CN103993692A - 拱顶钢储罐组合式穹顶网壳 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种拱顶钢储罐组合式穹顶网壳，主要解决现有技术中自支承式钢储罐拱顶顶盖采用单层穹顶网壳时，网壳结构稳定性差、在罐内正、负压力两种工况下壳体构件的能力发挥不一致的问题。本发明通过采用一种拱顶钢储罐组合式穹顶网壳，所述拱顶钢储罐组合式穹顶网壳整体为球面，由至少四个以上单榀桁架(5)在空间按球面组合而成，单榀桁架(5)沿球面的中心分散布置，每个单榀桁架(5)的一端与在网壳的球面中心相连，另一端与储罐罐壁顶端连接，所述单榀桁架(5)由上弦杆(9)、下弦杆(7)、腹杆(8)组成，单榀桁架(5)的平面结构为梭形的技术方案较好地解决了上述问题，可用于拱顶钢储罐中。

Description

拱顶钢储罐组合式穹顶网壳

技术领域

本发明涉及一种拱顶钢储罐组合式穹顶网壳。

背景技术

钢储罐是一种在化工、石油化工和其它各个工业领域广泛应用的特种储运设备，按几何形状和结构形式可分为固定顶储罐、浮顶储罐、套顶储罐和无力矩储罐等四种，其中浮顶储罐和套顶储罐为无固定顶盖，无力矩储罐为中间设立柱的无力矩悬链式顶盖，虽带有顶盖但在分类上不属于固定顶储罐。

固定顶储罐又称拱顶储罐，其顶盖一般分为锥顶式、拱顶式和自支承伞形三种。其中，锥顶式罐顶是一种形状接近于正圆锥体表面的锥顶，锥顶中央下面如果设置立柱为有支承式，否则为自支承式，有支承锥顶载荷除周边支承于罐壁上外，部分荷载通过锥顶中间的立柱传到基础，主要用于直径(或罐容)较大的储罐，但不适用于地基土条件较差和高地震烈度区；自支承锥顶载荷主要靠锥顶板周边支承于罐壁上，主要用于直径(或罐容)较小以及内压不高的储罐。拱顶式罐顶和锥顶式罐顶相似，只不过将锥顶形状改为球形表面的形状，即通常所称的穹顶网壳。自支承伞形罐顶是一种修正的拱形罐顶，其任何水平截面都具有规则的多角形，它和罐顶板数有同样多的棱边，是自支承拱顶的变种。随着我国储运事业的发展，钢储罐越来越趋向于大型化，由于拱顶罐与相同容积的锥顶罐相比，用钢量小，能承受较高的剩余压力，有利于减少储液蒸发损耗，特别是罐外为球形弧面，其承受罐内正、负压力的能力要优于锥顶罐，因此，拱顶式储罐的应用更为广泛。

对于自支承式和有支承式形式的选择，重要因素之一是取决于罐容或罐的直径。随着罐直径的加大，罐顶的载荷也将增加，如采用自支承式罐顶，则载荷直接作用到周边罐壁上，罐壁的强度和稳定性将受到较大影响，同时，顶盖自身需要更大的空间结构刚度，用钢量也将上升，造价大幅上升，因此，在这种情况下，一般采用罐中央设置单根立柱(有时可在罐内设置多根立柱)的方法，通过按受弯构件模式考虑的拱顶桁架或梁承担荷载以后，分别传给立柱和罐壁。然而，通过罐顶下设置立柱的方法固然可减小罐顶荷载对罐壁的影响和顶盖结构的不经济性，但是，从结构性能来看，立柱必须支承在良好的地基土上面，立柱不能发生较大的竖向变形，否则立柱与基础脱空将对罐顶结构造成严重的不利影响，因此这是一种容易受地基不均匀沉降因素干扰的结构形式，另外，带立柱的罐顶结构抗地震性能也相对比较弱，一般不适用于高地震烈度区；而从设备工艺使用性能来看，罐内设置立柱，不利于罐内储液表面浮舱的频繁升降，稍有变形容易导致浮舱卡住，从而影响生产甚至出现事故。因此，目前国内石化行业内拱顶储罐大多仍采用了自支承式穹顶网壳形式。

CN103057877A涉及一种网壳拱顶储罐。网壳拱顶储罐包括罐壁、拱顶、垫板、环板、肋板、防护栏；环板与罐壁顶端平齐、环绕罐壁一周并与罐壁焊接；在环板底部沿罐壁圆周方向均匀设有肋板，肋板与环板、罐壁焊接；在环板顶面对应肋板所在位置处设有垫板；拱顶由罐顶网壳结构和铺设在网壳结构上方的蒙皮组成，拱顶通过罐顶网壳结构支座支撑在垫板上，蒙皮与罐壁的顶端焊接；在环板上部外边缘处设置防护栏。

