1 12 塔的强度设计塔的强度设计本章重点本章重点本章计算本章计算重点重点本章计算本章计算难点难点2 22 塔的强度设计塔的强度设计 第第1 1步：步：按设计条件初步确定塔体及封头厚度按设计条件初步确定塔体及封头厚度与前面章节与前面章节 内压容器内压容器 和和 外压容器外压容器 所学知识相同。所学知识相同。（图算法）（图算法）3 3特点特点安装在室外，靠裙座底部的地脚螺栓固定在安装在室外，靠裙座底部的地脚螺栓固定在 混凝土基础上，常称为混凝土基础上，常称为自支撑式塔自支撑式塔。承受载荷承受载荷介质压力介质压力各种重量各种重量管道推力管道推力偏心载荷偏心载荷风载荷风载荷地震载荷地震载荷包括塔体、塔内件、介包括塔体、塔内件、介质、保温层、操作平台、质、保温层、操作平台、扶梯等附件的重量扶梯等附件的重量第第2步：步：塔体承受的各种载荷塔体承受的各种载荷 4 4第一步：第一步：按设计条件初步确定塔体及封头厚度；按设计条件初步确定塔体及封头厚度；第二步：第二步：计算塔设备承受的各种载荷；计算塔设备承受的各种载荷；第三步：第三步：对危险截面的轴向总应力进行强度和稳定性校核；对危险截面的轴向总应力进行强度和稳定性校核；第四步：第四步：设计计算裙座、基础环板、地脚螺栓等。设计计算裙座、基础环板、地脚螺栓等。 2 塔的强度设计塔的强度设计 5 5三种工况三种工况正常操作正常操作停工检修停工检修水压试验水压试验三种工况下三种工况下轴向强度及稳定性校核轴向强度及稳定性校核的基本步骤：的基本步骤：按设计条件，初步确定塔的厚度和其他尺寸。按设计条件，初步确定塔的厚度和其他尺寸。计算塔设备计算塔设备危险截面的危险截面的载荷，包括重量、风载荷、地震载荷，包括重量、风载荷、地震载荷和偏心载荷等。载荷和偏心载荷等。危险截面的轴向强度和稳定性校核。危险截面的轴向强度和稳定性校核。 设计计算裙座、基础环板、地脚螺栓等。设计计算裙座、基础环板、地脚螺栓等。6 6第第2步：塔体承受的各种载荷步：塔体承受的各种载荷 m01塔体、裙座质量；塔体、裙座质量；m02塔内件如塔盘或填料的质量；塔内件如塔盘或填料的质量；m03保温材料的质量；保温材料的质量；m04操作平台及扶梯的质量；操作平台及扶梯的质量；m05操作时物料的质量；操作时物料的质量；ma塔附件如人孔、接管、法兰等质量；塔附件如人孔、接管、法兰等质量；mw水压试验时充水的质量；水压试验时充水的质量；me偏心载荷。偏心载荷。一、质量载荷质量载荷包括包括：7 7塔设备在塔设备在正常操作时正常操作时的的质量质量塔设备在塔设备在水压试验时水压试验时的的最大质量最大质量塔设备在塔设备在停工检修时停工检修时的的最小质量最小质量第第2步：塔体承受的各种载荷步：塔体承受的各种载荷 一、质量载荷质量载荷m01塔体、裙座质量；塔体、裙座质量；m02塔内件如塔盘或填料的质量；塔内件如塔盘或填料的质量；m03保温材料的质量；保温材料的质量；m04操作平台及扶梯的质量；操作平台及扶梯的质量；m05操作时物料的质量；操作时物料的质量；ma塔附件如人孔、接管、法兰等质量；塔附件如人孔、接管、法兰等质量；mw水压试验时充水的质量；水压试验时充水的质量；me偏心载荷。偏心载荷。8 8二、风载荷二、风载荷 1. 影响：影响：（1）使塔体产生应力和变形；）使塔体产生应力和变形； 使塔体产生顺风向的振动使塔体产生顺风向的振动(纵向振动纵向振动)； 使塔体产生垂直于风向的诱导振动使塔体产生垂直于风向的诱导振动(横向振动横向振动)。