球罐设计完整

PAGE2第一章概论随着各国综合国力和科学水平的提高，球形容器的制造水平也正在高速发展。近年来，我国在石油化工、合成氨、城市燃气的建设中，大型化球形容器得到了广泛应用。例如：在石油、化工、冶金、城市煤气等工程中，球形容器被用于储存液化石油气、液化天然气、液氧、液氮、液氢、液氨、城市煤气、压缩空气等物料；在原子能发电站，球形容器也被用作核安全壳；在造纸厂被用作蒸煮球等。总之随着工业的发展，球形容器的使用范围必将越来越广。由于球形容器多数作为有压储存容器，故又称球形储罐。本文重点介绍球形储罐的设计过程。1.1球罐特点球罐与常用的圆形容器相比具有以下特点：a.球罐的表面积小，即在相同容量下球罐所需钢材面积最小；b.球罐壳板承载能力比圆筒形容器大一倍，即在相同直径、相同压力下采用同样钢板时，球罐的板厚只需圆筒形容器板厚的一半；c.球罐占地面积小，且可向空间高度发展，有利于地表面积的利用。由于这些特点，再加上球罐基础简单、受风面小、外观漂亮，可用于工程环境等原因，使球罐的应用得到很大发展。1.2球罐分类球罐按不同方式分类，如按储存温度、结构形式等。按储存温度分类：球罐一般用于常温或低温，只有极个别场合，如造纸厂用的蒸煮球罐，使用温度高于常温。a.常温球罐如液化石油气、氨、煤气、氧、氮等球罐。一般说这类球罐的压力较高，取决于液化气的饱和蒸汽压或压缩机的出口压力。常温球罐的设计温度大于-20℃。b.低温球罐这类球罐的设计温度低于或等于-20℃，一般不低于-100℃。压力属于中等。c.深冷球罐设计温度在-100℃以下，往往在介质液化点以下储存，压力不高，有时为常压。由于对保冷要求高，通常采用双层球壳。按结构形式分类，按结构分有圆球形、椭球形、水滴形或上述几种形式的混合。圆球形按分瓣方式分有橘瓣式、足球瓣式、混合式三种。圆球形按支撑方式有支柱式、裙座式两大类。1.3球罐的设计参数球罐的主要设计参数为设计压力和设计温度。这两个设计参数互相影响，对球罐的设计影响很大，对材料的选用起决定作用。(1)压力除注明者外，压力均指表压力。a.工作压力：工作压力指在正常工作情况下，球罐顶部可达到的最高压力。b.设计压力：设计压力指设定的球罐顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。球罐上装有超压泻放装置时应按GB150《钢制压力容器》“超压泻放装置”的规定确定设计压力。c.计算压力：计算压力指在相应设计温度下，用以确定球壳各带厚度或受压元件厚度的压力，其中包括液柱静压力。d.试验压力：试验压力指在压力试验时，球罐顶部的压力。e.最大允许工作压力：最大允许工作压力系指在设计温度下，球罐顶部所允许承受的最大表压力。该压力是根据球壳的有效厚度计算所得，且取最小值。(2)温度除注明者外，温度均指摄氏温度。a.设计温度：设计温度指球罐在正常工作情况下，设定的受压元件的金属温度(沿元件金属截面温度平均值)。设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。设计温度不得低于元件金属在工作状态下可能达到的最高温度。对于0℃以下的金属温度，设计温度不得高于元件金属可能达到的最低温度。标志在铭牌上的设计温度应是球壳设计温度的最高值或最低值；b.试验温度：试验温度指压力试验时，球壳的金属温度。(3)厚度a.计算厚度：计算厚度指按公式计算得到的厚度。需要时，尚应计入其他载荷所需厚度；b.设计厚度：设计厚度指计算厚度与腐蚀裕量之和；c.名义厚度：名义厚度指设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至钢材标准规格的厚度。即标注在图样上的厚度。（注：名义厚度不包括加工裕量）；d.有效厚度：有效厚度指名义厚度减去腐蚀裕量和钢材厚度负偏差。(4)设计的一般规定球罐结构设计应考虑下列问题：a.球罐基础宜设计成环形基础，并能有效地控制基础不均匀沉降；b.在综合考虑了钢厂生产板幅能力、制造厂压力机能力、组装运输中机具的起吊能力等因素后，按《球形贮罐基本参数》尽量采用大瓣片设计，对大中型球罐宜采用足球、桔瓣混合式的分瓣设计形式；c.球壳应采用T字焊缝，球片不允许采用拼接板块，且支柱不应压在对接焊缝上；d.常温球罐宜设计整体支柱。