1500型m3固定顶罐计算书.docx

1、1500型m3固定顶罐计算书2000m3储罐强度及稳定性计算书第一部分 设计依据1. GB503412003立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范（以下简称GB50341）;2. GBJ12890立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范（以下简称GBJ128）。第二部分 设计基础数据：1、储存介质重度小于1000Kg/m3；2、储存介质温度低于100、高于-10；3、使用钢板标号Q235A；4、焊缝系数0.90；5、储罐使用压力1.96Kpa、真空度0.49Kpa；6、拱顶曲率半径=1.2D 第三部分 壁板计算(1)壁板直径根据总图要求，将油罐直径取13.36米（内径），选用的板材尺寸15006000进行

2、计算，以便做到合理用料，壁板圆周长用长度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。(2)罐壁高度:罐壁设计高度是按储液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附式中: H计罐壁设计计算高度; H储罐壁的储液高度;H附罐壁的附加高度; 主要内容包括安装消防装置占用的罐壁高度,本罐占用高度为400mm;根据总图要求，将罐壁高度定为16.50米，使用宽度1500mm钢板装配，组合成这个高度初步计算要用11圈钢板。故实际储液高度为16.10米。(3)壁板厚度计算公式如下：td=4.9D(H-0.3)D +C

3、1+C2 式中：td壁板计算厚度（mm）；D储罐内径 (m) ；H液位计算高度（m）；储存介质相对密度；取试水时水的相对密度=1.00D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）C2钢板腐蚀余量（mm）,取C2 =1.0将有关数值代入公式并简化成下式：t=4.913.36 (H0.3)1.00(1570.9)+C1+C2 =(H0.3) 0.4633 +C1+C2自包边角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)0.4633+0.5+1.0=2.056mm t2=( 21.5-0

4、.3)0.4633+0.5+1.0=2.7509mmt3=(31.50.3)0.4633+0.5+1.0=3.4459 mmt4= (41.50.3)0.4633+0.5+1.0=4.1408mmt5=(51.50.3)0.4633+0.5+1.0=4.8358mm t6=(61.50.3)0.4633+0.6+1.0=5.6307mmt7=(71.50.3)0.4633+0.6+1.0=6.3257mm; t8=(81.50.3)0.4633+0.6+1.0=7.0206mm;t9=(91.50.3)0.4633+0.8+1.0=7.9156mm;t10=(101.50.3)0.4633+0

5、.8+1.0=8.6105mm;t11=(111.50.3)0.4633+0.8+1.0=9.3055mm;本设计图对钢板厚度的选用执行GB50341第6.3.3条规定，将t1至t5选定为公称厚度5mm； t6选定为公称厚度6mm；t7至t9选定为公称厚度8mm；t10、t11选定为公称厚度10mm。 (4).壁板抗风及稳定性计算1.壁板的临界压力计算公式如下：Pcr=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) ；ti分别不同厚度钢板求得的有效厚度

6、(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5mm厚度钢板当量高度 Hei=7.5(5-1.6)(51.6)2.5=7.5m6mm厚度钢板当量高度 Hei=1.5(5-1.6)(61.8)2.5=0.8844m8mm厚度钢板当量高度 Hei=4.5(5-1.6)(81.8)2.5=1.002m10mm厚度钢板当量

7、高度 Hei=3.0(5-1.6)(101.8)2.5=0.332m 罐壁总的当量高度如下：HE=7.5+0.8844+1.002+0.332=9.7184将有关数据代入罐壁许用临界外压公式得Pcr=16.48(13.369.7184)(3.413.36)2.5=0.74KPa2.壁板设计外压计算公式如下： P0=2.25zk式中： P0设计外压(KPa);k基本风压值(KPa)，按取0.30 KPa；z风压变化系数（取1.0）；将以上数值代入公式得 P0=2.251.00.30=0.675 (KPa)3.罐壁稳定性结论根据Pcr 0.74KPaP00.675 KPa结论罐壁抗风及稳定性符合要

8、求的。第四部分 带肋球壳罐顶强度及稳定性验算(1)带肋球壳许用外荷载计算式如下：P=0.0001E(tmRs)2(thtm)1/2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

9、h1 te2te24)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13.36m,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：第一步.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）公式： e1= b1h1（ h1t h）2（ L1st hb1 h1）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-c1,c2=6.2mm;h1肋条高度，取1=50mmt h顶板厚度，取t h =6-

10、0.6-1.0=4.4mmL1s纬向肋条间距,按GB50341第C.1.2条取上限值L1s1500mm将有关数据代入公式得:e1=6.250（504.4）2（15004.46.250）=1.2203(mm)第二步.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=6.250（504.4）2（15004.46.250）=1.2203(mm)第三步.求径向截面折算系数计算公式如下： n1= 1b1h1th L1s将有关数据代入公式得n1= 16.2504.41500=1.0470求纬向截面折算系数n2= 16.2504.41500 = 1.0470第四

