第十七章塔设备强度设计计算.doc

第十七章塔设备强度设计计算第十七章塔设备强度设计计算―、塔体的强度计算安装在室外的高度与直径比（H/D）较大的塔设备，除承受操作压力外，还要承受质量载荷、风载荷、地震载荷和偏心载荷等，见塔设备各种载荷示意图因此，在进行塔设备设计时必须根据受载情况进行强度计算与校核塔设备各种载荷示意图㈠按设计压力计算筒体及封头壁厚按本篇第十五章"容器设计基础"中内压、外压容器的设计方法，计算塔体和封头的有效厚度胚m三二二二三三㈡塔设备所承受的各种载荷计算以下要讨论的载荷主要有：操作压力；质量载荷；风载荷；地震载荷；偏心载荷1.操作压力当塔为内压时，在塔壁上引起周向及轴向拉应力；当塔为外压时，在塔壁上引起周向及轴向压应力操作压力对裙座不起作用2.质量载荷塔设备的质量包括塔体、裙座体、内构件、保温材料、扶梯和平台及各种附件等的质量，还包括在操作、停修或水压试验等不同工况时的物料或充水质量设备操作时的质量m0=m1+m2+m3+m4+m5+ma+me（4-42）设备的最大质量（水压试验时）mmax4-43)设备最小质量mmin=m1+0.2m2+m3+m4+ma+me(4-44)式中：ml:塔体和裙座质量，Kg;m2:内件质量，Kg；m3:保温材料质量，Kg;m4:平台、扶梯质量，Kg；m5操作时塔内物料质量，Kg;ma:人孔、接管、法兰等附件质量，Kg;me:偏心质量，Kg;mw:液压试验时，塔内充液质量，Kg;0.2m2:考虑内件焊在塔体上的部分质量，如塔盘支承圈、降液管等。

当空塔吊装时，如未装保温层、平台、扶梯等，则mmin应扣除m3和m4在计算m2、m4及m5时，若无实际资料，可参考表4-25进行估算表4-25塔设备部分内件、附件质量参考值开式扶钢制平圆形泡罩塔盘条带泡罩盘浮阀塔盘舌型塔盘塔盘充液单位/in15-24Kg/m150Kg/nr/iTL215CKg/m265Kg/n?币K吾/m'/m'70KM/rm-㈢圆筒的应力1. 塔设备由内压或外压引起的轴向应力(4-55)式中o1-由内压或外压引起的轴向应力，MPa;p-设计压力，MPa;Di-筒体内径，mm;6ei-i-i截面处筒体有效壁厚，mm2. 操作或非操作时，重量及垂直地震力引起的轴向应力(压应力)屯』九士町2也庇(4-56)式中：o2-重量及垂直地震力引起的轴向应力，MPa;moi-i-任意计算截面i-i以上塔体承受的操作或非操作时的质量，Kg其中Fvi-i仅在最大弯矩为地震弯矩参与组合时计入此项3.最大弯矩在筒体内引起的轴向应力各种载荷在塔设备上引起的弯矩有风弯矩MW、地震弯矩ME、偏心弯矩Me由于所给的气象资料是该地区的最大平均风速和可能出现的最大地震烈度，而实际上，风载荷和地震载荷同时达到最大值的几率是极小的。

如按两者相加计算，未免过于保守通常，在正常操作条件下最大弯矩按下式取值：见［取其中较注）4-57)水压试验的时间往往是人为选定的，而且实验时间较短，所以，在实验情况下最大弯矩取值财E=0.2皿匸+胚’（4-58）最大弯矩在筒体中引起的轴向应力b_4血5一说（4-59）式中3-最大弯矩在筒体中引起的轴向应力，MPa㈣筒体壁厚校核1.最大轴向组合应力的计算各种载荷引起的轴向应力，以"+"表示拉应力，以"-"表示压应力，各种轴向应力的符号见表4-33表4-33各种载荷引起的轴向应力符号内压席设备外E潜祓备正常!ft作讨樺修时正當操作貯迎凤側背风侧背风迪风背凤側迎凤背风侧应狀+G0Ct+—HI-4-一+—^irax-(O1+C,)-：6+狂+GU（1）内压操作的塔设备BAC*①最大组合轴向拉应力，出现在正常操作时的迎风侧，即（4-60）%=巧_仃『+农匚②最大组合轴向压应力，出现在停修时的背风侧，即（4-61）%V+h;（2）外压操作的塔设备①最大组合轴向压应力，出现在正常操作时的背风侧，即（4-62）②最大组合轴向拉应力，出现在停修时的迎风侧，即（4-63）如f-右2.强度与稳定性效核根据正常操作时或停车检修时的各种危险情况，求出的最大组合轴向应力，必须满足强度条件与稳定性条件，如表4-34所示。