（2）过大的塔体应力会导致塔体的强度及稳定失效。）过大的塔体应力会导致塔体的强度及稳定失效。（3）太大的塔体挠度会造成塔盘上流体分布不均，分）太大的塔体挠度会造成塔盘上流体分布不均，分 离效率下降。离效率下降。9 92. 风载荷的构成：风载荷的构成：一种随机载荷。一种随机载荷。对于顺风向风力，认为由两部分组成：对于顺风向风力，认为由两部分组成：（1）平均风力（稳定风力），对结构的作用相当于）平均风力（稳定风力），对结构的作用相当于 静力的作用。静力的作用。 平均风力是风载荷的静力部分，其值等于风压平均风力是风载荷的静力部分，其值等于风压 和塔设备迎风面积的乘积。和塔设备迎风面积的乘积。（2）脉动风力（阵风脉动），对结构的作用是动力）脉动风力（阵风脉动），对结构的作用是动力 的作用。的作用。 脉动风力是非周期性的随机作用力，它是风载脉动风力是非周期性的随机作用力，它是风载 荷的动力部分，会引起塔设备的振动。荷的动力部分，会引起塔设备的振动。 计算时，折算成静载荷，即在静力基础上考虑计算时，折算成静载荷，即在静力基础上考虑 与动力有关的折算系数，称风振系数。与动力有关的折算系数，称风振系数。10101111风载荷计算简图风载荷计算简图0-00-0截面：截面：塔设备的基底截面；塔设备的基底截面；1-11-1截面：截面：裙座上人孔或较大裙座上人孔或较大管线引出孔处的截面；管线引出孔处的截面；2-22-2截面：截面：塔体与裙座连接缝塔体与裙座连接缝处的截面。处的截面。12123. 风力计算风力计算 塔设备中第塔设备中第 i 计算段所受的计算段所受的水平风力水平风力可由下式计算可由下式计算式中式中塔设备中第塔设备中第 i 段的水平风力，段的水平风力，N；体型系数；体型系数；塔设备中第塔设备中第i 计算段的风振系数；计算段的风振系数；风压高度变化系数；风压高度变化系数；各地区的基本风压，各地区的基本风压，N/m2；塔塔设备各各计算段的算段的计算高度，算高度，m； 塔设备中第塔设备中第i 段迎风面的有效直径，段迎风面的有效直径，m；1313基本风速，随地区、季节及离地面的基本风速，随地区、季节及离地面的 高度而变化，高度而变化，m/s。a.基本风压基本风压q0基本风压基本风压q0由相应地区的由相应地区的基本风速基本风速v0 通过下式确定通过下式确定 式中式中基本风压基本风压, N/m2空气密度空气密度, 随当地的高度和湿度而异，随当地的高度和湿度而异， kg/m3；1414空气密度空气密度- 根据一个大气压下、根据一个大气压下、10 时干空气密度计算，即时干空气密度计算，即=1.25 kg/m3；基本风速基本风速v0- 采用离地面高度采用离地面高度10m，30年年 一遇，一遇，10分钟内平均最大风速。查图。分钟内平均最大风速。查图。我国设计规范规定：我国设计规范规定：1515b. 高度变化系数高度变化系数 fi风速或风压随离地面的高度而变化。风速或风压随离地面的高度而变化。 风速沿高度变化呈指数规律，风压等于风速沿高度变化呈指数规律，风压等于基本风压基本风压 q0与高度变化系数与高度变化系数fi 的乘积的乘积。 风压高度变化系数风压高度变化系数fi 值随地面的粗糙度类别而不同，值随地面的粗糙度类别而不同，见表。见表。