第三章 尺寸选择和强度设计

最大环向应力所在处！
max
p0 H y0 g D
2t
二、罐壁钢板厚度设计原则
① 靠近罐底部的圈板按强度条件计算，靠近 罐顶部的圈板按刚度条件设计； ② 按强度条件设计的圈板应以该圈板上的最 大环向应力计算； ③ 储存油品密度（即容重）比水小，则按静 水压考虑；反之，按油品实际密度计算。 ④ 中小型油罐的壁厚计算可采用定点法，而 大型油罐多采用变点法。
五、罐壁厚度的变点设计
t 01
( H 0.305) D 1 (18.35 0.305) 60 28.07 mm 2[] 2 21.43 0.9
0.022D t 01 1.06 H
H HD [] 2[] 1 18.35 1 18.35 60 21.43 0.9 2 21.43 0.9
§3-1 罐壁结构
● 圈板宽度hi ① 圈板宽度越小，阶梯形折线越趋近于理论 计算直线，材料也就越省，但环焊缝数就越 多，增加了制造安装工作量。 ② 若底层圈板太窄，则由边缘力所引起的最 大环向应力有可能落在上层圈板的下部，从 而造成上圈板比底圈板厚的不合理现象。故 圈板宽度不宜太窄！ ????
§3-1 罐壁结构
五、罐壁厚度的变点设计
● 四、例题 例题：
例 1 已知 50000m3 储罐直径 D=60m，罐壁 高 19.35m， 最高液位 18.35m， 每圈壁板高度 为 1.93m 。 试 水 时 的 许 用 应 力 [] 21.43kgf / mm 2 。 要求用变点设计法计算在 充水条件下最下面 3 圈壁板的计算厚度。 解：1、求底圈板的计算壁厚
五、罐壁厚度的变点设计
● 变点设计步骤：
2、 第 二 圈 壁 板 的 计 算
h1 1.375时, t 02 t 01 当 Rt 01
由 于 最 大 应 力 落 在 第 二 圈 上 ， 同 时 环 板 的 弯 矩 对 第 二 圈 有 较 大 影 响 ， 为 二 向 应 力 状 态 ， 为 了 h 1 1 .6 m 确 保 第 二 圈 的 安 全 ， 取t 02 t 01 （ 当
3 m 时 ， 10 万 以 上 油 罐 属 于 这 一 类 ） 。
1.375 当
t 02 t a 2 t 01
h1 2.625 时 ， Rt 01
h1 t a 2 2 . 1 1.25 Rt 01
五、罐壁厚度的变点设计
● 变点设计步骤：
1 b
or
当该理论应用于构件的强度计算时，其强度条件为：
1
b
n
1
一、罐壁强度条件
油罐在接近常压的条件下贮存油品时，罐壁 沿高度所受内压力主要是液体静压和较低的 蒸汽压力。 在液面以上罐壁仅受蒸汽压力p0的影响，而距 罐底y处的压力为py=p0+(H-y)ρg。
一、罐壁强度条件
注意各量意 义及单位！
（3-2）
三、中小型油罐壁厚的定点设计
上式中：
H —计算圈板底边至罐壁顶端（当设有溢流口时，应
至溢流口下沿）的垂直高度，m； D —油罐直径，m； t0—由强度条件计算的壁厚，mm； [σ]—设计温度下罐壁钢板的许用应力，kgf/mm2；
ρ—储液容重，当γ储液＞1t/m3时，取储液实际容重；
四、中小型油罐壁厚选用注意事项
四、中小型油罐壁厚选用注意事项
● 最小壁厚要求
按式（3-1）算得的油罐上部壁厚较薄，这容易造成 施工变形过大，安装后圆度不易保证，抗风能力不
足，使用寿命也会受到影响。
为了满足油罐安装和使用的稳定要求，壁厚应符合
最小壁厚的规定，详见P48表3-1。
五、罐壁厚度的变点设计
教学内容
第三章 立式圆柱形油罐的尺寸选择和 罐壁强度设计
§3-1 §3-2 §3-3 §3-4 §3-5 罐壁结构 罐壁钢板厚度计算 立式圆柱形油罐直径和高度的选择* 罐壁边缘应力计算（下节点计算） 罐壁的开孔补强
教学目标
1、了解罐壁结构，熟练掌握罐壁厚度的定点 设计法;会用变点设计法来计算罐壁厚度。 2、学会结合油罐结构特点，并按材料最省和 投资费用最低两种类型来确定油罐的基本尺 寸——油罐的直径和高度。 3、了解罐壁开孔补强的原因，掌握补强的方 法及相关的计算公式。
§3-1 罐壁结构
● 连接形式——混合式
大型立式油罐如果不是浮顶罐， 下部＞16mm的圈板之间也采用 对接，以保证焊接质量，而上部 较薄的圈板仍可采用套筒式搭接， 这样就变成了对接—搭接的混合 式连接，如右图所示。
§3-1 罐壁结构
● 连接注意事项 ① 若对接钢板厚度＞6mm，则必须开坡口； ② 罐壁上下圈板采用套筒式搭接时，罐壁外 侧角焊缝采用连续焊，其焊脚高度≮焊缝上 侧壁厚的2/3，且≮ 4mm，罐壁内侧角焊缝常 采用间断焊；但对腐蚀性介质，仍采用连续 焊，以避免搭接缝隙的腐蚀。
五、罐壁厚度的变点设计 H 0.305R t 。
0
美国标准 API650，x=0.305m，x=1ft，则

