280页控是指在仿真运行过程中对仿真系统中的其他各个成员的状态进行监视和控制;系统管理是指完成本仿真系统管理计算机的功能,进行仿真系统初始化参数设置,系统运行状态监视,系统管理和维护.数据记录联邦成员数据记录联邦成员旨在开发一个以高层体系结构(HLA)为规范的,功能强大且灵活易用的数据记录工具.仿真数据记录联邦成员分为数据记录计划管理,数据记录控制,接收数据处理和数据存储四个模块,它采用集中的数据采集方式,在仿真运行过程中,一直随着其他成员
10、的运行而运行.2.5联邦开发相关的系统及工具开发本联邦所用的操作系统是WindowsXP,开发环境是JAVA,运行支撑环境RTI为PRTI3.结束语本文提出采用先进的HLA仿真体系建立未来战场环境下的船艇武器系统仿真平台,从运行结构,开发过程等方面对仿真系统进行整体描述,从实体设计,想定编辑,联邦成员规划和效能评估等方面分析系统功能,并明确了系统联邦成员的划分及任务分配等.平台设计具备扩展到评估敌我双方实施多武器攻防的能力,在后续工作中,可以将各种影响因素作为联邦成员加入联邦,利用其他兵种的仿真应用和目前的系统仿真,全面考察我船艇武器系统在真实复杂战场环境下的作战情况.Highlevelarchitecturerun-timeinfrastructureprogrammersguideDB/OL】.DMSO,19992】李伯虎,柴旭东,毛媛.现代仿真技术发展中的两个热点一ADs,SBAJ.系统仿真,2001,13(i):101105;5Highlevelarchitectureinterfacespecification,Version1.3DB/OL1.nttp:/www.d丌Iso.嘲钱进(1980-).男.硕士,现主要从事装备综合保障研究.