第十一章 油罐的抗风设计

第十一章油罐的抗风设计第一节风载荷的分布和计算第一节风荷载的分布和计算一、风压的计算风压是根据风速进行计算的，而风速的资料系根据气象部门多年的测量和统计得出的。我国的标准风速是以一般平坦地区、离地10米高、30年一遇的10分钟平均最大风速为依据的。风速与风压的关系：220Vw式中：0w，标准风压，Pa；，空气密度，常取3kg/m225.1；V，标准风速，s/m；二、罐罐壁风压分布分析1、壁的风压分布对固定顶罐和敞口罐在试验风压为w0时，外壁风压分布是不均匀的。从图中可看出：只有迎风面60中心角所对应的罐壁是受压的，其余罐壁承受的是张力。（一部分压能转化为风速能）最大风压是在20所对应的弧长上，风压近似为常数，最大风压发生在驻点，其值为w0。2、壁的风压分布对固定顶储罐风载引起的风压仅存在罐壁外部，不存在内壁的风压分布问题。对敞口储罐，由于风吹过时引起抽力，故管内壁全部是负压，风洞试验表明最大负压值为20w，位于驻点内侧，而其余部位的负压值变化不大，与驻点值相近。3、壁在外压作用下的屈曲特征同样的试验模型、实验表明：风压的临界压力（即驻点A处的最大不失稳压力）比均匀外压作用下的临界压力约高13％左右。罐壁的外压失稳是由瞬时外压控制。当外压保持在比临界压力低一点时，模型不会出现屈曲，一旦增压至临界压力，立即发生凹瘪。另外，若是罐壁制造时存在椭圆度或存在局部凹瘪，这些部位在风压下会提前失稳。4、罐罐壁的设计外压储罐的外压包括风压和罐内负压两部分。由于在风载作用下驻点的临界压力比均匀外压作用下的临界压力要高，因此在工程用驻点处最大侧压力作为设计外压是简单而安全的。⑴浮顶罐罐壁的设计外压021wKKKPz式中：1K，体型系数，故取5.11K。2K，转换系数25.25.1K22。zK，风压高度变化系数。⑵固定顶储罐的设计外压pKwKKPz302式中：p，操作负压，一般取Pa500p；3K，呼吸阀打开的滞后系数，一般取K3=1.2；⑶内浮顶储罐的设计外压02wKKPz第二节抗风圈的设计和计算第二节抗风圈的设计敞口油罐应设置抗风圈以保持油罐受风载荷时的圆度。抗风圈设置在油罐的顶部。我国通常将抗风圈置于包边角钢以下1m的位置上。抗风圈的外形可以是圆的，也可是多边形的，它是由钢板和型钢拼装成的组合断面结构。1、抗风圈所需最小截面系数WZ若Pa7000w，VVHDWz07385.04058.0058.02若Pa7000W，70058.002WHDWZ式中：D，油罐内径，m；H，油罐全高，m；WZ，抗风圈所需最小截面系数，cm3。或者使用以下公式：02082.0HwDWz式中：D，油罐内径，m；H，油罐全高，m；WZ，抗风圈所需最小截面系数，mm3。抗风圈与罐壁连接处上下各16倍壁板厚度可以认为能与抗风圈同时工作，因而可以计算在抗风圈截面内。当抗风圈遇盘梯而需开口时，应进行补强，使其断面系数不低于WZ，如图11-2所示。图中断面AA、BB、CC的截面系数均需大于WZ。抗风圈的外周边可以是圆形或多边形，它可以采用型钢与钢板的组合件制成。所用钢板的最小厚度为5mm。2、抗风圈下支托的最大间距Lmax抗风圈与罐壁共同作用范围（两侧各16倍壁厚截面）组成一个近似I型断面薄腹梁，在受载状态下，除了应满足强度条件外，尚需满足在受弯时不发生侧向失稳。抗风圈下支托的最大间距Lmax可如下选取：1maxb)24~18(L式中；1b，I字形截面薄腹梁受压翼缘宽度，在此指抗风圈边缘高度，cm。对于某些大容量储罐，当设置一道抗风圈显得困难或不经济时，也可设计成两道抗风圈。如某4万m3浮顶罐，应需4709cm3，实设成2cm25303；某13万m3浮顶罐，应需14925cm3，实设成2cm82883。第三节加强圈的设计计算第三节加强圈的设计和计算设置加强圈是为了防止油罐下部筒体被吹瘪。加强圈的功能是在罐壁上形成节线圆。当两个加强圈之间的罐壁许用临界压力大于设计外压时，就可以认为罐壁具备了足够的抗风能力。PPcr][式中：][crP，罐壁的许用临界压力，Pa；P，设计外压，Pa。一、SH3046-1992方法该方法以薄壁圆筒在外压作用下的临界压力计算公式为基础，取EcrHDP5.15.2min16000][式中：min，罐壁最薄圈板的厚度，mm；D，储罐内径，m；EH，抗风圈以下（对固定顶储罐系指包边角钢以下）的罐体的总的当量高度，m；eEHH，5.2min)(hHeeH，抗风圈以下各圈板的当量高度，m；h，抗风圈以下各圈板的实际高度，m；，抗风圈以下各圈板的实际厚度，mm。注：此处、min均不包括腐蚀裕度（因为腐蚀裕度内的金属到一定年限后要腐蚀掉）。加强圈设计方法：P与]P[cr的关系所须加强圈个数加强圈位置][crPP0nPPnPcr][1n)ZZ,i,1(1为整数niHniE规范要求加强圈与环焊缝之间的距离应不小于150mm。二、英国BS2654标准推荐方法eEHH5.2min5minhhHe5.15.2min35minDKDKHPawVVK580563.3950002式中：wV，设计风速（该风速为瞬时风速），m/s；aV，设计真空度，对常压固定顶罐和敞口罐取mbar5Va；K1，相当于临界载荷]P[cr。加强圈设计方法：HP与HE的关系所需设计的加强圈个数加强圈的位置EPHH0PEPHnHnH)1(nZnniHniE,11注：规范要求加强圈与环焊缝之间的距离应不小于150mm。若计算值不满足此要求，则需对加强圈的位置进行调整，要求调整后的个加强圈之间的距离满足不大于HP或加强圈之间节筒的许用临界压力大于设计外压。