支腿强度计算-冯延忠

支腿强度计算

对高度及直径比较小的立式容器常常采用支腿支撑的形式。一般采用4个支腿，本体直径较小时采用3个支腿，直径较大时采用支腿不少于6个。

这里介绍的支腿强度计算方法是在比较设备设计手册和JIS 标准中支腿强度计算方法的基础上，考虑中国规范的要求和工程实用性形成的。

1 适用范围

1.1 本计算方法适用于安装在刚性基础，且同时符合下列条件的容器：

1.1.1 容器高度比不大于5

1.1.2 总高度不大于10m

1.2 当容器超出1.1所规定的尺寸限制时，水平地震力和水平风载荷应按

JB4710-92计算，不能使用本文所述的简化计算方法。

2 载荷的考虑

2.1 本计算考虑了地震载荷、风载荷、自重、偏心载荷和管道载荷等。通

过对安装工况、操作工况和试验工况的分析，计算时取最危险的情况对各个部件进行计算。

2.2 操作工况考虑风载荷和地震载荷同时作用时，仅取0.25倍风载荷与地

震载荷组合工况。

2.3 试验工况不考虑地震载荷，仅考虑0.3倍的风载荷组合工况。

2.4 地震载荷和风载荷的计算采用简化的计算方法（见JB/T4725-92附录

A ）。

2.5 虽然JB4710-92规定地震设防烈度为8度时才考虑垂直地震力，但是在

工程中，地震设防烈度为8度的情况较多，在此均考虑垂直地震力的影响。

2.6 本文各计算式中垂直地震力F ev 仅在考虑地震影响时计入。

3 载荷计算

3.1 水平地震力

mg P e e α5

.0= m ——对应于各种工况的设备质量：

m 0——设备操作质量(包括壳体及其附件，内部介质及保温层的质

量),kg

m w ——设备充水质量(水压试验时),kg

m min ——设备最小质量(安装工况时),kg

e α——地震系数，对7、8、9度地震分别取0.23、0.45、0.90

P e ——水平地震力,N

3.2 垂直地震力

e ev P F 4875.0=

F ev ——垂直地震力,N

3.3 水平风载荷

6001095.0-⨯=H D q f P O i W

D O ——容器外径,mm,有保温层时取保温层外径

f i ——风压高度变化系数，按设备质心所处高度取

H 0——设备迎风有效高度,mm

q 0——10m 高度处的基本风压值,N/m 2

求取支点反力：水平力R 和垂直力F VM

水平力R=P 1+P

垂直力F VM 的求解见3.5

3.5 支座反力——垂直力F VM 的计算

令设备外直径为D 0,计算弯矩为M,则：

计算弯矩M

3110)(-⨯++=PL gS G H P M e

e

3D VM 3.5.3.3 上述两种计算结果对比

3/33/2>

故在计算时取第二种情况下计算的结果，即：

32D M F VM =

4/222/1+>

故在计算时取第二种情况下计算的结果，即：

2D M F VM =

F VM ：

4 许用应力

支腿各部件的许用应力按JB4710-92的规定。对于地震载荷、风载荷参与的工况，许用应力值可以将提高到1.2倍。本程序偏于安全考虑,未提高许用应力值.

5 支腿应力校核

5.1 弯矩产生的应力

最大压应力：

W e N m g F F Rh z ve VM Z My 1000)(+++=

σ

最大拉应力：

W

e N m g F F Rh z ve VM Z Ml 1000)(-+

+=σ

W ——支腿截面的抗弯模量,cm 3

N z ——支腿个数

e ——从支腿的形心到本体外侧的最大距离,mm(计算方法见附录1)

5.2 垂直力产生的应力

最大压应力：

A N m g F F z ve VM Fy 100)(++=

σ

最大拉应力：

A N m g F F z ve VM Fl 100)(-+=

σ

A ——支腿截面积,cm 2

5.3 支腿稳定性校核

i

l μλ= λ——长细比,此值应小于200

μ——计算长度系数,取1.0

l ——支腿计算长度,mm

i ——支腿截面的惯性半径

φ——折减系数,查下表

许用压缩应力[σ]cr ＝φ[σ]t z

[σ]t z ——支腿材料的许用应力,MPa

支腿的最大压应力[]cr Fy My σσσ≤+

5.4 支腿强度校核

支腿的最大拉应力[]t

z Fl Ml σσσ≤+

6 底板的设计计算

底板的压应力2

11)(4b b N mg F D N PL H P z ve

o z d +++=σ b 1——底板的宽度,mm

b 2——底板的长度,mm

底板计算厚度S jd

[]t

d d

jd c S σσ3=

c ——底板最大无支撑区域宽,mm(计算方法见附录1)

[]t

d σ——底板材料的许用应力,MPa

7 地脚螺栓的设计计算

地脚螺栓的最大拉力z

ve VM B N mg F F P -+= 如果P B >0,校核地脚螺栓的强度;否则不校核地脚螺栓,有设计者决定是否安装地脚螺栓,建议安装地脚螺栓以定位。

所需螺栓的计算根径[]t B

B B jo N P d σπ4= N B ——受拉侧螺栓个数

P B ——地脚螺栓的最大拉力,N

[]t

B σ——地脚螺栓材料的许用应力,MPa

8 支腿与壳体的焊缝强度校核

焊缝受剪面积L L h L A ⨯⨯⨯=2707.0

焊缝抗弯断面系数6

2707.02L L h L W ⨯⨯⨯= L ——焊缝有效长度,mm

h L ——焊缝腰高,mm

在此假设支腿与壳体焊缝处为刚接,则

由弯矩产生的应力L

Z L W Rh =

σ 由垂直力产生的剪切应力L

Z ev VM A N mg F F ++

=τ 焊缝的最大组合应力22max L σττ+=

焊缝的许用剪切应力[]L τ取0.7倍的抗拉许用应力。