CN112364457B - 一种双侧不同高度的鞍座计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双侧不同高度的鞍座计算方法。本发明方法，包括如下步骤：获取容器设备的总重；获取地震载荷数据及摩擦系数，计算容器设备所受的摩擦力、地震力；计算鞍座反力及组合力；分别计算鞍座整体拉伸应力、弯曲应力，鞍座底板的最小厚度，鞍座筋板及腹板的受力，鞍座地脚螺栓受力。本发明成功解决了双侧由不同高度鞍座支撑的倾斜式卧式容器的鞍座强度计算问题，并能自动完成校核。补充了现有各软件利用国内外规范设计卧式容器的不足，提高了鞍式支座设计计算的准确性，并使其程序化，避免了鞍式支座设计计算的繁琐性，提高了设备设计效率，具有一定的通用性及实用性。
Description
技术领域
本发明涉及卧式容器设计技术领域，尤其涉及一种双侧不同高度的鞍座计算方法。
背景技术
国内外有关卧式容器的设计规范均采用Zick于1951年在实验研究的基础上提出的近似分析和计算方法。Zick的方法是把置于鞍座上的卧式容器简化为对称分布的承受均布载荷的双铰支点的外伸梁，只针对水平卧式容器的鞍座计算。双侧由不同高度鞍座支撑的倾斜式卧式容器，现有技术没有相应的计算方法和计算机应用程序，来计算其支座受力。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种双侧不同高度的鞍座计算方法。本发明采用的技术手段如下：
一种双侧不同高度的鞍座计算方法，包括如下步骤：
步骤1、获取容器设备的总重；
步骤2、获取地震载荷数据及摩擦系数，计算容器设备所受的摩擦力、地震力；
步骤3、基于步骤1和步骤2获取的数据计算鞍座反力及组合力；
步骤4、基于步骤3获取的组合力，输入鞍座底板、腹板的几何参数，计算鞍座整体所受的拉伸应力和弯曲应力，并与相应许用应力进行比较，判断强度是否满足要求，若不满足，则调整鞍座底板、腹板的几何参数，直到强度满足要求后进行步骤5；
步骤5、计算底板所需的最小厚度，并与输入的底板厚度进行比较，判断底板厚度是否满足要求，若不满足，则返回步骤4，若满足，则进行步骤6；
步骤6、计算筋板和腹板所受压缩应力，并与相应许用应力进行比较，判断强度是否满足要求，若不满足，则返回步骤4，若满足，则进行步骤7，
步骤7、基于螺栓的许用压力分别计算剪切载荷作用下以及倾覆弯矩载荷作用下的所需螺栓截面积，将其与单个螺栓的实际截面积比较，判断强度是否满足要求，若不满足，则返回步骤4，若满足，则设计完成。
进一步地，计算鞍座反力及组合力具体包括如下步骤：
Q1＝W0*(L1-L2)/L1 (1)
其中，Q1是鞍座反力；W0是总重力载荷；L1是两鞍座间距；L2是固定鞍座至重心的距离；
基于如下公式计算摩擦力F1：
F1＝0.4Q1 (2)
基于如下公式计算地震剪力Fev：
Fev＝0.7*Ca*I*Wo*0.7143 (3)
其中，Ca、I为系数；
基于如下公式计算摩擦力引起的支座反力Fwl：
Fwl＝F1*H1/(L1*0.9963) (4)
其中，H1是鞍座高度；
基于如下公式计算地震力引起的支座反力Fsl：
Fsl＝Fev*H1/(L1*0.9963) (5)
基于如下公式计算组合力Q
Q＝Q1+max(Fwl,Fsl) (6)。进一步地，基于如下公式计算鞍座整体所受拉伸应力：
St＝Fh/AS (7)；
其中，St是拉伸应力，Fh是拉伸力，AS是鞍座截面积，其中，Fh＝0.204*Q。
进一步地，基于如下公式计算底板所需的最小厚度：
tb＝((3*Q*B)/(4*A*Sba))0.5 (8)
其中，B是底板宽度；A是底板的截面积；Sba是底板许用应力。
进一步地，基于如下公式计算筋板和腹板所受压缩应力：
