塔设备强度计算-裙座基础环和螺栓计算

二、裙座的强度计算
裙座是最常见的塔设备支承结构，如右图所示。

按所支承设备的高度与直径比，裙座可分成两种：
一种是圆筒形，一种是圆锥形。

由于圆筒形裙座制
造方便和节省材料，所以被广泛采用。

但对于承受
较大风载荷和地震载荷的塔，需要配置较多的地角
螺栓和承受面积较大的基础环，则采用圆锥形裙座
支撑结构。

裙座由裙座体、基础环板、螺栓座及基础螺栓Array等结构组成。

裙座的上端与塔体的底封头焊接，下
端与基础环、筋板焊接，距地面一定高度处开有人
孔、出料孔等通道，基础环上筋板之间还组成螺栓
座结构。

裙座体常用Q235-A或16Mn材料。

裙座体
直径超过800mm时，一般开设人孔。

裙座体上方开
直径为50mm的排气孔，在底部开设排液孔，以便
随时排除液体。

座体和塔体的联接焊缝应和塔体本身的环焊封
保持一定距离。

如果封头是由数块钢板拼焊而成，
则应在裙座上相应部位开有缺口,以免联接焊缝和
封头焊缝相互交叉，见下图。

基础环板通常是一块环形板,基础环板上的螺栓孔开成圆缺口而不是圆形孔，如下图螺栓座
由筋板和压板构成。

地脚螺栓穿过基础环板与压板，便把裙座固定在地基上。

㈡基础环板设计1. 基础环板内、外径的确定裙座通过基础环将塔体承受的外力传递到混凝土基础上，基础环的主要尺寸为内、外直径（见下图），其大小一般可参考下式选用（4-68）式中：D ob-基础环的外径，mm；D ib-基础环的内径，mm；D is-裙座底截面的外径，mm。

2. 基础环板厚度计算在操作或试压时，基础环板由于设备自重及各种弯矩的作用，在背风侧外缘的压应力最大，其组合轴向压应力为：（4-69）式中：A b-基础环面积，mm2；W b-基础环的截面系数，mm3；（1）基础环板上无筋板基础环板上无筋板时，可将基础环板简化为一悬臂梁，在均布载荷σbmax的作用下，基础环厚度：（4-70）式中：δb-基础环厚度，mm；[σ]b-基础环材料的许用应力，MPa。

对低碳钢取[σ]b=140MPa。

（2）基础环板上有筋板基础环板上有筋板时，筋板可增加裙座底部刚性，从而减薄基础环厚度。

此时，可将基础环板简化为一受均布载荷σbmax作用的矩形板（b×l）。

基础环厚度：（4-71）式中：δb-基础环厚度，mm；M s-计算力矩，取矩形板X、Y轴的弯矩M x、M y中绝对值较大者，M x、M y按计算，N·mm/mm。

无论无筋板或有筋板的基础环厚度均不得小于16mm。

㈢地脚螺栓地脚螺栓的作用是使设备能够牢固地固定在基础底座上，以免其受外力作用时发生倾倒。

在风载荷、自重、地震载荷等作用下，塔设备的迎风侧可能出现零值甚至拉力作用，因而必须安装足够数量和一定直径的地脚螺栓。

塔设备在基础面上由螺栓承受的最大拉应力为：（4-72）式中：σB-地脚螺栓承受的最大拉应力，MPa。

当σB≤0时，塔设备可自身稳定，但为固定塔设备位置，应设置一定数量的地脚螺栓。

当σB>0时，塔设备必须设置地脚螺栓。

地脚螺栓的螺纹小径可按式（4-73）计算：（4-73）式中：d1-地脚螺栓螺纹小径，mm；C2-地脚螺栓腐蚀裕量，取3mm；n-地脚螺栓个数，一般取4的倍数；对小直径塔设备可取n=6；[σ]bt-地脚螺栓材料的许用应力，选取Q-235-A时，取[σ]bt=147MPa；选取16Mn时，取[σ]bt=170MPa。