低温球罐应设计成两段式结构支柱，上段支柱长度占总长1／3，且为耐低温钢材，下段支柱为一般结构钢，上下支柱联结处应有保证良好的对中措施。同时，支柱应考虑防火隔热措施，每根支柱上应考虑设置良好的静电接地及因火灾使支柱内气体膨胀后能良好排气泄压的措施[2]。支柱间应配置足够承受各种附加载荷的可调式拉杆；e.球罐上下极板上应设置人孔，人孔宜位于主轴线上。球罐容积不大于1000立方米时，选用公称直径为500mm的标准人孔，大于1000立方米者选用公称直径为600mm的人孔。(5)许用应力许用应力是根据材料各项强度性能分别除以标准中规定的安全系数来确定。安全系数是考虑材料性能、载荷条件、设计方法、加工制造和操作方法中的不确定因素后确定的，特别注意到各国规范中所规定的安全系数与该规范所采用的计算方法、选材、制造和检验方面的规定是相应配套的，不可在各国规范之间混用。本书确定钢材许用应力系数，主要目的是使钢材在受载荷状态下，将一次应力控制在弹性范围内，不使元件的一次应力超过材料的屈服极限造成设备的静强度失效。系数的选用对球罐的安全性、先进性和经济性有着直接关系。它的选取与许多因素有关，如材料的质量，球罐计算方法和计算公式的准确性，球罐的制造、组装、焊接、检验的技术水平和实践经验等。有关国家规范中，规定的许用应力见表1.1表1.1碳素钢的腐蚀裕量Table1.1Carbonsteelcorrosionmargin腐蚀程度不腐蚀轻微腐蚀腐蚀重腐蚀腐蚀速度，㎜/s≤0.050.05～0.130.13～0.25＞0.25腐蚀裕量，㎜0≥1≥2≥3(6)焊接接头系数焊接接头系数是用来补偿元件焊接连接部分的强度削弱的。因为焊接接头是容器薄弱环节之一，焊接接头存在焊接残余应力，热影响区性能降低，焊缝金属晶粒粗大，焊缝内可能存在气孔、夹渣以及漏检的缺陷等原因，影响接头强度。焊接接头系数的大小与焊缝形式、焊接工艺及焊缝无损检测的严格程度有关。我国GB150与美国ASME=8\*ROMANVIII-1、日本JISB8243一样。均按焊接接头形式和无损检测率确定焊接接头系数，而且只针对焊接接头作了规定。双面焊全焊透对接街头的焊接接头系数Φ=1.00；局部无损检测Φ=0.85。a.压力实验球罐制成后应经行压力试验。压力试验的种类要求和实验压力值应在图样上说明。压力试验可采用液压或气压，一般采用液压，进行气压试验必须采用安全稳妥的有效措施。b.实验压力：实验压力的压力应符合设计图样要求，实验压力的最低值按下述规定：PT=ηP式中P—设计压力（对在用压力容器一般为最高工作压力或压力容器铭牌上规定的最大允许压力），MPa；Pt—实验压力，MPa；—球壳材料在实验温度下的许用应力，MPa；—球壳材料在设计温度下的许用应力，MPa；η—实验压力系数。压力试验前，应按下列校核球壳应力：式中—实验压力下球壳的应力，MPa；PT—实验压力MPa；—球壳内径，mm；—球壳的有效厚度，mm；应满足下列条件：液压实验时，≤0.9Φ气压试验时，≤0.8Φ式中—球壳材料在实验温度下的屈服点，MPa；Φ—球壳的焊接接头系数。球罐在制造过程中，从选材、加工、组装、焊接，直至热处理，虽然对原材制造工艺的缺陷存在，因而有必要在球罐制造完毕后进行压力试验，以验证球罐的强度，焊接接头致密性等。压力试验的压力确定，各国规范规定，液压实验压力一般为1.25～1.5倍设计压力，气压实验取1.15倍涉及压力是可行的，可确保安全是用。液压实验，一般采用水作为实验介质水温不宜过低，当壁温降至材料的脆性转变点时会使球壳钢材在应力强度很低，未达到屈服点时就产生脆性破坏。液压试验时不易过速升压，宜缓慢提高压力。随着压力逐渐升高，球壳逐渐趋圆，球壳中应力趋于均匀。如果迅速升高压力，由于焊接接头存在形状不连续，局部应力较高尚未缓解形状不连续、应力的再分布，压力又不断升高，只能使形状不连续处局部应力继续迅速增大，对球壳的强度不利[3]。气密性试验盛装下列物料的球罐应进行气密性试验：a.毒性程度为极度或高度危害的物料；b.易燃的压缩气体或液化气体。注：毒性程度分级和易燃介质的划分按《压力容器安全技术监察规程》的规定。如果图样有要求，球罐还应进行气密性试验。气密性试验应在压力试验合格后进行。气密性试验压力按下式确定：式中—试验压力，MPa；—设计压力，MPa。第二章材料选用2.1选材标准(1)选材释意a.