1616风压高度变化系数风压高度变化系数 fi距地面高度H距地面高度距地面高度距地面高度距地面高度 Hit地面粗糙度地面粗糙度类别ABCD51.171.000.740.62101.381.000.740.62151.521.140.740.62201.631.250.840.62301.801.421.000.62401.921.561.130.73502.031.671.250.84602.121.771.350.93702.201.861.451.02802.271.951.541.11902.342.021.621.191002.402.091.701.271502.642.382.031.612002.832.612.301.921717注：注：A 类地面粗糙度指近海海面、海岸、海岛、湖岸类地面粗糙度指近海海面、海岸、海岛、湖岸 及沙漠地区；及沙漠地区；B 类指田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀疏类指田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀疏 的乡镇和城市郊区。的乡镇和城市郊区。C 类指具有密集建筑群的城市市区。类指具有密集建筑群的城市市区。 D D 类指有密集建筑群且房屋较高的的城市市区类指有密集建筑群且房屋较高的的城市市区. .1818c. 风压风压 塔高度塔高度10m：分段计算，每：分段计算，每10m 分为一计算段，余分为一计算段，余 下的最后一段高度取其实际高度。下的最后一段高度取其实际高度。 其中任意计算段风压为：其中任意计算段风压为：第第i 段的风压，段的风压，N/m2。式中式中1919d. 体型系数体型系数K1 在同样风速条件下，风压在不同体型结构表面分布不相同。在同样风速条件下，风压在不同体型结构表面分布不相同。细长圆柱形塔体结构细长圆柱形塔体结构，体型系数，体型系数 K1=0.72020e. 风振系数风振系数K2i 风振系数风振系数K2i ：是考虑风载荷的：是考虑风载荷的脉动性质脉动性质和塔体的动和塔体的动 力特性的折算系数。力特性的折算系数。塔的振动会影响风力的大小。塔的振动会影响风力的大小。当塔设备越高时，基本周期越大，塔体摇晃越甚，当塔设备越高时，基本周期越大，塔体摇晃越甚，则反弹时在同样的风压下引起更大的风力。则反弹时在同样的风压下引起更大的风力。 2121塔高塔高H20m的塔设备，取的塔设备，取K2i =1.70。塔高塔高H20m时，时， K2i 按下式计算按下式计算脉动增大系数，其值按表确定；脉动增大系数，其值按表确定；式中式中第第 i 段的脉动影响系数，由表确定；段的脉动影响系数，由表确定；第第 i 段的振型系数，由表查得。段的振型系数，由表查得。zi2222脉动放大系数脉动放大系数q1T12/(Ns2/m2)10204060801001.471.571.691.771.831.88q1T12/(Ns2/m2)200400600800100020002.042.242.362.462.532.80q1T12/(Ns2/m2)4000600080001000020000 300003.093.283.423.543.914.14注注:(1) 计算计算 时，对时，对B类可直接代入基本风压即类可直接代入基本风压即 ,而对而对A类以类以 =1.38，C类类 =0.62，D类类 =0.32 (2) T1为第一自振周期。为第一自振周期。