周向拉应力只进行强度校核，因为不存在稳定性问题轴向压应力既要满足强度要求，又必须满足稳定性要求，进行双重校核表4-34轴向最大应力的校核条件K3. 水压试验时应力校核（1）关于拉应力①环向拉应力的验算，在第十五章有过阐述，见式（4-16）②最大组合轴向拉应力4-64)（2）设备充水未加压）后最大质量和最大弯矩在壳体中引起的组合轴向压应力09Kas爲（:氐其中辑小制006^5—4-65)式中K为载何组合系数，取K=1.2对于塔体而言，其最大的风弯矩引起的弯曲应力o3i-i发生在裙座和塔体的连接截面2-2上对于裙座来讲，o3i-i的最大应力发生在裙座底截面0-0或人孔截面1-1上质量载何：塔设备的质量包括塔体、裙座体、内构件、保温材料、扶梯和平台及各种附件等的质量，还包括在操作、停修或水压试验等不同工况时的物料或充水质量设备操作时的质量m0=m1+m2+m3+m4+m5+ma+me(4-42)设备的最大质量（水压试验时）mmax(4-43)=m1+m2+m3+m4+mw+ma+me设备最小质量mmin=m1+0.2m2+m3+m4+ma+me(4-44)式中：ml:塔体和裙座质量，Kg;m2:内件质量，Kg；m3:保温材料质量，Kg;m4:平台、扶梯质量，Kg；m5操作时塔内物料质量，Kg;ma:人孔、接管、法兰等附件质量，Kg;me:偏心质量，Kg;mw:液压试验时，塔内充液质量，Kg;0.2m2:考虑内件焊在塔体上的部分质量，如塔盘支承圈、降液管等。

当空塔吊装时，如未装保温层、平台、扶梯等，则mmin应扣除m3和m4在计算m2、m4及m5时，若无实际资料，可参考表4-25进行估算表4-25塔设备部分内件、附件质量参考值:梯梯圆形洶罩条形泡罩塔盘筛板塔盘盘舌型増培盘充液单质40Kg/mKg/m/m3150Kg/m315CK^/m2/ir275Kfi7Ogg/nr1风载荷:安装在室外的自支承式塔设备，可视为支承在地基上的悬臂梁塔设备在风力作用下，一方面产生顺风向的弯矩，即风弯矩，它在迎风面塔壁和裙座体壁上产生拉应力，背风面一侧产生压应力另一方面是气流在塔的背后引起周期性旋涡，产生垂直于风向的诱发振动弯矩诱发振动弯矩只在塔的H/D较大、风速较大时比较明显，一般可忽略不计需要考虑时，可将诱发共振弯矩与风弯矩按矢量叠加1)水平风力的计算风吹在塔上，在迎风面产生风压风压的大小与风速、空气密度、所在的地区和季节有关根据各地区离地面高度为Om处30年一遇10分钟内的平均风速最大值作为计算风压，得到该地区的基本风压qO，见表4-26N/m2表4-2610米高度处我国各地基本风压q地区l.,.:J.1.曲卅徐州宁波温州和川155035035D3504004005D0JOO550600地区尸卅解;湛虽北京天:卩杠釦上保定抚顺耳5060075035030040C5CO55045C地区丈建書林國平略尔瘓宵品那州洛阳蚌坤o6C045055D4505501DC350350400地区武汉包头呼和皓特凰原:-.'M1WW氏沙株闭3C05005003003006503503&010G地区成都屯庆贵阳西安園阳川F拉萨躍产齐台北25030020D35025025035G3506G01200地区汁余41500注；揖道、峡眷、山皱、山鸿汇交口，山淘的转弯处凶歴擢口应根钢实测值风的粘滞作用使风速随地面高度而变化。

如果塔设备高于10m，则应分段计算各段的风载荷，视离地面高度的不同乘以高度变化系数fi,见表4-27表4-27风压高度变化系数fi距地面高度1D152030如5060708C9010瑜S#A1.171.331.521.&31.801.922、032.122.202,27342.4B0.31.01.141.251.421.531.671.77L861.955.32109C0.540.713.34C.1.111.211.3E1.46L551.64179丄・1u1.79注：洛塔畔第f段嬰载面距地面除輛hA-wnri^jm度系指近海海丽、海岸、湖岸型沙眦地区；B类系新田野、乡村、丛林、I眩口酬握比较稀喘旳中小城植和、咖j郊区：c类系指育帝集建筑郡的大城亦市区°风压的人小还与塔设备的高度、直径、形状以及口振周期有关两相邻计算截面间的水平风力为:(4-45)式中：Pi-水平风力，N;q0-基本风压值，N/m2,见表4-26，但均不应小于250N/m2;Li-第计算段长度(见风弯矩计算简图)，mm;图4-60风弯矩计算简图表4-27风压高度变化系数fi距地面髙窿由心）IOIE2030105060708C90103A1.171.30L521.&31.S31.922、Oc：2.122.202.272.342.4BO.S1,01.141.251.121.531.671.77L361.952.322.09C0.540.71?.34C.94L111.211.361.46L551.6417!?丄・ij1.79注:婷塔进备第i段顶裁面聡期面轅髙度-A类地用粗糙度系指近俺諭|）海岸、湖岸朋沙漠地区；B獎系指川野、乡村、丛林、丘麴泾房屋氏较稀疏丙中小城镇和大城市駆C类系指脊密集楚笊群的大城市朮区°K1-体型系数，圆柱直^设备取0.7；Dei-塔设备各计算段的有效直径，mm;当笼式扶梯与塔顶管线布置成180°时，可取6=久+迢;+氏§+瓦+%+23声当笼式扶梯与塔顶。