GB 50341-2014 立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范
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7.5 自支撑式拱顶

7.5.1 自支撑式拱顶包括光面球壳、带肋球壳和单层球面网壳,拱顶球面的曲率半径宜为0.8倍~1.2倍罐直径。

参照API650的规定编制。在外荷载作用下,自支撑式拱顶顶板的最小厚度由外荷载作用下薄板的稳定性控制,罐顶与罐壁连接处有效截面的大小往往由拉应力控制。外荷载的最小值取2.2kPa,多数情况下偏于安全。

7.5.2 光面球壳顶板的计算厚度应按下式计算,且罐顶板的名义厚度不应大于12mm。

式中:trs——罐顶板的计算厚度(mm);

Rs——罐顶球面的曲率半径(m);

T——荷载组合(kPa),应按本规范表F.0.1的e项确定。

参照API650的规定编制。在外荷载作用下,自支撑式拱顶顶板的最小厚度由外荷载作用下薄板的稳定性控制,罐顶与罐壁连接处有效截面的大小往往由拉应力控制。外荷载的最小值取2.2kPa,多数情况下偏于安全。

7.5.3 罐顶与罐壁连接处的有效抗拉或抗压截面积应满足下式要求:

式中:A——本规范图7.1.5所示结构的有效面积(mm2);

[σ]——材料许用应力(MPa),取设计温度下1/1.6材料标准屈服强度下限值;

T——荷载组合(kPa),应按本规范表F.0.1的e项确定;

D——油罐内径(m);

θ——罐顶与罐壁连接处罐顶与水平面之间的夹角(°)。

参照API650的规定编制。在外荷载作用下,自支撑式拱顶顶板的最小厚度由外荷载作用下薄板的稳定性控制,罐顶与罐壁连接处有效截面的大小往往由拉应力控制。外荷载的最小值取2.2kPa,多数情况下偏于安全。

7.5.4 带肋球壳的曲率半径不宜大于40m,且油罐直径不宜大于40m,计算方法应符合本规范附录H的规定。

自支撑式拱顶有光球壳和带肋球壳之分。带肋球壳适用于较大直径的拱顶,在我国应用时间较长、应用范围较广,从设计到施工均有较成熟的经验,设计计算方法见本规范附录H。考虑到球壳的稳定性,带肋球壳的曲率半径不宜大于40m,且油罐直径不宜大于40m。

7.5.5 钢制单层球面网壳的油罐直径不宜大于80m,设计应符合下列规定:

1 钢制单层球面网壳应采用刚接节点,相邻节点之间的网杆长细比不应大于150;

2 钢制单层球面网壳的边环梁应满足强度与刚度要求,并应与网壳结构一起进行整体计算;

3 钢制单层球面网壳应采用空间梁系有限元进行计算,结构内力与位移可按弹性理论进行计算;网壳结构的整体稳定性计算应考虑结构非线性的影响,进行荷载-位移全过程分析;

4 钢制单层球面网壳罐顶在外压设计荷载作用下,应符合下列规定:

1)网壳许用挠度不应大于油罐内径的0.0025倍;

2)网壳任意部位的应力不应超过相应材料的许用应力,许用应力值取1/1.6网壳所用材料标准屈服强度下限值;

3)网壳各元件不应发生局部失稳;

4)网壳整体稳定的安全系数不应低于1.65。

5 对于抗震设防烈度在7度及以上地区,直径大于50m的单层球面网壳应进行竖向及水平向抗震计算;

6 对于常压油罐,单层网壳上表面的蒙皮与网壳结构之间不应有任何焊接;蒙皮周边与边环梁之间,外表面应连续角焊,焊脚高度不应超过5mm,内表面不得进行焊接。

近二十年来,我国已有近千台油罐的固定顶采用了网壳结构,积累了许多经验。现行行业标准《空间网格结构技术规程》JGJ 7总结了建筑行业在空间网格结构方面的成功经验,有利于我们借鉴,但用于油罐的单层网壳顶盖结构与建筑物上的结构有显著区别。罐壁属于薄壁圆筒,抗外压能力较弱,如果罐顶抗外压能力超过罐壁,一旦罐内真空致使外压超过限度,罐壁端部可能被拉裂。从边环梁网架相应失效的断面计算公式可知其安全系数在1.65左右,当外压超出边环梁的承载能力时,就可能发生断裂,使网壳本体失效。