塔器裙座兼作储液槽时地脚螺栓和圆底板的强度计算刘武昌;关永祥;刘鑫杰;高建明【摘要】对裙座兼作储液槽的化工塔器，提出了地脚螺栓和圆底板的强度计算方法---根据“维赫曼法”的概念，假设一个“虚拟基础环”。

在抵抗外力矩时，该“虚拟基础环”所应提供的拉应力，由地脚螺栓的拉力来提供，由此计算出地脚螺栓的直径。

对于圆底板，则按圆形截面计算出其抵抗外力矩所需提供的压应力，以此计算出圆底板的厚度。

%Proposeastrengthcalculation methodforanchorboltsandroundbaseplate when chemicaltowerskirt doublesasaliquid storagetant.The methodis asfollows:according to Weiherrmannmethodconcept,assumea virtualbasering",whenresistingexte rnaltorque,thetensilestressshouldbeofferedby virtualbasering"isofferedbyanchorboltsinf act,therebycalculatethediameteroftheanchorbolt.Tocalculatestrengthoftheroundbasep late,calculateit s compressivestressstrengthresistingtoexternaltorqueaccordingtosizeofthecir cularcross-section, therebycalculatethethicknessofroundbaseplate.【期刊名称】《化工设计通讯》【年(卷),期】2013(000)002【总页数】5页(P90-94)【关键词】维赫曼法;虚拟基础环;地脚螺栓;圆底板;扇形圆环;合力矩;弯矩;抗弯截面模量【作者】刘武昌;关永祥;刘鑫杰;高建明【作者单位】天津市创举科技有限公司，天津300130;天津市创举科技有限公司，天津300130;天津市创举科技有限公司，天津300130;天津市创举科技有限公司，天津 300130【正文语种】中文【中图分类】TQ053在化工塔器中，常有利用裙座兼作储液槽的情况。

塔设备强度计算-裙座基础环和螺栓计算㈡基础环板设计1. 基础环板内、外径的确定裙座通过基础环将塔体承受的外⼒传递到混凝⼟基础上，基础环的主要尺⼨为内、外直径（见下图），其⼤⼩⼀般可参考下式选⽤（4-68）式中：D ob-基础环的外径，mm；D ib-基础环的内径，mm；D is-裙座底截⾯的外径，mm。

2. 基础环板厚度计算在操作或试压时，基础环板由于设备⾃重及各种弯矩的作⽤，在背风侧外缘的压应⼒最⼤，其组合轴向压应⼒为：（4-69）式中：A b-基础环⾯积，mm2；W b-基础环的截⾯系数，mm3；（1）基础环板上⽆筋板基础环板上⽆筋板时，可将基础环板简化为⼀悬臂梁，在均布载荷σbmax的作⽤下，基础环厚度：（4-70）式中：δb-基础环厚度，mm；[σ]b-基础环材料的许⽤应⼒，MPa。

对低碳钢取[σ]b=140MPa。

（2）基础环板上有筋板基础环板上有筋板时，筋板可增加裙座底部刚性，从⽽减薄基础环厚度。

此时，可将基础环板简化为⼀受均布载荷σbmax作⽤的矩形板（b×l）。

基础环厚度：（4-71）式中：δb-基础环厚度，mm；M s-计算⼒矩，取矩形板X、Y轴的弯矩M x、M y中绝对值较⼤者，M x、M y按表4-35计算，N·mm/mm。

⽆论⽆筋板或有筋板的基础环厚度均不得⼩于16mm。

㈢地脚螺栓地脚螺栓的作⽤是使设备能够牢固地固定在基础底座上，以免其受外⼒作⽤时发⽣倾倒。

在风载荷、⾃重、地震载荷等作⽤下，塔设备的迎风侧可能出现零值甚⾄拉⼒作⽤，因⽽必须安装⾜够数量和⼀定直径的地脚螺栓。

塔设备在基础⾯上由螺栓承受的最⼤拉应⼒为：（4-72）式中：σB-地脚螺栓承受的最⼤拉应⼒，MPa。

当σB≤0时，塔设备可⾃⾝稳定，但为固定塔设备位置，应设置⼀定数量的地脚螺栓。

当σB>0时，塔设备必须设置地脚螺栓。

地脚螺栓的螺纹⼩径可按式（4-73）计算：（4-73）式中：d1-地脚螺栓螺纹⼩径，mm；C2-地脚螺栓腐蚀裕量，取3mm；n-地脚螺栓个数，⼀般取4的倍数；对⼩直径塔设备可取n=6；[σ]bt-地脚螺栓材料的许⽤应⼒，选取Q-235-A时，取[σ]bt=147MPa；选取16Mn时，取[σ]bt=170MPa。