自支承式穹顶网壳具有空间外形美观、结构刚度大、易于制作安装施工等特点，由于罐顶载荷一般较小，通常采用的是单层网壳，而不采用空间刚度更大、制作施工复杂的双层网壳。单层网壳的网格形式很多，如Kwitt型，Schwedeller型，葵花型，短程线型，肋环型和子午线型等等诸多形式，也可以将这些不同网格形式组合成更多的不同网格形式，但无论怎么组合，这些网格形式均可以统一按三角形、四边形乃至多边形等网格边型数来进行分类。在同样矢跨比和同等载荷条件作用下，不同边型数的网壳具有不等的空间刚度和安全稳定系数。要想达到满足规范要求的变形条件和安全稳定系数，一般需要采用合理的网格形式和划分频数或选用较大截面构件的方式，来获得必要的空间刚度，而这一方法的直接结果就是导致顶盖用钢量的增加，也势必造成罐顶网壳重量的增加和罐壁的负担，特别是施工制作和安装更加麻烦，进而会加大网壳的初始缺陷，并可能由此导致网壳失稳性的降低。

本发明有针对性的解决了该问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中自支承式钢储罐拱顶顶盖采用单层穹顶网壳时，网壳结构稳定性差、在罐内正、负压力两种工况下壳体构件的能力发挥不一致的问题，提供一种新的拱顶钢储罐组合式穹顶网壳。该网壳用于拱顶钢储罐中，具有网壳结构稳定性好、在罐内正、负压力两种工况下壳体构件的能力发挥一致的优点。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种拱顶钢储罐组合式穹顶网壳，所述拱顶钢储罐组合式穹顶网壳整体为球面，由至少四个以上单榀桁架(5)在空间按球面组合而成，单榀桁架(5)沿球面的中心均等分散布置，每个单榀桁架(5)的一端与在网壳的球面中心相连，另一端与储罐罐壁顶端连接，所述单榀桁架(5)由上弦杆(9)、下弦杆(7)、腹杆(8)组成，单榀桁架(5)的平面结构为梭形。

上述技术方案中，优选地，所述单榀桁架(5)沿储罐穹顶的球面中心等角度对称布置，单榀桁架(5)的数量为偶数。

上述技术方案中，优选地，由普通型钢构件制成的桁架连接杆件(3)在球面上沿水平截面组成至少一层同心圆布置，将各单榀桁架(5)相连接。

上述技术方案中，优选地，所述单榀桁架(5)的计算模式为压弯构件，单榀桁架(5)的上弦杆(9)符合拱顶球面弧形曲率设计的要求。

上述技术方案中，优选地，所述腹杆(8)的布置为竖向、斜向中的至少一种，腹杆(8)的材质为普通型钢。

上述技术方案中，优选地，所述单榀桁架(5)与储罐罐壁顶端连接时，罐壁内侧上端设置节点板进行连接，节点板根据桁架计算和杆件构造以及罐壁构造确定，单榀桁架(5)与储罐罐壁顶端连接的计算模式为铰接。

上述技术方案中，优选地，所述单榀桁架(5)的一端与在网壳的球面中心相连时，球面中心采用设置中心圆筒加节点板进行连接，中心圆筒、节点板形式根据桁架计算和杆件构造确定。

上述技术方案中，优选地，所述储罐罐壁上端设置加强圈(2)，加强圈(2)的设计根据桁架计算和杆件构造以及罐壁构造确定。

上述技术方案中，优选地，所述拱顶钢储罐组合式穹顶网壳外围设置全覆盖式储罐蒙皮(1)。

本发明根据拱顶钢储罐的工艺要求，利用球面顶盖的特点，将桁架的上下弦设计成为变厚度的梭形桁架，组合成自支承式钢储罐穹顶网壳，以组合式压弯桁架替代单一的纯受弯桁架或梁，组成的空间结构体系是一种理想的空间网壳结构模式。采用本发明的方法，可以有效克服现有拱顶式钢储罐顶盖设计形式中的各种缺陷，提高网壳结构的安全稳定系数，同时使材料特性的使用发挥达到最佳性价比，取得较好的技术效果。

附图说明

图1为本发明所述拱顶钢储罐组合式穹顶网壳的结构示意图；

图2为图1中A-B方向的剖面图。

图1、图2中，1为罐顶蒙皮(全覆盖)；2为罐壁加强圈；3为桁架连接杆件；4为罐顶中心连接圆筒；5为单榀桁架；6为罐壁；7为单榀桁架5的下弦杆；8为单榀桁架5的腹杆；9为单榀桁架5的上弦杆。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

