大型立式圆筒形储罐拱架应力强度计算

（２）当Ｘｉ＜Ｘｋ≤Ｘｊ＋１时（ｊ≥１）：
在集中力Ｆ（考虑左右对称的２个力）作用 下，按前面均布载荷作用下支点反力计算，同样
可得：＋
％＝Ｆ
Ｈ＝Ｈ８
２
腹＝一手善（五疋）．Ｋ＋善（五Ｆｉ）－
÷∑（五Ｅ）·Ｋ＋．∑Ｅ·五
Ｊ
ｉ＝ｊ＋ｌ
ｉ叫＋Ｉ
７Ａ·Ｆ
，
＝∑Ｅ·噩一÷∑（五一）·Ｋ＋薹（五Ｅ）
ｉｆｊ，ｔ．１
Ｊ ｊ＝ｌ
关键词储罐拱架应力计算 储罐大型化具有占地面积小，节省钢材、管
件、配件、投资，便于操作管理等优点，所以罐
区储罐大型化是发展的必然趋势。 储罐大型化主要要解决的问题是罐顶结构，
梁受到无数个大小随ｘ变化的集中力Ｐ（ｘ）的作 用。拱架梁的受力见图１。
固定顶储罐结构主要有：平面桁架结构、柱支撑
结构、拱架梁结构、网壳结构。平面桁架由于受 力不均，仅在罐壁的局部区域支撑，仅用于储罐 直径较小的情况；柱支撑结构需要在罐顶与罐底 之间设置多根支柱，对基础均匀性沉降要求较 高；网壳结构采用有限元的分析方法，需要采用
专业的有限元软件进行计算。目前，在国内外各
种罐区中，用得较多的是拱架梁结构。 在ＡＰＩ
６５０、ＡＰＩ ６２０、ＳＨ ３０４６、ＧＢ
５０３４１等储
图１
均布载荷作用下拱架梁的受力图
罐的设计标准中，对拱架梁的强度计算都未作详细
集中力Ｐｔｘ）计算：
的叙述。国外工程公司基本都有自己的计算方法。
本文采用三铰拱原理，对拱架受均布载荷和 集中载荷情况下的拱架梁任意截面处的弯矩、轴
１４．６８８ ｌｌ＆１６９ １２４．８５７
１４．５１９ ９５．２９２ １０９．８１１
１４．４４３ ８０．２６２ ９４．７０６
１４．４０１ ４ａ ９２０ ５５．３２１
１４．４１９
１４．４２２ １．４０２ １５．８２４ １３．０２０ —１．０５７
１４．４２７
１１１．７６５ １２９．２８６
２９．８０８ ４４．２２８
％×丁Ｌ—ｒ一形（÷一ｘ）２也一Ｈｙ＝０
以＝％ｓｉｎ晚＋Ｈｃｏｓ咖‘一Ｐｓｉｎ中Ｉ 吼＝ａｒｃｓｉｎ［（Ｌ／２一互）／ＳＲ］
譬×导一簪一毋＝０
，，２（１一ｃｏｓｆｌ）Ｓｓ
Ｐ＝卜形（÷一ｘ）如
日＝丽ＦＯＷ丽Ｌ３两
式中，Ｍ。为梁中心Ｃ点处的弯矩；ｆ３为拱顶在 储罐边缘处的起始角度，度；Ｈ为梁中间处的水
平受力，Ｎ。 由三铰拱特点可知： ＨＡ＝巩＝Ｈ
化工设计２００９，１９（４）
ＮＫ／Ａ ＭＫ／Ｗｘ
１８，９０８ ６５．７７９ ８４．６８７
ｌ＆０７６ ９０．８０７ １０８．８８４
１７．５２１
１７．（１２７ １２９．８９０ １４６．９１８
１＆４２９ １３６ ９７７ １５３．４０６
１５．６１０ １４１．９４８ １５７．５５７
１５．１３２ １４ａｔ ２２５ １５９．３５６
缘受力大小不一致，成扇形分布，可以认为拱架
图２支座竖直反力计算模型
·王彬：高级工程师，副主任。２００１年毕业于四川大学化工机械专业。一直从事压力容器设计工作。联系电话：
６５５３１９５３。Ｅ—ｍａｉｌ：ｗａｌｌｇｂｉｎ＠ｃｈｃｎｇｄａ．ＣＯｌｉｎ。
（０２８）
万方数据
ＣＨＥＭＩＣＡＬ
ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＤＥＳＩＧＮ
—３．４９０
—３．１６１
—２８９７
—１．４９６
根据表２数据得到梁最大正应力盯一为
１５９．３５６ ＭＰａ。
由于拱架载荷、梁的数量以及计算方法不 同，不便从梁所受到的弯矩、轴力、剪力比较， 仅根据梁的应力强度水平作一比较。此梁最大正
应力仃一为１２４。１１ ＭＰａ。从应力水平看，梁的最 大应力强度接近。
６
部负压产生的载荷、活载荷、雪载荷。雪载荷一 般考虑为均布载荷，下雪时会因受风力的影响， 在储罐顶部产生不等厚积雪情况，此时可以按大 小不等的集中载荷考虑。 在均布载荷Ｗ作用下，拱架梁从中心到边
均布载荷ｗ作用下支座处竖直反力计算，
模型见图２。
ＨＢ胪—Ｎ晰
．≮．Ｐ
爷
；
等
Ｘ
ＨＢ、ＨＡ分９０表示支座Ａ、Ｂ的水平反力
奖，列入浙江省重点技术创新项目，获得国家科技创新基金支持。进入《当前国家鼓励发展的环保产业设备（产品） 目录》等诸多荣誉后的又一殊荣。 该发明是浙江丰利在吸收国外先进技术的基础上进行自主创新而成。废旧电子线路板机械粉碎和静电分离的回收处 理工艺包括把废旧电子线路板破碎，除铁后进一步中碎，然后再精细粉碎，通过超微分级机先分去部分非金属物，最后 被送人高压静电分离机进行金属跟非金属的分离后成为成品回收；该废旧电子线路板的机械粉碎所用的设备包括强力破 碎机、磁选机、中碎机、精细粉碎机、超微分级机、高压静电分离机。由于该发明采用了多种专用设备，能使金属物与 非金属物得到良好的粉碎解离，具有方法独特、回收效果好、能耗低、设备使用寿命长、无二次污染等优点。 有资料显示，废旧电路板是一座有待开发的“金矿”。１吨废旧线路板可以分离出２８６磅铜、ｌ磅黄金、４４磅锡， 价值达到６０００美元，加上铁、铝、镉、镍等，价值能达到７０００美元。 目前，“印制电路板回收利用与无害化处理技术”，已被列入国家发改委组织实施的资源综合利用国家重大产业技 术开发专项。回收利用废旧线路板产业“钱”景灿烂。 （吴宏富）
５与类似储罐的比较
现将计算结果与国外某工程公司设计的一 ＬＰＧ储罐进行比较。该储罐的设计参数如下ｌ 储罐内径：Ｌ＝，Ｍ２０００ 拱架球面半径：３３６００ 拱架均布载荷：２３５５
×９．１４×６．１）
ｍｍ
结语 将三铰拱原理用于大型储罐拱架梁的计算，
拱架径向梁数目：ｎ＝５６
ｍｍ
物理模型接近工程实际，计算方法可靠，从而为 大型储罐的拱架梁计算提供了理论依据。
Ｑ０００
１４．４２７
取＋ｏｋ
取一叽一蚯８７１—７２７３１—９４．２４４—１１２．８６３—１２Ｃｔ５４７—１２ｆｘ３３８—１２９．０９３—９５．４８１一陬７７３—６５．８１９一孤５１９—１５．３８９
ｆ
１４．４２７ Ｑ（３００
５．４９３
４（１３４
３．３９５
Ｚ７５７
１．２田
一Ｑ７２６
一１．６３２
—３．３３８
ＮＫ＝ＶＢ８ｉｎ中ｋ＋ＨＢｃｏｓｃ｝ｋ Ｎ
帆＝。手善（五以）．ｙＩ＋荟眩；Ｅ）
ⅣＩ＝÷∑（五Ｅ）·ｃ０８晚 Ⅳ口＝一÷∑（置Ｅ）·ｓｉｎｃＰ·