3.1 塔体及裙座的强度计算3.1.1 适用范围本章计算适用于高度大于10m，且高度与直径之比大于5的裙座自支承式钢制塔设备。

塔设备的设计压力可以是内压或外压。

3.1.2 引用标准JB 4710-92“钢制塔式容器”、GB150-98“钢制压力容器”。

3.1.3 设计计算条件3.1.3.1 塔设备的设计压力及设计温度设计压力系指在相应设计温度下用以确定塔设计壳体厚度的压力，其值不得小于塔设备顶部可能出现的最高压力。

设计温度指塔壳体的设计温度，系指塔设备在正常操作情况，并在相应设计压力下，设定的受压元件的金属温度，其值不得低于元件金属可能达到的最高金属温度。

裙座设计温度一般取建塔地区室外计算温度(冬季)，见表3-1。

3.1.3.2 塔设备设计应考虑的载荷⑴设计压力；⑵液柱静压；⑶塔设备自重(包括内件和填料)以及正常操作条件下或试验状态下内容物的重力载荷；⑷附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯及平台等重力载荷；⑸风载荷和地震载荷；必要时，应考虑以下载荷的影响：⑹连接管道和其它部件的影响；⑺由于热膨胀量不同而引起的作用力；⑻压力和温度变化的影响；⑼塔设备在运输或吊装时承受的作用力。

上述载荷中⑴～⑹部分载荷在本章计算中予以考虑。

⑺～⑼部分的载荷引起的机械计算应采用其它相应的计算方法。

3.1.3.3 塔设备壁厚⑴最小壁厚塔壳圆筒不包括腐蚀裕度的最小厚度，对于碳钢和低合金钢制塔设备为2‟的塔内径，且不小于4mm；不锈钢制塔设备为3mm；裙座最小壁厚为6mm。

⑵计算厚度指按GB150及JB4710相应公式计算所得的厚度，不包括壁厚附加量。

⑶壁厚附加量、设计厚度、名义厚度及有效厚度详见JB4710第3章中的定义。

3.1.3.4 材料及其许用应力⑴受压元件用钢的选用原则、钢材标准、热处理状态及许用应力等均按GB150中的相关规定。

表3-1 中国部分地区室外计算温度注：⒈本表摘自TJ19-75《工业企业采暖通风和空气调节设计规范》（试行），表中带＊数字系《暖通空调气象资料集》(增编Ⅰ稿)中的数据。

第六节塔的强度设计特点—安装在室外，靠裙座底部的地脚螺栓固定在混凝土基础上。

三种工况：正常操作、停工检修、压力试验。

轴向强度及稳定性校核的基本步骤：①按设计条件，初步确定塔的壁厚和其它尺寸。

②计算塔设备危险截面的载荷，包括重量、风载荷、地震载荷和偏心载荷等。

③危险截面的轴向强度和稳定性校核。

④设计计算裙座、基础环板、地脚螺栓等。

塔的强度设计的解题思路一、塔的载荷分析、，前面已讲㈠介质压力：包括p p工水㈡质量载荷⒈包括：m01——塔体、裙座质量；m02——塔内件如塔盘或填料的质量；m 03——保温材料的质量； m 04——操作平台及扶梯的质量； m 05——操作时物料的质量；m a ——塔附件如人孔、接管、法兰等质量； m w ——水压试验时充水的质量； m e ——偏心载荷。

