基础环分析参考 - PV Elite - Help - Hexagon

PV Elite Help

Language
中文 (大陆)
Product
PV Elite
Subproduct
PV Elite
Search by Category
Help

压应力作用下基础环板的厚度

基础环板厚度的计算方程式是简单悬臂梁的计算理论。假定梁被支撑在裙座处,并且承受由于组合重量和容器的风和地震弯矩(压缩侧)在混凝土的压缩引起的均匀载荷。

悬臂梁的厚度,t:

Thickness of Cantilever Calculation

其中

fc = 混凝土所承受的应力
l = 基础环板的悬臂长度
s = 基础环允许弯曲应力(通常为规范许用应力的1.5倍)

有两种常用的方法确定容器和基础环板对混凝土的应力。假定容器的中性轴处于中心线,使用简化方法计算混凝土上的压应力。

作用于混凝土的应力, fc:

其中:

W =容器和底板的总重量
M =容器的最大弯矩
A =基础上的基础环板的截面积
c = 从基础环中心到基础环外边缘的距离
I = 基础上基础环板的惯性矩

然而,当钢裙座和基础环板在混凝土基础上时,基础的状态与钢筋混凝土梁的状态相似如果基础上有净弯矩,那么螺栓上的力就必须由混凝土向下的力来平衡。因为这两种材料具有不同的弹性模量,并且由于混凝土横截面中的应变必须等于任何特定位置的基础环的应变,所以组合的螺栓/混凝土横截面的中性轴线将沿着混凝土方向。几个作者,包括Jawad和Farr(Structural Analysis and Design of Process Equipment, ,第428-433页)和Megyesy(Pressure Vessel Handbook, ,第70-73页)分析了这一理论。软件使用Singh和Soler(Mechanical Design of Heat Exchangers and Pressure Vessel Components,第957 - 959页)的公式。这个公式似乎最容易通过计算机进行计算,因为没有常数列表。以下提供了Singh和Soler方法的描述:

在这种情况下,中性轴平行于Y轴。中性轴的位置是由α角确定的目的是确定混凝土峰值压力(p)和角度α。

对于窄基础环板,可以使用数值迭代构建近似解。假设底板下的混凝土环可以被认为是名义直径c的薄圆环。假设基础是线弹性的,并且基板是相对刚性的,Brownell和Young已经开发出可以适合数值解计算形式的近似解。将所有基础螺栓的总拉伸应力面积设为A。在所要求的精度范围内,可以用厚度为t的薄壳和平均直径等于螺栓圆直径c的螺栓代替,例如:

厚度, t:

其中:

A = 所有基础螺栓的总截面积
P = 混凝土峰值压力
l = 基础环板宽度
c = 薄环直径

我们假设,在环周围作用的不连续拉伸螺栓载荷被线载荷所取代,其强度随中性面距离的变化而变化。

n是螺栓材料的杨氏模量与混凝土的比值;n通常在10和15之间变化。假设混凝土只能承受压缩(非粘合剂表面),并且螺栓仅在张力(底板上未开孔)中有效,则与上述类似的分析产生以下结果:

其中:

n =螺栓的弹性模量Eb和混凝土的弹性模量Ec的比值:

t3 =基础环板的宽度,类似于前面提到的Jawad和Farr厚度方程中的悬臂长度
c = 螺栓中心圆直径
r1 - r4 =基于中性轴角度的四个常数,在Singh和Soler方程20.3.12至20.3.17中定义,未在此重现。

这些公式给出了所需的七个非线性方程来求解七个未知数,即pcarii = 1-4)参数。迭代解从sp的假定值开始,所以从最初进行的近似分析中取sopo。然后使用上述等式确定a。一旦得到a值,可以计算无量纲参数r1, r2, r3, r4。然后可以计算ps的修正值,并且命名为po'和so')。下一次迭代是从s1和p1开始的:

迭代过程持续进行,直到迭代阶段的eiEi 的误差在规定的公差范围内——ei = EI=0.005是一个实际值。

其中:

当螺栓应力和压力的新值计算完成后,再次使用上面给出的与近似方法相同的公式计算基础环的厚度。

拉伸作用底板的厚度

在拉伸侧上,如果没有顶环但有角撑板,那么如何做分析就有差异了。例如,当Megyesy使用表F(Pressure Vessel Handbook, ,第78页)来计算等效的弯矩时,Dennis R.Moss使用相同的方法,但没有给出表格(Pressure Vessel Design Manual, ,第126-129页),Jawad&Farr使用“屈服线”理论(Structural Analysis and Design of Process Equipment, ,第435-436页)。由于Jawad和Farr方程的厚度t都被接受和明确,所以程序使用12.13的计算公式:

厚度, t:

Thickness of Basering under Tension Calculation

其中:

螺栓载荷, Pt:

sy =螺栓的屈服强度
a = 筋板之间的距离
b = 裙座外部基础板的宽度
l = 从裙座到螺栓的距离
d = 螺栓孔直径

拉伸作用顶环的厚度

如果有一个顶环或板,它的厚度是使用简单的亮单元理论进行计算。将板作为支撑在两个筋板之间的梁,中间的点载荷等于最大螺栓载荷,我们将得到以下等式:

厚度, t:

其中:

许用应力, s:

弯矩, M:

其中:

Cg =重心,取决于板的几何形状

螺栓载荷, Pt:

截面模量, Z:

截面宽度, Wt:

拉伸作用计算筋板需要的厚度

如果有筋板,则必须分析拉伸和压缩。拉伸应力,T,是力除以面积,其中力等于螺栓许用应力乘以螺栓面积,并且筋板的面积是筋板的厚度t筋板乘以筋板宽度W筋板的一半(因为筋板通常为锥形):

其中:


压缩作用计算筋板需要的厚度

对于承受压缩(作为列),我们必须迭代地计算所需的厚度。以实际厚度为起点,采用AISC 1.5.1.3进行计算。筋板的回转半径取Megyesy的Pressure Vessel Design Handbook,第404页的0.289t。如上所述计算实际压缩应力,然后与每个AISC允许的压缩应力进行比较,然后修改厚度,再次进行计算,直到实际和允许的压缩压力在0.05%以内。

基础环设计

当您需要设计一个基础环时,软件执行以下附加计算来确定设计几何尺寸:

  • 选择螺栓数量

    螺栓的选择参考Megyesy的Pressure Vessel Handbook(表C,67页)。上面所示的直径,在选择时一般将锚固螺栓间距保持在约24英寸。

  • 计算每一个螺栓的载荷

每个螺栓载荷的计算,Pb:

其中:

W =容器重量
N = 螺栓数量
R = 螺栓面积半径
M = 弯矩

  • 计算每一个螺栓所需的面积

这是每个螺栓的载荷除以允许的应力:

  • 选择螺栓尺寸

软件自带一个螺栓面积表,会自动选择面积大于上面计算的面积的最小螺栓。

  • 选择初步的基础环几何尺寸

螺栓面积的表格还包含所需的间隙,以便成功地拧紧所选择的螺栓(扳手间隙和边缘间隙)。该软件根据这些间隙选择一个基本的基础环板几何尺寸。在这一点上选择的值是螺栓中心圆、环板外径和环板内径。

分析初步基础环的几何尺寸

使用前面描述的分析方法,软件根据之前的结构确定混凝土的近似压缩应力。

选择的最终基础环的几何尺寸

如果以上计算的压缩应力是可接受的,则初步几何形状将成为最终几何形状。如果没有,则螺栓圆和基础环直径被扩大到压缩应力可接受的程度。这些成为最后的基础环板几何尺寸。

分析基础环厚度

然后通过上述厚度计算并继续分析以确定基础环板、顶环板和筋板所需厚度。