钢板材料是球罐设计，制造的基础，材料的性能和质量的优劣直接影响着球罐的质量和安全使用。根据目前国内设计、制造、组焊及检验的水平看，重点制造、组焊球罐的单位已具备了较高的专业化水平，因此，材料问题已成为球罐的关键问题，直接影响着我国球罐的安全使用。球罐受压元件用钢应符合本章规定。非受压元件用钢，当与受压元件焊接时，也应是焊接性能良好的钢材。球罐受压元件用钢应由平炉、电炉或氧气转炉冶炼。钢材的技术要求应符合相应的国家标准、行业标准或有关技术文件的规定。制造单位应按质量证明书对钢材进行验收，必要时尚应进行复验。如无钢材生产单位的钢材质量证明书，则应按《压力容器安全技术监察规程》的规定。选择球罐用钢应考虑球罐的使用条件(如设计温度、设计压力、物料特性等)、材料的焊接性能、球罐的制造工艺和组焊要求以及经济合理性。当对钢材有特殊要求时(如要求特殊冶炼方法、较高的冲击功指标、提高无损检测要求、增加力学性能检验率，考虑介质对钢材腐蚀的要求等)，应在图样或相应技术文件中注明。当设计温度高于200℃许用应力值按GB150的规定。球罐用钢板国外有两条选材原则：欧洲国家广泛采用屈服极限294～441MPa级的中强钢，属于Mn-Si、Mn-V、Mn-Nb和Mn-Ni-V系钢，厚度不加控制，当厚度超过规定的界限时，对球罐进行焊后消除应力热处理；日本则选用高强钢，一般对球罐容积在6000m3以下采用抗拉强度600MPa级钢，容积超过10000m3采用抗拉强度800MPa级钢，壁厚通常控制在不进行整体热处理的界限内[7]两种选材原则各有其优缺点。优点是：材料便宜，易获得，焊接工艺条件不苛刻，便于施工，还可通过热处理消除焊接残余应力，有利于防止应力腐蚀。缺点是：相同容积的球罐钢材耗量大，不利于球罐大型化。选用高强度钢的原则其优点是可以降低钢材的消耗量，有利于球罐的大型化，缺点是焊接工艺条件苛刻，易于产生焊接裂纹，不易进行应力腐蚀控制。考虑到我国钢材的状况，本标准选材原则与欧洲国家相同。b.焊接材料随着球罐建造的不断进步，在施工现场手工电弧焊焊接球罐的传统工艺受到挑战，近五年来在引进装备的基础上，用气体保护自动焊代替手工焊的逐渐增多，因此GB12337标准对气体保护自动焊焊丝的要求予以规定。GB12337标准考虑到目前少数制造厂对桔瓣式球壳的极板仍采用拼接后出厂，因此对埋弧自动焊的焊丝和焊剂也作了相应规定。本标准规定球壳的焊缝，以及直接与球壳焊接的焊缝，对于手工电弧焊必须选用低氢碱性焊条。焊丝和焊剂应与所施焊的钢种相匹配。(2)检验a.钢板钢中有硫化物夹杂存在时，由于其熔点低、强度低的特点，将会引起钢板的强度和塑性大大下降(主要是厚度方向)，致使不能承受较大的应力。从焊接试验证明，焊接接头坡口处有严重硫化物夹杂存在时，在焊接应力的作用下易产生裂纹，严重影响其使用的安全性。在硫化氢介质的环境中，钢中存在夹杂物等缺陷，由于氢的渗透导致夹杂物尖端产生裂纹或鼓泡。鉴于上述原因，本标准作出了不同条件下球壳用钢板需逐张进行超声检测的规定：厚度大于30mm的20R和16MnR钢板，厚度大于25mm的15MnVR和15MnVNR钢板，厚度大于20mm的16MnDR和09Mn2VDR钢板，调质状态供货的钢板，上下极板和与支柱连接的赤道板在下料前应经超声检测。日本JLPA201规定：钢板厚度超过19mm时下料前应经超声波探伤并合格，以厚度分档提出超声检测要求。JLPA201规定比本标准严，但本标准按球罐的不同受力部位针对性的提出进行超声检测，是可以保证球罐质量的，也是合理的。b.焊接材料熔敷金属扩散氢含量对焊接接头冷裂纹的产生有很大影响。根据过去球罐开裂的经验教训规定烘干后的实际扩散氢含量：E60级焊条为4mL/100g；E55级焊条为5mL/100g；E50级焊条为6mL/100g；E43级焊条为8mL/100g。