Sv＝Q/Ap (9)
其中，Sv是压缩应力；Ap是筋板或者腹板的截面积。
进一步地，基于如下公式计算剪切载荷作用下所需螺栓截面积：
Am1＝(F1+Fev)/(n*Sa) (10)
其中，n是螺栓数量；Sa是螺栓许用应力；
基于如下公式计算倾覆弯矩载荷作用下所需螺栓截面积：
Am2＝M/(n*l*Sa) (11)
其中，M是倾覆弯矩，其满足M＝(F1+Fev)*H1；I是单个螺栓的抗弯截面模量。
本发明成功解决了双侧由不同高度鞍座支撑的倾斜式卧式容器的鞍座强度计算问题，并能自动完成校核。补充了现有各软件利用国内外规范设计卧式容器的不足，提高了鞍式支座设计计算的准确性，并使其程序化，避免了鞍式支座设计计算的繁琐性，提高了设备设计效率，具有一定的通用性及实用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明整体流程图。
图2为本发明实施例中双侧由不同高度鞍座支撑的倾斜式卧式容器示意图；
图3为本发明实施例中鞍座底板、腹板及筋板的俯视示意图。
图4为本发明实施例中鞍座垫板、底板、腹板及筋板的截面示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
由于工艺流程上的原因，会有许多卧式容器需要倾斜一定角度，由高低鞍座支承，如图2所示。为此，如图1所示，本发明实施例公开了一种双侧不同高度的鞍座计算方法，包括如下步骤：
步骤1、获取容器设备的总重；
步骤2、获取地震载荷数据及摩擦系数，计算容器设备所受的摩擦力、地震力；
步骤3、基于步骤1和步骤2获取的数据计算鞍座反力及组合力；
步骤4、基于步骤3获取的组合力，输入鞍座底板、腹板的几何参数，计算鞍座整体所受的拉伸应力和弯曲应力，并与相应许用应力进行比较，判断强度是否满足要求，若不满足，则调整鞍座底板、腹板的几何参数，直到强度满足要求后进行步骤5；
步骤5、计算底板所需的最小厚度，并与输入的底板厚度进行比较，判断底板厚度是否满足要求，若不满足，则返回步骤4，若满足，则进行步骤6；
步骤6、计算筋板和腹板所受压缩应力，并与相应许用应力进行比较，判断强度是否满足要求，若不满足，则返回步骤4，若满足，则进行步骤7，
步骤7、基于螺栓的许用压力分别计算剪切载荷作用下以及倾覆弯矩载荷作用下的所需螺栓截面积，将其与单个螺栓的实际截面积比较，判断强度是否满足要求，若不满足，则返回步骤4，若满足，则设计完成。
具体地，计算鞍座反力及组合力具体包括如下步骤：
Q1＝W0*(L1-L2)/L1 (1)
其中，Q1是鞍座反力；W0是总重力载荷；L1是两鞍座间距；L2是固定鞍座至重心的距离；
基于如下公式计算摩擦力F1：
F1＝0.4Q1 (2)
基于如下公式计算地震剪力Fev：
Fev＝0.7*Ca*I*Wo*0.7143 (3)
其中，Ca、I为系数，本实施例中，Ca＝0.19，I＝1.25；
基于如下公式计算摩擦力引起的支座反力Fwl：
Fwl＝F1*H1/(L1*0.9963) (4)
其中，H1是鞍座高度；
基于如下公式计算地震力引起的支座反力Fsl：
Fsl＝Fev*H1/(L1*0.9963) (5)
基于如下公式计算组合力Q
Q＝Q1+max(Fwl,Fsl) (6)。
如图3、图4所示，基于如下公式计算鞍座整体所受拉伸应力：
St＝Fh/AS (7)；
其中，St是拉伸应力，Fh是拉伸力，AS是鞍座截面积，其中，Fh＝0.204*Q；
判断其与许用拉伸应力之间的关系，St＜Sta。
基于如下公式计算底板所需的最小厚度：
tb＝((3*Q*B)/(4*A*Sba))0.5 (8)
其中，B是底板宽度；A是底板的截面积；Sba是底板许用应力；
判断其与底板的厚度t3的关系，tb＜t3。
