淺析A型支承式支座的設計

劉 旭，吳忠全

(1.四川瀘天化弘旭工程建設有限公司 四川瀘州 646300；2.瀘州瀘天化化工設計有限公司 四川瀘州 646300)

支承式支座一般用于高度不高，且離基礎地面或樓面又較低的立式容器。其結構簡單輕便，不需要專門的框架、鋼梁來支承設備，可直接把設備載荷傳遞至較低的基礎上，還能提供較大的操作、安裝和維修空間，在立式容器中應用較為廣泛。除采用符合行業(yè)標準《容器支座 第4部分：支承式支座》(JB/T 4712.4—2007)要求的支座外，有關介紹非標支承式支座設計與計算的資料較少，本文為設計者提供了一種非標的A型支承式支座設計與計算的方法。

1 適用范圍與設計步驟

1.1 適用范圍

A型支承式支座適用于下列條件的鋼制立式圓筒形容器：①公稱直徑DN 800～DN 3 000 mm；②圓筒長度L與公稱直徑DN之比≤5；③容器總高度H0≤10 m。

其中：容器公稱直徑DN，采用鋼板卷制容器筒體時為內直徑，采用無縫鋼管作容器筒體時為外直徑；圓筒長度L為上下封頭與圓筒環(huán)焊縫中心之間的距離；容器總高度H0為上下封頭外表面最頂部之間的距離，有保溫層時取保溫層外表面。

1.2 設計步驟

1.2.1 標準A型支承式支座

(1)根據(jù)設備質量及作用在容器上的外載荷，計算出每個支座實際承受的載荷Q。確定每個支座實際承受載荷Q時，須考慮設備在安裝時可能出現(xiàn)的全部支座未能同時受力等情況，此時需要采用不均勻系數(shù)k進行修正。

(2)每個支座本體允許載荷[Q]可從行業(yè)標準JB/T 4712.4—2007表2中查出。

(3)依據(jù)每個支座實際承受載荷Q≤每個支座本體允許載荷[Q]這一原則，在行業(yè)標準JB/T 4712.4—2007表2中選出符合該標準的支座。

1.2.2 非標A型支承式支座

(1)根據(jù)設備質量及作用在容器上的外載荷，計算出每個支座實際承受的載荷Q。確定每個支座實際承受載荷Q時，同樣需要采用不均勻系數(shù)k進行修正。

(2)計算每個支座本體允許載荷[Q]。

(3)依據(jù)每個支座實際承受載荷Q≤每個支座本體允許載荷[Q]這一原則，設計非標A型支承式支座。

2 設計計算

以儀表空氣儲罐非標A型支承式支座設計為例，結合文獻[1]來分析非標A型支承式支座的設計。儀表空氣儲罐的示意圖和支承式支座設計尺寸見圖1和圖2。

圖1 儀表空氣儲罐示意圖

圖2 儀表空氣儲罐支承式支座設計尺寸

2.1 設計參數(shù)

儀表空氣儲罐設計項目及參數(shù)見表1。

表1 儀表空氣儲罐設計表

2.2 設計計算時涉及到的參數(shù)符號

設計計算時涉及到的參數(shù)符號見表2。

表2 符號表

2.3 受力分析[3-5]

2.3.1 每個支座實際承受載荷Q

支座的作用是承受容器的質量，若容器安裝在室外或者側面掛有重物，則在計算中要相應計入風載荷和偏心載荷。對于易發(fā)生地震的地區(qū)，還需考慮地震載荷。

當容器盛裝介質時，支座中最大壓應力發(fā)生在背風側。由于靜載荷與風載荷引起的附加載荷是相加的，因此背風側支座中的應力是支座設計的控制應力。

當容器內未盛裝介質時，最大拉應力發(fā)生在向風側，此時支座中的應力為風載荷減去靜載荷，因此向風側支座中的應力是支座設計的控制應力。按式(1)計算Q值：

(1)

其中P值按式(2)～式(4)計算：

Pe=am0g

(2)

Pw=1.2fiq0DoH0×10-6

(3)

P=max{Pe+0.25Pw，Pw}

(4)

將相關數(shù)據(jù)代入式(1)中，可計算出Q為21.29 kN。

2.3.2 每個支座本體允許載荷[Q]

因A型支承式支座安裝在橢圓形封頭的過渡區(qū)內，且墊板為矩形，無現(xiàn)成的局部應力計算方法，行業(yè)標準JB/T 4712.4—2007中也沒有關于A型支承式支座對封頭局部應力的計算，只考慮了支座本體的允許載荷。

A型支承式支座本體允許載荷是由筋板和底板決定的，取筋板和底板兩者承受的允許載荷的最小值。由于筋板的失效大多表現(xiàn)為壓縮失穩(wěn)，所以筋板可按簡化為兩端鉸支的軸向受壓的壓板進行計算。底板按兩邊自由、兩邊簡支的承受均布載荷的矩形板受彎進行計算。

2.3.2.1 筋板的允許載荷[Q1]

筋板的允許載荷[Q1]按式(5)計算：

(5)

其中折減系數(shù)k1的確定是支承式支座設計中的一個難點。折減系數(shù)k1的設置是為了考慮筋板穩(wěn)定性的許用應力降低系數(shù)，其值與筋板的柔度λ有關。柔度λ按式(6)計算：

λ=μl2/r

(6)

式中：μ——長度系數(shù)(約束影響系數(shù))；

r——筋板的慣性半徑，mm。

由于筋板可簡化為兩端鉸支的軸向受壓的壓板，因此μ=1。設計中通常是將直立筋板看作一端連接在底板上，另一端支承在封頭壁上的受壓構件，因而可將圖3中的筋板視作斷面為δ×a，長度為l2的兩端鉸接，并承受軸向力的壓板。本例l2=272.3 mm，r=2.312 mm。

圖3 筋板受力示意圖

將上述參數(shù)代入式(6)可計算出λ=117.8，根據(jù)圖4可以查出折減系數(shù)k1的數(shù)值。本例k1≈0.45。

圖4 折減系數(shù)k1與柔度λ的關系

將相關數(shù)據(jù)代入式(5)中，可計算出[Q1]=53.45 kN。

2.3.2.2 底板的允許載荷[Q2]

底板的允許載荷[Q2]按式(7)計算：

(7)

將相關數(shù)據(jù)代入式(7)中，可計算出[Q2]=32.24 kN。

2.3.2.3 支座本體允許載荷[Q]

支座本體允許載荷[Q]取筋板和底板兩者承受的允許載荷的最小值，即：

[Q]=min{[Q1]，[Q2]}

計算得，[Q] =32.24 kN。

2.3.3 結論

每個支座實際承受載荷Q=21.29 kN，每個支座本體允許載荷[Q]=32.24 kN，Q<[Q]，故該儀表空氣儲罐A型支承式支座的設計是合格的。

3 結語

本文通過實例來分析非標A型支承式支座的設計并計算載荷，為立式容器中廣泛采用的A型支承式支座提供了設計和計算依據(jù)，也為設計者設計非標A型支承式支座提供了參考。