2.2壳体用钢板表2.1钢材的许用应力Table2.1Usesteelstress钢号钢板标准使用状态厚度mm常温强度指标在下列温度（℃）下的许用应力，MPaMPaMPa2010015020020RGB6654热轧正火6～16400245133133132123＞16～36400235133132126116＞36～60400225133126119110＞60～10039020512811511010316MnRGB6654热轧正火6～16510345170170170170＞16～36400325163160163159＞36～60470305157157157150＞60～100460285153153150141100～12045027515015014713815MnVRGB6654热轧正火6～16530390177177177177＞16～36510370170170170170＞36～6049035016316316316307MnCrMoVR－调质16～50610490203203203203表2.2锻件的标准及许用应力Table2.2Forgingstandardsandallowablestress钢号铸件标准公称厚度mm常温强度指标在下列温度（℃）下的许用应力，MPaMPaMPa2010015020020JB472610037021512311911310416MnJB472630045027515015014713520MnMoJB4726300530370177177177177＞300～500510355170170170170＞500～70049034016316316316316MnDJB472730045027515015014713520MnMoDJB4727300530370177177177177＞300～500510355170170170170＞500～70049034016316316316308MnNiCoMVD09Mn2VDJB4727JB4727300200600420480260200140200140200200注：中间温度的许用应力值，可按本表的压力值用内插法求得。钢板使用的技术要求：a.选用国外钢材时，应用国外相应压力容器最新标准所允许使用的钢材，其使用范围不应超出该标准的规定，同时也不应超出我国相近成分和技术要求的规定。b.选用新研制的钢材，或未列入标准的钢材，要经过国家审核合格批准后方可使用。c.代用图样规定的钢材时，应取得设计单位的同意。代用钢材与被待用钢材具有相同或相近的化学成分、交货状态、检验项目、性能指标和检验率以及尺寸公差和外形质量等。对用较高质量的钢材做待用材料时，尚需考虑经济合理性。d.符合下列条件的钢板应在正火状态下使用：厚度大于30mm的20R和16MnR、大于16mm的15MnVR、任意厚度的15MnVNR的球壳用钢板；厚度大于50mm的20R和16MnR的其它受压元件（法兰、平盖等）。e.调质状态供货、厚度大于60mm的球壳用钢板应逐张进行夏比（V形缺口）常温或低温冲击实验。表2.3锻件的热处理状态及最低冲击温度Table2.3Forgingandheattreatmentstateminimumtemperatureimpact钢号热处理状态公称厚度，mm最低冲击实验温度℃下的许用应力16MnD正火加回火，调质200-40＞200～300-3009Mn2VD正火加回火，调质2005020MnMoD调质500-3008MnNiCoMVD调质＞500～700300-20-402.3锻件用钢球罐的人孔、接管往往采用铸件，人孔结构采用铸件可避免补强结构，使人孔以对接焊的形式与球壳板连接，达到减少应力突变的目的。铸件由设计单位确定，并在图样中说明。人孔铸件级别不应小于=3\*ROMANIII级。人孔铸件选用时，必须考虑其力学性质不低于球板材料的力学性质，且可焊性良好，经消除应力退火后，强度和韧性没有明显下降[5]铸件的标准及许用应力按表2.2的规定；当球罐的设计温度低于或等于-20时，锻件的热处理状态及最低冲击温度按表2.3的规定。2.4钢管的选用钢管的标准及许用应力按表2.4的规定，15MnV、09Mn2VD和09MnD钢管应在正火状态下使用；当球罐的设计温度-20时，锻件的热处理状态及最低冲击温度应符合表2.5的规定。