2323脉动影响系数脉动影响系数 vi1020406080100150200A0.78 0.830.870.890.89 0.890.870.84B0.72 0.790.850.880.89 0.900.890.88C0.64 0.730.820.870.90 0.910.930.93D0.53 0.650.770.840.92 0.920.971.00 注：表中注：表中hit 为塔设备第为塔设备第 i 计算段顶部截面至地面的高度，计算段顶部截面至地面的高度，m。 2424振型系数振型系数Zi 相相对高度高度hit /H振型序号振型序号120.100.02-0.090.200.06-0.030.300.14-0.530.400.23-0.680.500.34-0.710.600.46-0.590.700.59-0.320.800.790.070.900.850.521.001.001.00h hit it为第为第 i 计算段顶部计算段顶部截面至地面的高度，截面至地面的高度，m ； H 为塔设备总高度，为塔设备总高度，m 。 2525f. 塔设备迎风面的有效直径塔设备迎风面的有效直径Dei 塔设备迎风面有效直径塔设备迎风面有效直径Dei：该段所有受风构件迎风面宽度总和。：该段所有受风构件迎风面宽度总和。当笼式扶梯与塔顶管线布置成当笼式扶梯与塔顶管线布置成180时时当笼式扶梯与塔顶管线布置成当笼式扶梯与塔顶管线布置成90时，时， Dei 取下列两式中的较大值。取下列两式中的较大值。2626塔设备各计算段的外径，塔设备各计算段的外径，m；式中式中 塔设备各计算段保温层的厚度，塔设备各计算段保温层的厚度，m；塔顶管线外径，塔顶管线外径，m；管线保温层的厚度，管线保温层的厚度，m；笼式扶梯的当量宽度，当无确定数据时，可取笼式扶梯的当量宽度，当无确定数据时，可取=0.40 m；操作平台的当量宽度，操作平台的当量宽度，m；第第 i 段内操作平台构件的投影面积段内操作平台构件的投影面积(不计不计 空挡的投影面积空挡的投影面积)，m2；操作平台所在操作平台所在计算段的高度，算段的高度，m。 2727将塔设备沿高度分为若干段，则水平风力在任意截面处的将塔设备沿高度分为若干段，则水平风力在任意截面处的风弯矩为：风弯矩为：4.风弯矩计算风弯矩计算 2828当发生地震时，塔设备作为悬壁梁，在地震载荷作用下产当发生地震时，塔设备作为悬壁梁，在地震载荷作用下产生弯曲变形。生弯曲变形。安装在安装在7 7度度及及7 7度以上度以上地震烈度地区的塔设备必须考虑它的地震烈度地区的塔设备必须考虑它的抗震能力，计算出抗震能力，计算出水平地震力水平地震力，垂直地震力垂直地震力和和地震弯矩地震弯矩。三、地震载荷三、地震载荷地面水平方向（横向）的运动会使设备产生水平方向的振地面水平方向（横向）的运动会使设备产生水平方向的振动，危害较大。动，危害较大。垂直方向（纵向）的危害较横向振动要小，只有当地震烈垂直方向（纵向）的危害较横向振动要小，只有当地震烈度为度为8度或度或9度度地区的塔设备才考虑纵向振动的影响。地区的塔设备才考虑纵向振动的影响。2929（1）地震力计算）地震力计算a. 水平地震力：水平地震力： 地震时地面运动对于设备的作用力。地震时地面运动对于设备的作用力。对应于塔器基本固有周期对应于塔器基本固有周期T1 的地震影响系数的地震影响系数 值值 ；第第k 段塔节的集中质量段塔节的集中质量mk离地面的距离，离地面的距离，m；第第k 段塔段塔节的集中的集中质量，量，kg； Cz 结构综合影响系数，对圆筒形直立设备取结构综合影响系数，对圆筒形直立设备取C=0.5。