關于NB/T 47065.3—2018耳式支座計算的討論

許艷

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

耳式支座廣泛運用于石化行業(yè)，通常設計人員按照NB/T 47065.3—2018《容器支座 第3部分：耳式支座》選取合適尺寸的耳座，并且需要計算支座實際承受載荷Q及校核支座處殼體所受的彎矩ML，這兩個值均應不超過標準的允許載荷[Q]和NB/T 47065.3—2018附錄B的規(guī)定的[ML][1]。在實際工程中，經(jīng)常會遇見所設計的耳座超過耳座標準尺寸，彎矩超過附錄B 等情況，一般會選擇按照NB/T 47065.3—2018《容器支座 第3部分：耳式支座》編制說明來進行設計、校核[1]。本文就是筆者根據(jù)平時工作經(jīng)驗，對編制說明中所涉及的計算方法進行的討論，提出自己的見解，為設計人員提供思路。

1 耳式支座計算的討論

1.1 耳式支座筋板強度計算的討論

1.1.1 筋板強度公式

為了便于表達，將NB/T 47065.3—2018編制說明[1]中筋板計算公式改為對由厚度表達的公式，如式（1）所示。

式中δ2c——允許的筋板最小厚度，mm；

F——單個支座實際承受載荷，N；

α——計算傾角角度，°；

b1——底板寬度，mm；

k——折減系數(shù)，詳見本文第2.1.2節(jié)；

[σ]c——筋板材料在設計溫度下許用應力。

根據(jù)標準NB/T 47065.3—2018編制說明，耳式支座筋板主要失效模式為壓縮失穩(wěn)，故簡化筋板的受力模型為兩端絞支的軸向受壓的壓板[1-2]，如圖1所示。筆者認為這個模型適用于底板尺寸b1= 2S1，但仍然存在部分b1≠2S1的耳座，如A7 ～ 8、B7 ～ 8、C7 ～ 8耳座，這時候筋板的受力分為兩部分，一部分是在2S1范圍內(nèi)所受的軸向壓應力，另一部分為（b1- 2S1）所受的彎曲應力，如圖2所示。

圖1 b1=2S1筋板受力模型Fig.1 Stress model of gusset plate: b1 = 2S1

圖2 b1≠2S1筋板受力模型Fig.2 Stress model of gusset plate: b1≠2S1

由此，可以提出對應公式：

由軸向壓應力引起：

由彎曲應力引起：

考慮板材厚度附加量，整理公式得：

式中S1—— 地腳螺栓中心圓至筋板邊緣的距離，mm；

C——板材厚度附加量，mm；

1.1.2 折減系數(shù)

本文第2.1.1中所提到的折減系數(shù)k，按照編制說明中是根據(jù)標準GB 50017—2017《鋼結構設計規(guī)范》中規(guī)定的，按筋板計算長度l、筋板截面當量回轉(zhuǎn)半徑r和約束允許系數(shù)μ，計算筋板的柔度來確定k值[1，3]。但編制說明并沒有給出明確的計算公式，本節(jié)將給出計算公式。

按GB 50017—2017附錄D.0.5[3]，可知：

λn≤0.215時，

λn＞0.215時，

其中，按照截面類別為b類，選擇α1= 0.65，α2= 0.965，α3= 0.300；

式中—— 筋板材料設計溫度下的屈服強度，MPa；

E'—— 筋板材料設計溫度下的彈性模量，MPa；

H——耳座高度，mm；

δ1——底板厚度，mm；

δ2——筋板厚度，mm；

δ4——蓋板厚度，mm。

1.2 耳式支座底板強度計算的討論

底板的受力模型是二邊自由、二邊簡支的承受均布載荷的矩形受彎板，但根據(jù)編制說明的計算公式，筆者提出以下兩點不同[1]：

（1）沒有考慮到底板板材附加量的影響；

（2）使用一倍的材料許用應力過于保守，根據(jù)JB 4732—1995 《鋼制壓力容器-分析設計標準》（2005年確認）第3.7.1.1節(jié)中表3-3，在有如壓力等長期載荷和風載地震載荷等短期載荷共同作用下，可以選取1.2倍的材料許用應力來評定強度[4]。

即：

整理公式為：

式中δ1c——允許的筋板最小厚度，mm；

Pd——設計壓力，MPa；

[σ]——底板材料設計溫度下的許用應力。

1.3 耳式支座處容器圓筒部位的應力計算討論

耳式支座處容器圓筒部位的應力計算方法采用的是AD2000 S3/4的計算方法，該標準認為彎矩引起最大應力出現(xiàn)在A、B兩點的內(nèi)壁或外壁，如圖3所示；這部分內(nèi)容在JB/T 4712.3—2007《耳式支座》標準釋義第3.6.3節(jié)作了詳細的解釋，不在此贅述[5-6]。

圖3 帶耳式支座的設備Fig.3 Equipment with lug

但JB/T 4712.3—2007標準釋義沒有給出給出A、B點處的所受應力的符號，各應力分量的正負號如表1所示。

表1 應力分量的正負號Tab.1 Sign of stress component

對于應力限制條件，筆者采用的方法跟JB/T 4712.3—2017《耳式支座》標準釋義有所不同，主要是依照AD2000 S3/4的判斷方法，判斷方法如下[5-6]：

（1）由壓力引起的一次總體薄膜應力和由支座彎矩引起的局部薄膜應力的組合應力

周向組合應力：

軸向組合應力：

按第四強度理論校核組合應力的等效應力：

式中 [σ]s—— 筒體材料設計溫度下的許用應力，MPa。

（2）由支座彎矩引起的局部薄膜應力和由支座彎矩引起的局部彎曲應力的組合應力

在內(nèi)壁處的周向組合應力：

在外壁處的周向組合應力：

在內(nèi)壁處的軸向組合應力：

在外壁處的軸向組合應力：

引入系數(shù)Z：

按第四強度理論校核組合應力的等效應力：

在內(nèi)壁處：

在外壁處：

2 結論

根據(jù)平時工作經(jīng)驗，對NB/T 47065.3—2018 《容器支座 第3部分：耳式支座》編制說明中關于耳式支座的計算方法和筒體處應力校核的方法提出了個人意見：

（1）認為筋板的力學模型應分為兩種情況討論，當b1= 2S1時只承受壓力，但當b1≠2S1時不僅僅承受壓力，還承受彎矩；同時，還應該考慮板材厚度附加量的影響；

（2）認為底板在承受長期載荷和短期載荷共同作用時，用1倍的設計溫度下材料的許用應力偏保守，建議取1.2倍設計溫度下材料的許用應力；同時，還應該考慮板材厚度附加量的影響；

（3）對筒體應力校核的限制條件建議按照AD 2000 S3/4中所提供的校核方式進行計算校核，并給出了相應的計算公式。