表2.4钢管标准及许用应力Table2.4Pipestandardsandwithstress钢号钢管标准厚度mm常温强度指标在下列温度（℃）下的许用应力，MPaMPaMPa2010015020010GB/T8163GB9948GB647910161617～403353353353352052052051951121121121121121121121101081081081041011011019820GB/T8163101639041024524513013713013713013212312320GGB64791617～4041041024523513713713713213212612311616MnGB64791617～4049049032031016316316316316316315915315MnV09MnDGB64791617～40﹤16510510400350340240170170133170160133170170128170170119注：中间温度的许用应力值，可按本表的压力值用内插法求得表2.5钢管使用状态及最低冲击实验温度Table2.5Pipeimpactoftheuseofstateandthelowesttemperatureexperiment钢号使用状态壁厚，mm最低冲击实验温度，℃10正火16-3020G正火16-2016Mn正火20-4009MnD正火16-50第三章结构设计3.1概况球壳结构形式多种多样，根据不同使用条件，使用不同的材料。我国现形使用的球罐为桔瓣式或混合式，支座为支柱支撑。球壳结构没有采用足球瓣式是因为：a．足球瓣式球罐适用于制造容积较小的球罐，不适用于制造较大容积的球罐，应用场合少。b.足球瓣式球罐组装和焊接比较困难，在我国还没有实践经验。混合式球罐的球壳结构兼容了足球瓣式和桔瓣式球壳的优点，故混合式球壳结构最优。近年来从国外引进的大型球罐大多采用混合式，国内施工组焊单位已积累了丰富的实践经验，通过对引进球罐的施工和开发研究，国内已掌握了混合式球罐的设计。3.2球壳的设计球壳是球罐的主体，它是储存物料和承受物料工作压力，和液柱压力的构件，球壳几何尺寸较大，必须由许多瓣片组成，球壳设计要按照如下设计准则进行[6]：a.必须满足所储存物料在容量、压力、温度方面要求，且安全可靠；b.受力状况最佳；c.尽量采用大的瓣片结构，使焊缝结构最小，减少安装工作量；d.考虑钢板的规格，增强球壳板的互换性，以高利用率。混合式球壳的设计混合式球壳，其赤道带和温带采用橘瓣式，极板采用足球瓣式。由于此种结构兼容了足球瓣式和桔瓣式球壳的优点，所以材料利用率高，焊缝长度缩短，球壳板数量减少，适合大型球罐。(1)混合式结构三带结构排板计算：球心角/各带分块数：上极112.5/7；赤道带67.5/16；下极112.5/7；查得N=16；R=6105；α=22.5；β0=67.5；β1=24；β2=11；β3=22a.符号说明R—球罐半径，mm；β0—赤道带球心角，（°）；β1—极中板球心角，（°）；β2—极侧板球心角，（°）；β3—极边板球心角，（°）N—赤道带分瓣数；α—赤道带周向球心角，（°）；b.赤道板计算：c.极板尺寸计算：对角线弦长与弧长的最大间距：d.极中板尺寸计算：对角线弦长与弧长的最大间距：e.极侧板尺寸计算：f.极边板尺寸计算：sin=2346.92703.5(2)坡口设计球壳都是由球片焊接而成，因此焊接坡口的设计是保证球罐质量的环节。坡口设计原则是：便于施工、便于检验，焊缝有足够的强度又经济合理。目前国内外球罐的焊缝系数趋向于采用Φ=1，因此坡口设计就更为重要。我国国内球罐的坡口设计可按下列标准进行：GB985-988，选用或参照《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式及尺寸》；GB986-988《埋弧焊焊缝坡口的基本形式及尺寸》；JB/T4709-2000《钢制压力容器焊接规程》等。3.3支座设计球罐支座是球罐中用以支承球壳及附件和储存物料重量的结构部件。座形式有柱式和裙式两大类。柱式支承有赤道正切柱式支承、V形柱式支承和三桩会一柱式支承。裙式支承包括圆筒裙式支承、锥形支承，及用钢筋混凝土连续基础支承的半埋式支承、锥底支承。其中柱式支承中以赤道正切柱式支承为国内外普遍采用。(1)赤道正切柱式支座设计：a.赤道正切柱式支座的结构特点是：球壳由多根圆柱状的支柱在球壳赤道部位等距离布置，与球壳相切或近似相切(相割)而焊接起来。支柱支承球罐的重量，为了承受风载荷和地震力，保证球罐的稳定性，在支柱之间设置拉杆相连接。这种支座的优点是受力均匀，弹性好，能承受热膨胀的变形，组焊方便，施工简单，容易调整，现场操作和检修也方便，且适用于多种规格的球罐：缺点是重心高，稳定性较差。