3030塔设备是一多质点的弹性体系。塔设备是一多质点的弹性体系。3131式中式中特征周期，按场地土的类型及震区特征周期，按场地土的类型及震区 类型由表类型由表7-9确定；确定；地震影响系数的最大地震影响系数的最大值，查表。表。 衰减指数；衰减指数；阻尼阻尼调整系数。整系数。地震影响系数地震影响系数根据场地土的特性周期及塔根据场地土的特性周期及塔的自震周期由下图确定。的自震周期由下图确定。3232场地土类型场地土类型设计地震分组设计地震分组第一组第一组第二组第二组第三组第三组0.250.300.350.350.400.450.450.550.650.650.750.90场地土的特性周期场地土的特性周期Tg类类场地土：坚硬场地土，场地土：坚硬场地土，类类场地土：中硬场地土，场地土：中硬场地土，类类场地土：中软场地土，场地土：中软场地土，类类场地土：软弱场地土。场地土：软弱场地土。3333设防烈度设防烈度7890.08（0.02)0.16(0.24）0.32地震影响系数地震影响系数 max注注：括号中数值分别用于括号中数值分别用于GB50011-2001规定的规定的 设计基本加速度为设计基本加速度为0.15g和和0.3g的地区。的地区。3434式中式中 塔的阻尼比。塔的阻尼比。3535式中式中直线下降段下降斜率的调整系数。直线下降段下降斜率的调整系数。3636b. 垂直地震力垂直地震力在在设防烈度为设防烈度为8度或度或9度度的地区才考虑。的地区才考虑。在地面的垂直运动作在地面的垂直运动作用下，塔设备底部截用下，塔设备底部截面上的垂直地震力为：面上的垂直地震力为：3737垂直地震影响系数的最大值，取垂直地震影响系数的最大值，取=0.65式中式中塔设备的当量质量，取塔设备的当量质量，取 =0.75 ，kg；塔塔设备操作操作时的的质量，量，kg。 ；3838塔任意质点塔任意质点 i 处垂直地震力为处垂直地震力为3939(2) 地震弯矩地震弯矩在水平地震力的作用下，塔设备的任意计算截面在水平地震力的作用下，塔设备的任意计算截面i-i处，处，基本振型的地震弯矩为基本振型的地震弯矩为式中式中 任意截面任意截面 i-i处基本振型的地震弯矩，处基本振型的地震弯矩，Nm。4040在距离地面高度为在距离地面高度为x 处，取微元处，取微元dx，则质量为，则质量为mdx，其振型参考系数为其振型参考系数为等直径、等壁厚的塔，质量沿塔高是均匀分布的。等直径、等壁厚的塔，质量沿塔高是均匀分布的。4141则水平地震力则水平地震力 dFk1为为4242设任意计算截面设任意计算截面i-i距地面的高度为距地面的高度为 h，基本振型在，基本振型在i-i截面处产生的地震弯矩为截面处产生的地震弯矩为4343当当 h=0时，即塔设备底部截面时，即塔设备底部截面0-0处，由基本振型处，由基本振型产生的地震弯矩为产生的地震弯矩为当当H/DH/Di i1515，或高度大于等于，或高度大于等于20m20m时，视设备为柔性结构，时，视设备为柔性结构，必须考虑高振型的影响，在进行稳定或其他验算时，所必须考虑高振型的影响，在进行稳定或其他验算时，所取的地震弯矩值应为上列计算值的取的地震弯矩值应为上列计算值的1.251.25倍。倍。4444定义：塔体上悬挂的再沸器、冷凝器等附属设备或其它附件定义：塔体上悬挂的再沸器、冷凝器等附属设备或其它附件 所引起的载荷。所引起的载荷。