基于如下公式计算筋板和腹板所受压缩应力：
Sv＝Q/Ap (9)
其中，Sv是压缩应力；Ap是筋板或者腹板的截面积；
判断其与许用压缩应力Sta的关系，Sv＜Sta。
基于如下公式计算剪切载荷作用下所需螺栓截面积：
Am1＝(F1+Fev)/(n*Sa) (10)
其中，n是螺栓数量；Sa是螺栓许用应力；
基于如下公式计算倾覆弯矩载荷作用下所需螺栓截面积：
Am2＝M/(n*l*Sa) (11)
其中，M是倾覆弯矩，其满足M＝(F1+Fev)*H1；I是单个螺栓的抗弯截面模量；
判断是否满足如下关系式，Max[Am1,Am2]＜Am，其中，Am是单个螺栓的实际截面积。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (1)
1.一种双侧不同高度的鞍座计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、获取容器设备的总重；
步骤2、获取地震载荷数据及摩擦系数，计算容器设备所受的摩擦力、地震力；
步骤3、基于步骤1和步骤2获取的数据计算鞍座反力及组合力；
步骤4、基于步骤3获取的组合力，输入鞍座底板、腹板的几何参数，计算鞍座整体所受的拉伸应力和弯曲应力，并与相应许用应力进行比较，判断强度是否满足要求，若不满足，则调整鞍座底板、腹板的几何参数，直到强度满足要求后进行步骤5；
步骤5、计算底板所需的最小厚度，并与输入的底板厚度进行比较，判断底板厚度是否满足要求，若不满足，则返回步骤4，若满足，则进行步骤6；
步骤6、计算筋板和腹板所受压缩应力，并与相应许用应力进行比较，判断强度是否满足要求，若不满足，则返回步骤4，若满足，则进行步骤7，
步骤7、基于螺栓的许用压力分别计算剪切载荷作用下以及倾覆弯矩载荷作用下的所需螺栓截面积，将其与单个螺栓的实际截面积比较，判断强度是否满足要求，若不满足，则返回步骤4，若满足，则设计完成；
计算鞍座反力及组合力具体包括如下步骤：
Q1 ＝ W0*(L1-L2)/ L1 (1)
其中，Q1是鞍座反力；W0是总重力载荷；L1是两鞍座间距；L2是固定鞍座至重心的距离；
基于如下公式计算摩擦力F1：
F1＝0.4Q1 (2)
基于如下公式计算地震力Fev：
Fev＝0.7*Ca*I*W0*0.7143 (3)
其中，Ca、I为系数，Ca＝0.19，I＝1.25；
基于如下公式计算摩擦力引起的支座反力Fwl：
Fwl＝F1*H1/(L1*0.9963) (4)
其中，H1是鞍座高度；
基于如下公式计算地震力引起的支座反力Fsl：
Fsl＝Fev*H1/(L1*0.9963) (5)
基于如下公式计算组合力Q
Q＝Q1+max(Fwl,Fsl) (6)；
基于如下公式计算鞍座整体所受拉伸应力：
St＝Fh/AS (7)；
其中，St是拉伸应力，Fh是拉伸力，AS是鞍座截面积，其中，Fh＝0.204*Q；
基于如下公式计算底板所需的最小厚度：
tb＝((3*Q*B)/(4*A*Sba))0.5 (8)
其中，B是底板宽度；A是底板的截面积；Sba是底板许用应力；
基于如下公式计算筋板和腹板所受压缩应力：
Sv＝Q/Ap (9)
其中，Sv是压缩应力；Ap是筋板或者腹板的截面积；
基于如下公式计算剪切载荷作用下所需螺栓截面积：
Am1＝(F1+ Fev )/(n*Sa) (10)
其中，n是螺栓数量；Sa是螺栓许用应力；
基于如下公式计算倾覆弯矩载荷作用下所需螺栓截面积：
Am2＝M/(n*l*Sa) (11)
其中，M是倾覆弯矩，其满足M＝(F1+Fev)*H1；l是单个螺栓的抗弯截面模量。
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