11、步.求纬向肋与球壳的折算厚度(mm) 计算公式如下：t1m3=12h1 b1L1s(h123h1 th2th24)th312n1the12将有关数据代入公式得：t1m3=12(506.21500)(5023504.424.424)4.43121.04704.4 1.22032=12(506.21500)948.173337.09866676.8601337=121959.5582+0.238533=23517.561(mm3)t1m=28.6504mm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=23517.561(mm3)t2m=28.6504m

12、m第五步.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=(28.6504324.4328.65043)41/3=(23517.55170.36823517.55)41/3 =47205.46841/3 =22.76726mm第六步.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将有关数据代入公式得P=0.0001191103 (22.7672616.032)2(4.422.76726)1/2=0.0001191103 2.01670.4396134=16.9336KPa第七步计算本储罐设

13、计荷载固定载荷=8255Kg140.185m29.811000=0.58KPa附加荷载：工作负压=50Kg1.29.81 =0.6 KPa 活荷载主要内容是检修荷载=150Kg9.81=1.472 KPa球壳设计外压 P=0.580.61.472=2.652K Pa结论：带肋球壳许用外荷载16.9336KPa大于球壳设计外压2.652KPa，设计成立。第五部分 底板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。根据规范立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范GB50341-200

14、3第5.1.1条的规定，当罐径大于10米时，罐底中幅板取最小公称厚度6mm，加上腐蚀裕量1mm，所以中幅板厚度取7mm，但市面上7mm厚度的板材不易购买,故中幅板取8mm。同样根据该规范第5.1.2条的规定，罐底环行边缘板取最小公称厚度7mm，加上腐蚀裕量1mm，故环行边缘板的厚度取8mm。 第六部分 抗震计算设定条件：抗震烈度按7度设防。(一)基本数据计算式下：(1) 储液晃动基本周期计算式如下： Tw=KsD1/2, 式中： Tw储液晃动基本周期(s) D罐壁内径,D=13.36m; -储液高度, Hw =16.1m Ks晃动周期系数，根据D/Hw=0.83,从表D.3.3中用内插法查得K

15、s=1.047将有数代入公式得: Tw=1.047*13.361/2 =1.047*3.655 =3.827(s) (2.)水平地震作用下，罐内液体晃动波高按下式计算： hv=1.5R式中： hv液面晃动波高(m) 地震影响系数，根据液体晃动基本周期Tw=3.827 s及地震影响系数最大值max=,0.345按图D. 3.1取得,=(3.5Tg/Tw2)0.9max=(3.5*0.345/3.8272)0.9*0.345=0.0365 R罐壁内径(m),R=6.68m将有关数值代入公式得：Hv=1.5*0.0365*6.68 =0.366m。(二)抗震验算1. 罐壁底部在水平地震作用剪力计算式

16、如下：Q0=0.000001*Cz*m1*Fr 式中：CZ综合影响系数,取Cz=0.4地震影响系数，(根据Tc值及反映谱特征周期Tg及航地震影响最大值max,在图D.3.1中求得，)对于储罐容积小于10000m3,烈度7度,直接取max=0.345Y1罐体影响系数，取1.1m1储罐内储液总量(Kg)m1=2257*1000*0.80(酒精容重)=1805600KgFr动液系数，根据D/Hw在表中用内插法选取Fr=0.819g重力加速度，取g=9.81m/S2将有数值代入公式得：Q0=0.000001*0.4*0.345*1.1*1805600*0.819*9.81 =2.202MN2.罐壁底部

17、的地震弯矩计算式如下：M1=0.45Q0Hw式中：M1总水平地震作用在罐壁底部，所产生的地震弯矩(MN)将有关数值代入公式得：M1=0.45*2.202 *16.1=15.955MN.m3.罐壁的许用应力计算式如下：cr=0.15Et/D式中：E-钢材的弹性模量，取E=191500(Mpa) t=0.010-0.001-0.0008=0.0082m将有关数值代入公式得：cr=0.15*191500*0.0082/13.36 =17.6306MPa 4.地震作用下罐壁底部产生的最大轴向压力计算式如下： 1=(CvN1/A1)+(C1M1/Z1)式中：Cv地震影响系数，7度Cv值取1.0N1罐壁底

18、部垂直荷载(MN),N1=47295Kg*9.81=0.46396MNA1罐壁横截面积（m2）, A1=Dt=3.1416*13.36*(0.010-0.0008-0.001)=0.344m2C1底板翘离系数，C1=1.4Z1底圈壁板断面,Z1=0.785D2t=0.785*13.362*0.0082=1.1489 将有关数值代入公式得：1=(1.0*0.46396/0.344)+(1.4*15.955/1.1489) =1.3487+19.442=20.79MPa结论：计算的结果，地震产生的罐壁轴向应力11.27404Mpa小于许用的临界应力13.5646MN，设计成立，符合7度抗震要求。储罐设计人: 2005年9月30日