３拱架梁应力计算 拱架梁所受正应力及剪力分别如下：
ｔ＝ＦｓｉｎｃＰｋ＋二｝ＦｃｏｓｃＰｋ
Ｊ
２．１．３剪力
万方数据
２６
ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＤＥＳＩＧＮ
１．３
：了ＯＷＬ％．一％
以；（％一％＋％）ｓ神‘＋Ｈｃｏｓ咖Ｉ
１．３．３剪力
使截面两侧的隔离体有顺时针方向转动趋势
的剪力为正，反之为负。取ＢＫ段为隔离体，将 该段上各力对截面Ｋ投影，由平衡条件得：
Ⅳ口＋Ｐｃｏｓ中＾一％Ｃ０８中ｋ＋Ｈｓｉｎ币ｋ＝０
拱架内力计算 均布载荷ｗ作用下拱架上任意点Ｋ处的弯
嘞＝（％一Ｐ）ｃｏｓ奴一ＨｓｉｎＯｔ
化工设计２００９．１９（４）
根据受力平衡，对支座Ａ取矩，由∑Ｍ。＝０ 可得：
１．３．１
弯矩
根琚党力半衡，对Ｋ点取矩，由艺ＭＫ＝０ 可得：
％￡一ｒ口麟（寺一ｘ）出一ｒｐ暇（争＋ｘ）如＝ｏ
Ｉ，一生堕 １
８
％墨一峨一‰一ｒ（告一ｘ）口形（ｋ—ｘ）如＝ｏ
同理，对支座Ｂ取矩，由∑Ｍ。＝０可得：
慨＝％ｋ一鼽＋（杈一－ＡＯＷＬ．ａ。）
－＝ｌ
式中，ｆ为拱中心处高度，ｍｍ。 ２．Ｉ．１弯矩 （１）当Ｘｋ＞Ｘ时：
Ｍｌ＝ｖＢＸｋ—Ｆ（ＸｋＥ‘酊ｎ吼＋
÷∑（墨曩）·ＣＯｆｌ中ｋ
Ｊ－＝ｊ＋ｌ
＝一÷Ⅸ＋ＸＦ
Ｊ
＝∑以·ｓｉｎ驴。＋÷∑（互以）‘ｃ。ｓ咖－
ｉ；ｊ＋ｌ Ｊ ｉ＝１
（２）当ｘｋ≤Ｘ时：
ＭＩ＝ＶｓＸｋ—ＨＪＩ
令ｇ＝丁ＯＷＬ则，
％＝譬
式中，ＶＡ、Ｖ。分别表示支座Ａ、Ｂ的竖直反力； Ｌ为两支座间的距离，等于储罐的直径。
１．２支座处水平反力
＝啄＋红一ＯＷ４Ｌｗｒｅ一‰
帆＝訾【３—６警十４（警）２】一磁 令醒＝訾【３—６睾＋４（鲁）２】则，
ＭＫ＝雎一Ｈｙｔ
均布载荷ｗ作用下支座处水平反力计算， 模型见图３。
ＨＢ
彰＼ ＊Ｌ／２
２２（２５８×１４６
（修改回稿２００９一０５—２２）
Ｘ
Ｎ／ｍｍ２
拱架梁采用Ｈ型钢：Ｗ１０
浙江丰利一粉碎工艺及设备获国家发明专利
２００９年６月２４日。国家知识产权局授予浙江丰利粉碎设备有限公司研发的“一种废旧电子线路板的粉碎回收处
理工艺及其设备”为发明专利（专利号：ｚＪ
２００４ ｌ
００８９４１３．８）。这是该产品继荣获２００８年度浙江省科技进步奖二等
ＶＢ
妙■
Ｃ
ｆ
Ｙ
鼽＝丽ＦＯＷ面Ｌ３瓯（艉Ｆ面—万一ｃ。触）
１．３．２轴向力
ｌ
ｏ
因拱架通常受压，所以取使截面受压的轴力 为正，反之为负。取ＢＫ段为隔离体，将该段上 各力向垂直于截面Ｋ的方向上投影，见图４，由 平衡条件得：
』Ｖｌ＋Ｐｓｉｎ中。一％８ｉｎ驴Ｉ—Ｈｃｏｓ中Ｉ＝０
图３支座水平反力计算模型
由Ｍ。＝０得，
矩Ｍｎ轴向力Ｎ¨剪力Ｎｏ计算，模型见图４。
Ⅳｊ＝（％一下ＯＷＬ＾．．。＋ｇ％：）ｃ。ｓ中。一ｔｔｓｉｎ蛾
２拱架集中载荷分析
集中荷载包括风荷载、内部吊顶拉杆荷载、 局部平台等产生的荷载。 ２．１单个集中力
图４任意点Ｋ处的受力计算模型
集中力Ｆ作用下拱架上任意点Ｋ处的弯矩
万方数据
２００９．１９（４）
王彬大型立式圆筒形储罐拱架应力强度计算