四、偏心载荷四、偏心载荷载荷产生的弯矩为：载荷产生的弯矩为：重力加速度，重力加速度，m/s2; 式中式中偏心距，即偏心质量中心至塔设备中心线偏心距，即偏心质量中心至塔设备中心线 间的距离，间的距离，m；偏心弯矩，偏心弯矩，Nm。4545五、最大弯矩五、最大弯矩 确定最大弯矩时，偏保守地设为风弯矩、地震弯矩和偏心确定最大弯矩时，偏保守地设为风弯矩、地震弯矩和偏心弯矩同时出现，且出现在塔设备的同一方向。弯矩同时出现，且出现在塔设备的同一方向。但考虑到最大风速和最高地震级别同时出现的可能性很小，但考虑到最大风速和最高地震级别同时出现的可能性很小，在在正常或停工检修正常或停工检修时，取计算截面处的最大弯矩为时，取计算截面处的最大弯矩为取其中较大值取其中较大值4646在在水压试验水压试验时，由于试验日期可以选择且持续时间较短，时，由于试验日期可以选择且持续时间较短，取最大弯矩为取最大弯矩为4747第第3 3步：步：筒体的强度及稳定性校核筒体的强度及稳定性校核确定壁厚确定壁厚 根据操作压力根据操作压力(内压或真空内压或真空)计算塔体厚度之后，对正计算塔体厚度之后，对正常操作、停工检修及压力试验等工况，分别计算各工常操作、停工检修及压力试验等工况，分别计算各工况下相应压力、重量和垂直地震力、最大弯矩引起的况下相应压力、重量和垂直地震力、最大弯矩引起的筒体轴向应力，再确定最大拉伸应力和最大压缩应力，筒体轴向应力，再确定最大拉伸应力和最大压缩应力，并进行强度和稳定性校核。并进行强度和稳定性校核。如不满足要求，则须调整塔体厚度，重新进行应力校如不满足要求，则须调整塔体厚度，重新进行应力校核。核。4848一、筒体轴向应力一、筒体轴向应力（1）内压或外压在筒体中引起的轴向应力）内压或外压在筒体中引起的轴向应力P 设计压力，取绝对值，设计压力，取绝对值，Pa。4949（2）重力及垂直地震力在筒壁中产生的轴向压应力）重力及垂直地震力在筒壁中产生的轴向压应力任意截面任意截面i-i以上塔设备承受的质量，以上塔设备承受的质量，kg；式中式中垂直地震力，仅在最大弯矩为地震弯矩参垂直地震力，仅在最大弯矩为地震弯矩参 与组合时计入此项与组合时计入此项, N。5050（3）最大弯矩在筒体中引起的轴向应力）最大弯矩在筒体中引起的轴向应力计算截面计算截面i-i处的最大弯矩，处的最大弯矩，Nm；式中式中计算截面算截面i-i处的抗弯截面模量，的抗弯截面模量，m3。 5151二、轴向应力校核条件二、轴向应力校核条件最大弯矩在筒体中引起的轴向应力沿环向是不断变化的。最大弯矩在筒体中引起的轴向应力沿环向是不断变化的。与沿环向均布的轴向应力相比，这种应力对塔强度或稳定失与沿环向均布的轴向应力相比，这种应力对塔强度或稳定失效的危害要小一些。效的危害要小一些。在塔体应力校核时，对许用拉伸应力和压缩应力引入载荷组在塔体应力校核时，对许用拉伸应力和压缩应力引入载荷组合系数合系数K，并取，并取K=1.2。5252（1）正常操作和停工检修工况：）正常操作和停工检修工况： 总的轴向应力总的轴向应力 = 1 内、外压内、外压2 重力重力、垂直地震力垂直地震力 + Mmax 最大弯矩引起的轴向应力最大弯矩引起的轴向应力 = + + 迎风侧最大迎风侧最大拉伸拉伸应力：应力： 背风侧最大背风侧最大压缩压缩应力：应力： 其中其中B为许用轴向压缩应力。为许用轴向压缩应力。和和B的确定参表。的确定参表。 + 总的轴向应力总的轴向应力1.2总的轴向应力总的轴向应力 1.2Bmin5353或按或按钢制塔式容器钢制塔式容器JB471092写为：写为：轴向拉伸应力校核：轴向拉伸应力校核： 对内压塔：对内压塔：最大组合轴向拉应力出现在正常操作情况最大组合轴向拉应力出现在正常操作情况1- 2+ Mmax 1.2 - 2+ Mmax 1.2对外压塔：对外压塔：最大组合轴向拉应力出现在非操作情况最大组合轴向拉应力出现在非操作情况5454或按或按钢制塔式容器钢制塔式容器JB471092写为：写为：对内压塔：对内压塔：最大组合轴向压应力出现在停车情况最大组合轴向压应力出现在停车情况轴向压缩应力校核：轴向压缩应力校核： 对外压塔：对外压塔：最大组合轴向压应力出现在正常操作情况最大组合轴向压应力出现在正常操作情况1+ 2+ Mmax cr 2+ Mmax cr 5555例：内压操作的塔设备在例：内压操作的塔设备在2-22-2截面的应力：截面的应力：5656（2）压力试验工况：）压力试验工况：轴向轴向拉伸应力拉伸应力用用其中，其中，为筒体材料屈服点。筒体材料屈服点。 轴向轴向压缩应力压缩应力用用无无（液压试验）（液压试验）（气压试验）（气压试验）总的轴向应力总的轴向应力总的轴向应力总的轴向应力KB 总的轴向应力总的轴向应力min5757 如厚度不能满足上述条件，须重新假设厚度，重复上述计算，直至满足为止。 按设计压力计算的塔体厚度Se； 按稳定条件验算确定的厚度Sei； 按抗拉强度验算条件确定的厚度Sei； 取上述三者中的最大值，作为塔体的有效厚度。5858塔的强度设计的解题思路塔的强度设计的解题思路承受载荷承受载荷介质压力介质压力各种重量各种重量偏心载荷偏心载荷风载荷风载荷地震载荷地震载荷等等等等要用到要用到固有周期固有周期TM应力校核应力校核轴向总应力轴向总应力由弯矩引起的由弯矩引起的由轴向力由轴向力引起的引起的总总1325959第第4步：裙座的强度及稳定校核步：裙座的强度及稳定校核 一、裙座筒体一、裙座筒体受到重量和各种弯矩的作用，但不承受压力。受到重量和各种弯矩的作用，但不承受压力。危险截面危险截面：裙座底部截面，重量和弯矩在裙座底部截面处最大。裙座底部截面，重量和弯矩在裙座底部截面处最大。裙座上的检查孔或人孔、管线引出孔的孔中心所在裙座上的检查孔或人孔、管线引出孔的孔中心所在横截面处。横截面处。6060应力校核应力校核：只校核危险截面的最大轴向只校核危险截面的最大轴向压缩压缩应力。应力。因为裙座筒体不受容器内压力作用，因为裙座筒体不受容器内压力作用，轴向组合拉伸应力总是小于轴向组合轴向组合拉伸应力总是小于轴向组合压缩应力。压缩应力。如基底为危险截面时应满足下列条件：如基底为危险截面时应满足下列条件：其中其中F Fv v 0 00 0仅在最大弯矩为地震弯矩参与组合时计入此项。仅在最大弯矩为地震弯矩参与组合时计入此项。18.2 18.2 塔设备的机械设计塔设备的机械设计6262如裙座上人孔或较大管线引出孔处为危险截面时应满足下列如裙座上人孔或较大管线引出孔处为危险截面时应满足下列条件：条件：操作时操作时其中其中F Fv v 1 11 1仅在最大弯矩为地震仅在最大弯矩为地震弯矩参与组合时计入此项。弯矩参与组合时计入此项。水压实验时水压实验时6363二、裙座基础环二、裙座基础环 裙座基础环的结构分为无筋板的结构及有筋板的结裙座基础环的结构分为无筋板的结构及有筋板的结构两类。基础环的内、外直径可按下式选取构两类。基础环的内、外直径可按下式选取 6464塔设备的重量，塔设备的重量，风载荷、地震载荷及偏心载荷引起的弯矩通过裙座筒风载荷、地震载荷及偏心载荷引起的弯矩通过裙座筒体作用在基础环上的力。