【实施例1】

某拱顶钢储罐组合式穹顶网壳的结构如图1、图2所示。储罐直径为42米，拱顶钢储罐组合式穹顶网壳整体为球面，由8个单榀桁架5在空间按球面组合而成，单榀桁架5沿球面的中心分散布置，相邻两个单榀桁架5的夹角为45°，每个单榀桁架5的一端与在网壳的球面中心相连，另一端与储罐罐壁顶端连接。设置两圈桁架连接杆件3用于连接各单榀桁架5。

单榀桁架5由上弦杆9、下弦杆7、腹杆8组成，单榀桁架5的平面结构为梭形，单榀桁架5的计算模式为压弯构件，单榀桁架5的上弦杆9符合拱顶球面弧形曲率设计的要求，腹杆8的布置为竖向、斜向组合，腹杆8的材质为等边角钢(L125*8，Q235)。上弦杆9、下弦杆7之间的最长距离2.0米。

单榀桁架5与储罐罐壁顶端连接时，罐壁内侧上端设置节点板进行连接，节点板根据桁架计算和杆件构造以及罐壁构造确定，单榀桁架5与储罐罐壁顶端连接的计算模式为铰接。

单榀桁架5的一端与在网壳的球面中心相连时，球面中心采用设置中心圆筒加节点板进行连接，中心圆筒、节点板形式根据桁架计算和杆件构造确定。

储罐罐壁上端设置加强圈2，加强圈为一道，加强圈2的设计根据桁架计算和杆件构造以及罐壁构造确定，加强圈2采用的材质为Q235普通板材。

拱顶钢储罐组合式穹顶网壳外围设置全覆盖式储罐蒙皮1，蒙皮1材质为Q235，厚度为4mm。

【实施例2】

按照实施例1所述的条件，只是单榀桁架5的数量为12个，相邻两个单榀桁架5的夹角为30°，上弦杆9、下弦杆7之间的最长距离为1.6米。腹杆8的布置为竖向。

【对比例】

按照实施例1所述的条件，只是不设置梭形单榀桁架5，采用单层网壳，网格形式为子午线形，网壳结构稳定性较差，在罐内正、负压力两种工况下壳体构件的能力发挥不一致。

Claims (9)

1.一种拱顶钢储罐组合式穹顶网壳，所述拱顶钢储罐组合式穹顶网壳整体为球面，由至少四个以上单榀桁架(5)在空间按球面组合而成，单榀桁架(5)沿球面的中心均等分散布置，每个单榀桁架(5)的一端与在网壳的球面中心相连，另一端与储罐罐壁顶端连接，所述单榀桁架(5)由上弦杆(9)、下弦杆(7)、腹杆(8)组成，单榀桁架(5)的平面结构为梭形。

2.根据权利要求1所述拱顶钢储罐组合式穹顶网壳，其特征在于所述单榀桁架(5)沿储罐穹顶的球面中心等角度对称布置，单榀桁架(5)的数量为偶数。

3.根据权利要求1所述拱顶钢储罐组合式穹顶网壳，其特征在于由普通型钢构件制成的桁架连接杆件(3)在球面上沿水平截面组成至少一层同心圆布置，将各单榀桁架(5)相连接。

4.根据权利要求1所述拱顶钢储罐组合式穹顶网壳，其特征在于所述单榀桁架(5)的计算模式为压弯构件，单榀桁架(5)的上弦杆(9)符合拱顶球面弧形曲率设计的要求。

5.根据权利要求1所述拱顶钢储罐组合式穹顶网壳，其特征在于所述腹杆(8)的布置为竖向、斜向中的至少一种，腹杆(8)的材质为普通型钢。

6.根据权利要求1所述拱顶钢储罐组合式穹顶网壳，其特征在于所述单榀桁架(5)与储罐罐壁顶端连接时，罐壁内侧上端设置节点板进行连接，节点板根据桁架计算和杆件构造以及罐壁构造确定，单榀桁架(5)与储罐罐壁顶端连接的计算模式为铰接。

7.根据权利要求1所述拱顶钢储罐组合式穹顶网壳，其特征在于所述单榀桁架(5)的一端与在网壳的球面中心相连时，球面中心采用设置中心圆筒加节点板进行连接，中心圆筒、节点板形式根据桁架计算和杆件构造确定。

8.根据权利要求1所述拱顶钢储罐组合式穹顶网壳，其特征在于所述储罐罐壁上端设置加强圈(2)，加强圈(2)的设计根据桁架计算和杆件构造以及罐壁构造确定。

9.根据权利要求1所述拱顶钢储罐组合式穹顶网壳，其特征在于所述拱顶钢储罐组合式穹顶网壳外围设置全覆盖式储罐蒙皮(1)。