⒉区分不同工况分别计算 塔设备在正常操作时的质量：00102030405a e m m m m m m m m =++++++ (7-13)塔设备在水压试验时的最大质量：max 01020304w a e m m m m m m m m =++++++ (7-14)塔设备在停工检修时的最小质量：min 010203040.2a e m m m m m m m =+++++ (7-15)㈢偏心载荷定义：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。

载荷产生的弯矩为：e e M m ge = (7-16) 式中：g ——重力加速度，m/s 2；——偏心距，即偏心质量中心至塔设备中心线间的距离，m ；e M ——偏心弯矩，N·m 。

㈣风载荷 1.影响：（1）使塔体产生应力和变形；使塔体产生顺风向的振动(纵向振动)使塔体产生垂直于风向的诱导振动(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；（3）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。

2.风载荷的构成：一种随机载荷，大小和方向随时、随地变化；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静力的作用；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。

塔设备强度设计计算概述首先，塔设备强度设计计算需要对材料的强度特性进行分析和评估。

这包括了材料的抗拉强度、屈服强度、弹性模量等参数的确定，以及对材料的疲劳和断裂性能进行评估。

通过对材料性能的分析，可以确定塔设备所需的材料强度指标，并为后续的结构设计提供基础。

其次，塔设备强度设计计算还需要根据结构的特点和使用环境对其结构强度进行分析和计算。

这包括了对结构的受力情况、应力分布以及可能存在的疲劳破坏和变形情况进行评估。

通过对结构强度的计算，可以确定塔设备的结构形式和尺寸，以满足其强度要求。

另外，塔设备强度设计计算还需要进行荷载计算。

这包括了对塔设备受力情况的分析，根据其所承受的外部荷载和内部荷载进行计算，以确保其在使用过程中能够稳定和安全地工作。

总的来说，塔设备强度设计计算是一项复杂的工程计算工作，需要对材料强度、结构强度和荷载等多个方面进行综合分析和计算。

通过科学合理的设计计算，可以保证塔设备在使用过程中具有足够的强度和稳定性，为生产运行提供可靠的保障。

塔设备强度设计计算在工程领域中的重要性不言而喻。

塔设备通常用于支撑和承载各种重要设备和结构，如通讯设备、风力发电机、天线、烟囱等。

塔设备的稳定性和强度显然是至关重要的，因为如果塔设备结构设计不当或计算不准确，可能会导致结构破坏甚至倒塌，造成严重的人员伤亡和财产损失。

一般而言，塔设备的强度设计计算需要从结构设计、材料选取、受力分析、以及荷载计算等多个方面进行综合考虑。

首先，对于塔设备的结构设计，需要确保塔身、角钢、连接部位等都能够承受预期的荷载。

这需要对实际使用环境、风荷载、地震荷载等进行全面的分析和评估。

因此，在强度设计计算过程中，需要考虑各种极端和临界情况下的力学响应。

其次，材料的选取也是很重要的。

在塔设备强度设计计算中，需要选择合适的结构材料，例如碳钢、合金钢、铝合金等，以保证塔设备在受力状态下有足够的强度和刚度。

材料的强度参数、蠕变性能、疲劳性能等都必须得到足够的评估和证明。