三 、罐 壁 的 变 点 设 计 法 变 点 法 是 根 据 不 同 情 况 改 变 折 减 高 度 。 1、 第 一 圈 壁 板 的 计 算
● 变点设计步骤：
H 0.305D t 01 2 0.0223D H HD t 01 1.06 H 2 t 01 为 两 式 中 的 较 小 值 。
● 变点设计概念：据各圈板下端不同位置的 环向应力计算各圈板壁厚的方法。 ● 设计思路：考虑到罐壁相邻圈板之间的相 互影响，确定各圈板最大环向应力的位置， 并以此计算各圈板的壁厚。
五、罐壁厚度的变点设计
● 变点设计优点： ① 比定点设计更符合罐壁应力的实际情况；
② 对大容量罐，可减少某些圈板的壁厚，从 而节省钢材； ③ 在tmax范围内可选更大直径的罐。
t 0i t ai (i 3)
t 0i t ai
4、t ai
(i 2) 的 计 算
五、罐壁厚度的变点设计
● 变点设计步骤：
t ai 的 ① 求 初 值
t ai0
D( H i 0.305) 2[]
②k
t 0i 1 k ( k 1) C ； ； 1 k k t ai0
根据API650推荐，圈板hmin≮1.83米，而根 据我国实际，钢板宽度下限为：
D＞16.5m，h≥1m
D＜16.5m，h≥0.5m
§3-2 罐壁钢板厚度计算
● 理论基础：轴对称回转薄壳的无力矩理论和第一
强度理论。
第一强度理论认为：不论材料处于何种应力状态，只要材
料最大拉应力σ1达到材料单向拉伸断裂时的最大拉应力即 强度极限σb，材料将发生断裂。故材料的断裂条件为：
§3-1 罐壁结构
② 为减少焊接影响和变形，相邻两圈板的纵 向焊缝宜错开1/3板长（向同一方向），焊缝 间距≥500mm。 ③ 浮顶油罐各圈板之间的连接必须采用对接， 且内壁齐平。否则，浮顶难以随液面升降而 上下移动。
§3-1 罐壁结构
● 连接形式—搭接（即套筒式） 拱顶罐相邻上下圈板的连接可 用套筒式搭接，如右图所示。 圈板间的搭接长度常取为35～ 60mm或(6～8)t（t为壁厚）， 但L搭≮30mm。
0.022 60 1.06 18.35 28.26mm
五、罐壁厚度的变点设计
● 例题：
取以上两种结果的较小值， 所以底圈板的 计算壁厚t 0 1 28.07 mm 。 t 02 （计算中 i=2） 2、求第 2 圈计算壁厚
h i 1 Rt 0 (ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱi 1)

三、中小型油罐壁厚的定点设计
① 定点设计：按距各圈板下端相同位置的环向应力 计算各圈板的壁厚。
三、中小型油罐壁厚的定点设计
② 壁厚计算：
据理论分析和实验测定，对于中小型罐，各圈板环
向应力最大的点不一定在圈板的最下端，而在圈板
下端以上约0.3m的位置，则：
H 0.3D t0 2
h1 Rt 0 1
1.93 2 .1 30 0.02807
1.375<2.1<2.625
t 02 t a 2 ( t 01 t a 2 )( 2.1 h1 ) 1.25 Rt 01
0.022 60 1.06 18.35
例 1 已知 50000m3 储罐直径 D=60m，罐壁 高 19.35m， 最高液位 18.35m， 每圈壁板高度 为 1.93m 。 试 水 时 的 许 用 应 力 [] 21.43kgf / mm 2 。 要求用变点设计法计算在 ● 例题： 充水条件下最下面 3 圈壁板的计算厚度。 解：1、求底圈板的计算壁厚
§3-1 罐壁结构
● 罐壁排板 罐壁的纵截面一般为由下至上的逐级减薄的 阶梯形，是由不同厚度的钢板焊接而成的。各 相邻圈板的厚度，可根据计算取相等，但上圈 板的厚度不得大于下圈板的厚度，即ti≥ti+1。
§3-1 罐壁结构
● 连接形式——对接
① 所有纵焊缝均采用对接， 且必须全焊透。 原因：由于罐壁纵焊缝直接 承受液压产生的环向拉应力， 且σθ>σφ。
x 1 0.61 Rt ai 0 0.32CH i x 2 CH i x 3 1.22 Rt ai 0 x min{ x 1 , x 2 , x 3 }
t ai D( H i x ) 2[]
③ 若 t ai t ai 0 ， 则 计 算 结 束 。 否 则 t ai0 t ai ， 重 复 执 行 ② 。
当γ储液≤1t/m3时，取1t/m3 ； η—焊缝系数，取0.9。
三、中小型油罐壁厚的定点设计
美国标准 API650，折减高度x=0.305m，则