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不锈钢储罐环墙基础设计原则及受力分析-《储罐基础工程手册》

作者:镇田机械 时间:2019-04-24 11:24
储罐环墙基础设计原则及受力分析 第一节储罐基础设计原则 储罐基础设计,关键在于正常选择基础型式及地基处理方法。 基础选型应考虑到罐体的型式、容量、地质条件与使用要求。环墙是 信息摘要:

不锈钢储罐环墙基础设计原则及受力分析

节不锈钢储罐基础设计原则

不锈钢储罐基础设计,关键在于正常选择基础型式及地基处理方法。

基础选型应考虑到罐体的型式、容量、地质条件与使用要求。环墙是在罐壁下设置刚度较大的钢筋混凝土环形基础。环基的作用是为了可靠地传递罐壁荷载,防止地基可能局部失稳。

另外,环基内大约在靠近罐中心1m~1.5m范围内的地基反力变化较大,这将导致罐体应力与变形的敏感反应,刚度较大的环基可以起环向变形协调的作用。

从技术经济的角度来看,要求把环基设计得薄点、短点。但环基的高度取决于沉降.

即在油罐充水预压及投入使用后,罐底标高应满足生产使用的要求;环基的厚度及配筋取决于环基的侧向土压力,以及上部传下来的荷载。因此,环基设计与预估沉降有关,亦即要求有预抬高量,而这又要联系到采用怎样的地基处理方案的问题。

在软土地基上建造大型油罐时,油罐底板要有定起拱。由于罐壁下面受到罐体的荷载,为了直接承受该荷载,在罐底边缘下采用环基和砂砾、碎石或砂垫层。利用充水预压,般就可解决问题。如果为了加速地基固结,可辅以竖向排水体或其他地基处理方法。

不锈钢储罐环墙基础设计原则及受力分析-《储罐基础工程手册》

第二节环墙基础(简称环基)受力分析

我们把作用在环基上的力,包括地基反力在内,都作为环基所受的外力(见图3-1),作用在环基上的外力有如下四种。

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(1)环基顶面不锈钢储罐壁荷重P1,及不锈钢储罐边缘处分布宽度为C的不锈钢储罐底板及贮液荷重q1。分布宽度C为自罐内壁至环基大放脚内侧边缘间的距离。

实际上由于砂垫的扩散作用,C值将大于上述距离。

(2)环基内侧大面积贮液荷重q1及砂垫层自重产生的侧向水平侧压力q2。

(3)环基内壁砂垫层的竖向磨擦力x(z),这是由于在沉降过程中,环基与砂垫之间出现竖向剪切变形引起的。由于不锈钢储罐的中心沉降大于边缘的沉降,故作用于环基内壁的磨擦力r(2)作用方向是竖真向下的。

(4)环基底面地基反力,qg(x)。设在图3-2中环基截面上取任意点。这点在完整的环基中就代表着根环形的纤维,可以假想环基就是由无数根环形纤维组成的。现在我们假定把图3-2的环基截面当成个刚体截面来处理,即假定截面在受到任何外力的作用以后,其截面的儿何尺寸和形状始终保持不变,也即假定纤维与纤维之间不发牛挤压和错动现象。这就是说在任何外力的作用力,截面上任意点的正应力a1、、剪应力了e均等于零,即Cx=0,6:=0,G:=0,(3-1)截而允许有整体的移动和转动,有了这样的基本假定,我们就可以把作用在截面上的任何形状分布荷载用个集中力与集中力矩来等效代替。

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如果我们沿着环基周长截取单位长度为1的单元,再将作用在单元体上的上述外力通过单元体重心零点的集中力及集中力矩的形式表示。那么,上述外力将对应表示于图3-3(a)~(e)中。根据脱离体保持静止平衡的条件,可知截面上肯定内力存在,由于环基是轴对称构件,作用在环基上的外力也是对称的。因此环基截面上的内力也只能是轴对称的,切非轴对称的内力应为零。由此可知环基截面上只允许存在法向正应力,不允有非轴对称的剪应力存在。这样,我们就可以把截面上的内力,通过截面重心的法向集中力T和分别绕x轴及。轴转动的内力矩M、M,来表示。由于环基的截面宽度8与环基的半径,比较,比值B/r是很小的,因此可以假定截面上的法向应力c,沿截面宽度方向是矩形均匀分布,故可取M,=0。

因此,剩下的问题就是如何来求出T和M。

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第三节环墙内力分析

在求内力T及内力矩M,之前,我们先观测下环基截面在受外荷作用下的位移状况。

图3-4是表示环基位移的分析图。环基在不锈钢储罐未充水预压以前处于(a)状态,随着充水预压荷载的不断增加,环基出现了下沉①。环基内侧压力不断加大,使环基的周长也有增长,即环基半径出现了增大趋势②。而且从裂缝宽度的开展情况还可看出,环基底部半径的增长要比顶部为大,这就说明了环基截面事实上出现绕其自身的重心转动了·个角度为Q的转角变位③。

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假定在充水预压荷载下环基处在图3-4的(b)状态,其时环基就出现了下沉变形S和半径的增量△r,及截面的转角0。

我们知道,环基由状态(a)进入过渡状态(①。尽管有很大的沉降量s,但对环基整体来说只是产生-个整个圆环的刚体平行移动,不会引起环基截而的内力发生任何变化。即:

To=0;Ma=0(3-2)

环基之所以由状态(a)进入过渡状态,是由于受竖向外力作用的结果,产生这种位移效应的外力平衡条件为:

再由过渡状态①进入到过渡状态②时,表现为环基半径有了个增量△r。这使得环某沿周长有了拉伸变形,环基内必然出规了环拉力。这个环拉力是由环基内侧砂垫层的侧压力P2引起的。

由图3-5取半球为脱离体,可求得Te=P2·r(3-4)

M-②=0(3-5)

当由过渡状态②到达过渡状念③也即终状态(b),环基截面出现了如图3-4所示方向的转动,这就使得环基顶面半径有所缩短,而环基底部半径却有所增长。这就必然导致环基内的环拉力顶部与底部的不致,底部的环拉力要比顶部为大。但状态③与状态②相比较,其平均半径仍等于r+Ar,由此可知截面的总环拉力仍保持不变,故截面的转动只影响环拉力沿截面高度的分布,而不影响其总环拉力的大小。另外,过渡状态③更加重要的是说明了既然所有截面都产生了·个转角,必然环基沿其圆周方向上有个均匀分布的外力矩Mo的存在,这个均布外力矩实际上就是Mu、Me、Mg、Moa的总和。

即Mo=Mo+Ma+Ma+Me(3-6)圆环受径向均布外力矩M0作用下的截面内力,同样可取半径作脱离体,由平衡条件求得(见图3-6)。

M-)=Mo·r

从上面的位移分析中知道,产生和影响环基内力的原因是状态②和状态③,而且知道状态(③是由环基内侧水平侧压力P2引起,产生了环拉力。状态③是由环基所有外力矩的总和引起的,即由M。=Mo1+Ma+Ma+Ma引起,状态③不改变总环拉力值了,只是改变环拉力在截面高度的分布形状,只使环基沿环向引起春弯曲。

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根据这样的结论,我们就可分别来求环基的总环拉力了和截面总内力矩M,然后将这两种情况加以迭加,按偏心受拉构件进行配筋。

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