上封头校核计算计算单位计算条件椭圆封头简图计算压力P c MPa设计温度 t︒ C内径D i mm曲面高度h i mm材料 16MnR(正火) (板材)试验温度许用应力[σ]MPa设计温度许用应力[σ]t MPa钢板负偏差C1mm腐蚀裕量C2mm焊接接头系数φ厚度及重量计算形状系数 K = 16222+⎛⎝⎫⎭⎪⎡⎣⎢⎢⎤⎦⎥⎥Dhii=计算厚度δ =KP DPc itc205[].σφ- =mm有效厚度δe =δn - C1- C2=mm最小厚度δmin = mm名义厚度δn =mm结论满足最小厚度要求重量 Kg压力计算最大允许工作压力[P w]=205[].σφδδtei eKD+=MPa结论合格下封头校核计算计算单位计算条件椭圆封头简图计算压力P c MPa设计温度 t︒ C内径D i mm曲面高度h i mm材料 16MnR(正火) (板材)试验温度许用应力[σ]MPa设计温度许用应力[σ]t MPa钢板负偏差C1mm腐蚀裕量C2mm焊接接头系数φ厚度及重量计算形状系数 K = 16222+⎛⎝⎫⎭⎪⎡⎣⎢⎢⎤⎦⎥⎥Dhii=计算厚度δ =KP DPc itc205[].σφ- =mm有效厚度δe =δn - C1- C2=mm最小厚度δmin = mm名义厚度δn =mm结论满足最小厚度要求重量 Kg压力计算最大允许工作压力[P w]=205[].σφδδtei eKD+=MPa结论合格内压圆筒校核计算单位计算条件筒体简图计算压力 P cMPa 设计温度 t︒ C 内径 D imm 材料16MnR(正火) ( 板材 )试验温度许用应力 [σ]MPa 设计温度许用应力 [σ]tMPa 试验温度下屈服点 σsMPa 钢板负偏差 C 1mm 腐蚀裕量 C 2mm 焊接接头系数 φ厚度及重量计算 计算厚度 δ = P D P c it c 2[]σφ- =mm 有效厚度 δe =δn - C 1- C 2= mm 名义厚度 δn =mm 重量Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值 P T = [][]σσt = (或由用户输入)MPa 压力试验允许通过 的应力水平 [σ]T [σ]T ≤ σs =MPa试验压力下 圆筒的应力 σT = p D T i e e .().+δδφ2 = MPa校核条件 σT ≤ [σ]T校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力 [P w ]=2δσφδe t i e []()D +=MPa 设计温度下计算应力 σt= P D c i e e()+δδ2= MPa [σ]tφMPa校核条件 [σ]tφ ≥σt结论 合格。

塔设备强度设计计算概述1. 引言塔设备强度设计计算是在塔式结构工程中十分重要的环节。

塔式结构广泛应用于电力、通信、航空等领域，在保障设备可靠性和安全性方面起着至关重要的作用。

本文将概述塔设备强度设计计算的基本原理和方法。

2. 设计目标塔设备的强度设计主要目标是确保设备在外部负荷作用下不发生破坏或失效。

一般而言，塔设备的设计目标包括以下几个方面：•承受外部荷载的能力：塔设备需要能够承受各种外部荷载，如风荷载、重力荷载、地震荷载等。

设计中需要考虑这些荷载的大小和方向，以确定设备的主要强度参数。

•抗震能力：特别是在地震频发地区，塔设备需要具备足够的抗震能力，以保护设备的安全运行。

•稳定性：塔设备需要保持稳定，不发生失稳现象。

在设计中需要考虑设备的结构刚度和形状参数。

3. 强度计算方法塔设备的强度计算通常基于力学原理和结构力学方法，常用的计算方法包括以下几种：•静力计算方法：根据外部荷载的大小和方向，通过应力分析和形变计算，确定设备的强度参数。