本标准选用的支座形式为赤道正切柱式支承。b.支柱与球壳的连接分有垫板连接和无垫板连接两种结构型式。有垫板连接构(又称加垫板)可增加球壳板的刚性，但又增添了球壳上的搭接接头，当球罐承受内压膨胀，将导致焊接接头裂纹的产生。我国球罐的设计基本都采用无垫板结构型式。引进球罐也大都采用无垫板结构型式。c.支柱与球壳连接端部结构分平板式、半球式和椭圆式三种。平板式结构边角易造成高应力状态。半球式和椭圆式结构属弹性结构，不易形成边沿高应力状态，抗拉断能力较强，故多被采用，本标准亦选用此两种结构[7]。d.支柱与球壳连接下部结构一般分直接连接、连接处下端加托板、U形柱和翻边四种(见图1)。翻边结构：它不但解除了连接部位下端施焊困难，确保了焊接质量，对该部位的应力状态也有所改善。图3.1支柱与壳体连接形式Figure3.1Theconnectionaboutpillarandsphereshell第四章强度计算设计条件公称容积：1000m3(内经Di=12300)；球壳材料：16MnR[б]=[б]t=157MPa；储存物料：DMF；物料密度：=897kg/m3设计压力：1.5MPa；设计温度：100℃；水压实验压力：PT=1.25P[б]/[б]t；基本风压值：500N/m2；球罐建造场地Ⅱ类近震B类；支柱数量：n=8(选用10钢600mm16mm)；拉杆：选用45mm圆钢，材料35钢4.1球壳计算（1）计算压力Pci：Pci=P+H210-8H=Ri=1.652686150=101644.1各带参数表Table4.1Withtheparameters计算点各带球心角各带物料液位高/mm计算压力Pci/MPa上极带板112.501.5赤道中心线80911.571下极带板112.5101641.589（2）设计温度下球壳计算厚度：===29.5mm=mm==31.2mm考虑腐蚀裕度C1=1mm球壳的名义厚度=33mm（注：与柱焊接的赤道板厚取34mm）（3）球罐质量计算：球壳平均直径：Dcp=12333mm；球壳材料密度：=7850㎏/m3；物料密度：=897㎏/m3；水密度：=1000㎏/m3；装填系数：k=0.93m1==3.14123332785010-9=123783kg注：支柱连接处厚度增加质量60m2==803663kgm3===97385kgm4===1225kgm1—球壳质量m2—物料质量m3—液压试验时液体质量kgm4——雪载荷kgm5—保温层质量kg，m5=0kgm6—支柱和拉杆质量kg，m6=1360kgm7—附件质量kg，m7=8000kg操作状态下球罐质量m0m0=m1+m2+m4+m5+m6+m7=938031kg液压试验下球罐的质量mTmT=m1+m3+m4+m6=123783+973854+1360+8000=1106997kg球罐最小质量mminkgmmin=m1+m6+m7=12378+1360+8000=133143kg（4）地震载荷计算与柱底板面至球壳中心的距离H0=8000mm；与柱底板面至拉杆中心线与支柱中心线交点处的距离l=5600mm；支柱材料常温弹性模量Es=192103；支柱数目n=8表4.2拉杆影响系数Table4.2DrawbarsinfluencecoefficientL/0.900.800.750.700.650.600.500.0280.1040.1560.2160.2820.3520.50注：中间值用内差法计算a.自震周期球罐的基本自震周期：==0.596s式中—拉杆影响系数由表查取得=0.216I===b.水平地震力：=0.450.1249380319.81=513476.3N式中—综合影响系数，=0.45；—地震影响系数最大值，=0.23；—各类场地土特征周期，=0.3。==0.124表4.3风压高度变化系数Table4.3Highwindpressurecoefficientchanges距地面高度地面粗糙度类别ABC5101520301.171.381.521.631.800.801.001.141.251.420.140.110.140.140.11(5)风载荷计算水平分力==36864N式中k1—风载体型系数，k1=0.4k2—分振系数—风压高度变化系数，=0.984—球馆附件增大系数，=1.1k2=；系数=1.46（按表4.2选取）弯距计算：N·mmL—力臂L==24004.2支柱计算(1)单个支柱垂直载荷支柱中心圆半径：R=Ri6510mm拉杆与支柱的夹角β：β===单个支柱的截面积A：=14871mm2a.