体作用在基础环上的力。（1）基础环应力分布）基础环应力分布基础环上受到的力：基础环上受到的力：基础环上的应力：基础环上的应力：在基础环与混凝土基础接触面上，重量引起均布压缩在基础环与混凝土基础接触面上，重量引起均布压缩应力，弯曲引起弯曲应力，压缩应力始终大于拉伸应应力，弯曲引起弯曲应力，压缩应力始终大于拉伸应力，最大压缩应力为力，最大压缩应力为 。基础环板应有足够厚度来承受这种应力。基础环板应有足够厚度来承受这种应力。6565(2) 基础环厚度基础环厚度a. 无筋板基础环无筋板基础环假想把基础环沿圆周方向拉直，当作受到均布载荷假想把基础环沿圆周方向拉直，当作受到均布载荷作用的悬臂梁，梁的长度等于作用的悬臂梁，梁的长度等于b 。设拉直后梁的宽度为。设拉直后梁的宽度为L, 则梁所受的最大弯矩为则梁所受的最大弯矩为6666无筋板的无筋板的基础环基础环 6767由弯矩引起的最大弯应力位于梁根部的上下表面，由弯矩引起的最大弯应力位于梁根部的上下表面，其值应小于基础环材料的许用应力其值应小于基础环材料的许用应力 ，即，即 因此，基础环所需的厚度因此，基础环所需的厚度为为6868b. 有筋板基础环有筋板基础环两相邻筋板之间的基础环板可近似为受均布载荷的两相邻筋板之间的基础环板可近似为受均布载荷的矩形板矩形板(bl ) 有筋板的两侧边有筋板的两侧边(边长为边长为b )视为简支，与裙座筒体视为简支，与裙座筒体连接的边缘连接的边缘(边长视为边长视为l )作为固支，基础环的外边作为固支，基础环的外边缘缘(长度视为长度视为 l )作为自由边。作为自由边。根据平板理论，可以计算板中的最大弯矩根据平板理论，可以计算板中的最大弯矩此时，基础环的厚度为此时，基础环的厚度为6969固支边固支边简支边简支边自由边自由边有筋板的基础环有筋板的基础环7070三、地脚螺栓三、地脚螺栓 作用作用使高的塔设备固定在混凝土基础上，以防风弯矩或使高的塔设备固定在混凝土基础上，以防风弯矩或地震弯矩等使其发生倾倒。地震弯矩等使其发生倾倒。（1 1）在重量和弯矩作用下，如果迎风侧）在重量和弯矩作用下，如果迎风侧 地脚螺栓承受的应力地脚螺栓承受的应力 则表示塔设备自身则表示塔设备自身 稳定而不会倾倒，原则上可不设地脚螺栓，但是为稳定而不会倾倒，原则上可不设地脚螺栓，但是为 了固定设备的位置，还应设置一定数量的地脚螺栓；了固定设备的位置，还应设置一定数量的地脚螺栓；B 07171基础环的应力基础环的应力7272四、裙座与塔体连接焊缝四、裙座与塔体连接焊缝 裙座直接焊接在塔体的底部封头上。裙座直接焊接在塔体的底部封头上。焊缝形式焊缝形式搭接焊缝搭接焊缝对接焊缝对接焊缝搭接焊缝是裙座焊在壳体外搭接焊缝是裙座焊在壳体外侧的结构。侧的结构。焊缝承受由设备重量及弯矩焊缝承受由设备重量及弯矩产生的切应力。这种结构受产生的切应力。这种结构受力情况较差，但安装方便，力情况较差，但安装方便，可用于小型塔设备。可用于小型塔设备。对接焊缝主要校核在弯矩及对接焊缝主要校核在弯矩及重力作用下迎风侧焊缝的拉重力作用下迎风侧焊缝的拉应力。应力。 7373思考题思考题1. 试分析塔在正常操作、停工检修和压力试验等三种试分析塔在正常操作、停工检修和压力试验等三种 工况下的载荷？工况下的载荷？2. 简述塔设备设计的基本步骤。简述塔设备设计的基本步骤。3. 塔设备设计中，哪些危险截面需要校核轴向强度和塔设备设计中，哪些危险截面需要校核轴向强度和 稳定性？稳定性？