这种方法一般适用于静态荷载情况下的强度计算。

•动力计算方法：根据外部荷载的动态特性，通过振动分析和响应计算，确定设备的强度参数。

这种方法适用于考虑塔设备在地震或风荷载下的强度计算。

•有限元方法：利用有限元分析软件，在计算机上建立塔设备的有限元模型，通过数值求解得到设备的应力分布和形变情况。

这种方法适用于复杂的塔式结构和荷载情况。

4. 设计要点在塔设备强度设计计算中，需要注意以下几个要点：•荷载分析：对于各种可能的外部荷载，需要进行详细的分析和计算，确定荷载的大小和方向。

•强度参数选取：根据实际情况和设计要求，选取适当的强度参数，并结合设计规范进行计算。

•材料选择：塔设备所使用的材料需要具备足够的强度和韧性，能够满足设计要求。

•施工质量控制：在塔设备的施工过程中，需要严格控制质量，确保各个构件和连接部位的强度和稳定性。

5. 设计规范塔设备的强度计算需要遵循相应的设计规范，以确保设计的合理性和安全性。

裙座设计与校核符号说明：b A ——基础环面积，2mmA ——按公式计算ie R 094.0A δ= B ——根据材料，查文献18中对应外压圆筒计算的图b ——基础环外直径与裙壳体外直径之差的1/2，mmi D ——塔壳内直径，mmib D ——基础环内直径，mmis D ——裙座壳底部内直径，mmit D 裙座顶截面的内直径，mmo D 塔壳外直径，mmob D 基础环外直径，mmoi D 第i 段塔式容器外直径，mm1d 地脚螺栓螺纹小径，mmE 设计温度下材料的弹性模量，Mpavi F 任意质量i 处所分配到的垂直地震力，NI I v F -塔式容器任意计算截面I —I 处的垂直地震力，N00v F -塔式容器底截面处的垂直地震力，Nk 1F 集中质量k m 引起的基本振型水平地震力，Ni f 风压高度变化系数，高度取各计算段顶截面的高度H 塔式容器高度，mmi H 塔式容器顶部至第i 段底截面的距离，mmh 计算截面距地面的高度，mmi h 第i 段集中质量距地面的高度，mmh任意计算截面I—I以上的集中质量距地面的高度，mm kK载荷组合系数，取K=1.2K体形系数1K塔式容器各计算段的凤振系数i2i l第i段计算长度，mmIIM-任意计算截面I-I处的地震弯矩，N·mm EM-底部截面0-0处的地震弯矩，N·mmEIIM-任意计算截面I-I处的最大弯矩， N·mm maxJJM-塔接焊缝J-J处的截面处的最大弯矩，N·mm maxM-底部截面0-0处的最大弯矩，N·mmmaxIIM-任意计算截面I-I处的风弯矩，N·mmwM-底部截面0-0处的风弯矩，N·mmwm附件质量，kgam计算垂直地震力时，塔式容器的当量质量，kgeqm塔式容器第i计算段的操作质量，kgim塔式容器液压试验状态时的最大质量，kgm axm塔式容器安装状态时的最小质量，kgm inm塔式容器的操作质量，kgm塔壳、封头和裙座的质量，kg01m挡板、轴的质量，kg02m扶梯，电机及附件质量，kg03m物料质量，kg04m水压试验时质量，kg05n 地脚螺栓个数，一般取四的倍数i P 有时容器各计算段的水平风力，N0q 基本风压值，N/2mmel R 材料屈服强度，Mpa1T 基本振型自振周期，sg T 各类场地土的特征周期，sb Z 基础环的抗弯矩系数α地震影响系数1α对应于塔式容器基本自振周期1T 的地震影响系数max α地震影响系数的最大值m ax v α垂直地震影响系数最大值γ地震影响系数曲线下降段的衰减系数b δ基础环计算厚度，mme δ圆筒或锥壳的有效厚度，mmeb δ 封头的有效厚度，mmes δ 裙座壳的有效厚度，mmi ξ第i 阶振型阻尼比k 1η基本振型参与系数1η地震影响系数曲线直线下降段下降斜率的高速系数2η 1η地震影响系数曲线的阻尼调整系数ρ液压试验时试验介质的密度b σ地脚螺栓的最大拉应力，Mpam ax b σ 混泥土基础上的最大拉应力，Mpa1σ由压力引起的轴向应力，Mpa2σ由垂直载荷引起的直线应力，Mpa3σ 由弯矩引起的轴向应力，Mpa[]t σ设计温度下塔壳或裙座材料的许用应力，Mpa[]b σ基础环材料的许用应力，Mpa[]bt σ地脚螺栓材料的许用应力，Mpa[]cr σ设计温度下塔壳或裙座的轴向压应力，Mpa[]t s σ设计温度下裙座材料的许用应力，Mpa[]t w σ设计温度下焊接接头的许用应力，取两侧母材许用应力的较小值，MpaΦ 焊接接头系数注:符号计算步骤引用文献175.1 载荷计算条件 裙座材料选用Q235—B )R (R 2.0p eL =235Mpa ， []113t =σMpa取裙座壳的厚度为10mm ，高度取为1500mm 。