PDF《钢制储罐拱顶加强肋结构设计与优化》

第3 8卷第1 2期西南师范大学学报(自然科学版)

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1 3年1 2月Vol.

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8 N o .

1 2 J o u r n a l o f S o u t h w e s tC h i n aN o r m a lU n i v e r s i t y( N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n ) D e c .

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0 7 钢制储罐拱顶加强肋结构设计与优化 ① 何旺, 刘丽川, 杨继平 后勤工程学院 军事供油工程系,重庆

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1 1 摘要:储罐拱顶加肋是提高储罐稳定性的重要措施之一.加强肋结构主要由经向肋和纬向肋与拱顶顶板焊接起到 加强拱顶稳定性的作用.纬向肋圈数和扇形板数决定了肋结构形式,进而影响拱顶稳定性的提高、肋板钢量的消耗 和工程施工的难易程度.根据带肋球壳许用外压公式和加强肋耗材量,对加强肋结构进行设计与优化.结果表明, 对于给定截面积形状和大小的肋,纬向肋圈数和扇形板数对拱顶的肋耗钢量和拱顶稳定性存在影响.以单位重量 钢材提供的许用压力最大为优化条件,存在唯一的最优纬向肋圈数、纬向肋间距和扇形板数,使拱顶设计最优. 关键词:储罐拱顶;

加强肋;

结构;

设计;

优化;

稳定性 中图分类号:T E

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2 文献标志码:A 立式钢制带肋拱顶储罐是石油 化工企业重要的储存设备.常用于成品油储存的容积范围为100~

1 00

0 0m3 [

1 ] .储罐作为常压储罐,主要由球形拱顶、圆筒形罐壁、圆形罐底及附件组成.拱顶结构主要由 钢板和加肋板焊接而成[

2 ] .由于拱顶形状的自承力特点,其刚性较好,能承受一定的剩余压力,且结构耗 钢量较少[

3 ] . 储罐拱顶属于球形薄壳结构[

4 ] ,因外载荷超载、几何缺陷、自然原因、使用和管理不当等原因造成拱 顶凹瘪、塌陷事故[ 5] ,进而出现结构的失稳、油气泄漏引发的环境问题和油品减少带来的经济损失.拱顶 失稳[ 6] 一般是由拱顶所受到的外载荷超出拱顶所能承受的临界压力造成的,其影响稳定性条件因素主要涉 及结构形式、钢板性能和外载荷作用等[ 7] ,如:非线性效应、初始缺陷、曲率半径、肋板尺寸及间隔、结构 刚度、载荷分布[

8 ] .拱顶合理加肋可以从一定程度上减少拱顶凹瘪、塌陷事故的发生.通常在拱顶内侧以 经纬线形式焊接设置有加强钢肋,钢肋截面积大小及形状、肋结构形式对拱顶稳定性存在影响. 关于拱顶肋结构设计的标准、规范规定[ 9-1 1] :带肋拱顶的曲率半径不宜大于4 0m;

储罐直径不宜大于

3 2m;

肋条间距不得大于1 . 5m;

肋条高厚比不宜大于1 2;

肋条不得与包边角钢或罐壁相焊;

罐顶板任意 相邻焊缝的距离不得小于2

0 0mm.标准、规范只是对储罐拱顶肋的设计做了范围性规定,肋条间距不能过 大也不能过小,间距过大会降低结构的承载能力,过小不满足施工的技术要求,而对加强肋结构形式,如 纬向肋和经向肋长度和数量等并未做明确规定.因此本文以规范规定的带肋球壳许用外压计算公式作为稳 定性定量衡量标准,以单位耗钢量提高的拱顶许用压力最大为优化目标,主要针对加强肋的结构形式,采 用参数化编程,探讨给定肋规格下纬向肋圈数和扇形板数对拱顶稳定性、用钢量和施工难度的影响规律.

1 拱顶加肋稳定性分析 带肋球壳的许用外压计算公式[ 9-1