重力载荷操作状态下支柱的重力载荷：==N液压试验状态下支柱的重力载荷：===1357455N最大弯矩对支柱产生的垂直载荷：==-50813式中—最大弯矩对支柱产生的垂直载荷，—支柱的方位角（）A向受力时，支柱方位角=B向受力时，支柱方位角=表4.4各支柱受力Table4.4Thepillarsoftheforce支柱号A向受力B向受力θicosθiFi/NθicosθiFi/N001-50813-22.50.924-469511450.707-35924.822.50.924-469512900067.50.383-194613135-0.70735924.8112.5-0.383194614180-150813157.5-0.924469515225-0.70735924.8202.5-0.92446951627000247.5-0.3831946173150.707-35924.8292.50.383-19461b.拉杆作用在支柱上的垂直载荷，所有相邻两支柱间用拉杆连接时，拉杆作用在支柱上的垂直载荷：==186543.2=155463.8A向受力时支柱方位角=B向受力时支柱方位角=表4.5各支柱受力Table4.5Thepillarsoftheforce支柱号A向受力B向受力θjsinθjPi-j/NθjsinθjPi-j/N022.50.38359542.6000167.50.924143648.5450.707109912.72112.50.924143648.3901155463.83157.50.38359542.61350.707109912.74202.5-0.383-59542.6180005247.5-0.924-143648.5225-0.707-109912.86292.5-0.924-143648.5270-1-155463.87337.5-0.383-59542.6315-0.707-109912.8c.支柱的最大垂直载荷[8]操作状态下支柱的最大垂直载荷W0：=1150260.5+（50813+155463.8）=1.3106N液压试验状态下支柱的最大垂直载荷：==11357455+0.3（50813+155463.8）36864/522692.3=1.36106N(2)单个支柱弯矩球壳材料的泊松比=0.3球壳材料的弹性模量E=206103MPa操作状态下支柱的偏心弯矩：==403106Nmm液柱静压力：=0.043液压试验状态下支柱：MPa=503106Nmm=MPa式中—操作状态下球壳赤道线的薄膜应力；—液压试验状态下液体在赤道线的液柱静压力，=0.155MPa；—操作状态下物料在赤道线的液的的偏心弯矩；—液压实验状态下球壳赤道线的薄膜应力。a.附加弯矩操作状态下支柱的附加弯矩：===38.8Nmm液压试验状态下支柱的附加弯矩：===46Nmmb.总弯矩操作状态下支柱的总弯矩M0：Nmm液压试验装态下支柱的总弯矩MT：Nmm(3)支柱稳定性校核支柱的惯性半径：mm支柱的长细比：式中—计算长度系数=1换算长细比；=0.398支柱材料10钢常温下屈服强度，=205MPa；支柱材料的需用应力，=/1.5=136.7MPa。操作状态下支柱的稳定校核：＜=136.7MPa式中—弯矩作用平面内的轴心受压与支柱稳定系数>0.251焊接钢管截面=0.965，=0.300，-等效弯矩系数取=1；-截面塑性发展系数=1.15；Z-单个支柱的截面系数。mm3欧拉临界力：N(4)地脚螺栓计算拉杆作用在支柱上的水平力：N支柱地板与基础的摩擦力：N式中-支柱地板与基础摩擦系数=0.3地脚螺栓<时球罐必须设置地脚螺栓地脚螺栓的螺纹根径：mm地脚螺栓直径d=30mm式中—每个地脚螺栓上的螺栓个数为2；—地脚螺栓材料的需用应力为0.46s；—地脚螺栓材料Q235A腐蚀度取，=3mm。(5)支柱地板支柱地板直径取两式中较大值mmmm混凝土基础材料的许用应力=8MPa实取=900mm底板的厚度：mm实取=35mm