管道及儲罐強(qiáng)度設(shè)計(jì)題庫

管道及儲罐強(qiáng)度設(shè)計(jì)（第二次）

改動的地方:簡答題第三題，計(jì)算題第一題，計(jì)算題第十一題

名詞解釋

1.工作壓力

在正常操作條件下，容器可能達(dá)到的最高壓力

2.材料強(qiáng)度

是指載荷作用下材料抵抗永久變形和斷裂的能力。屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度

是鋼材常用的強(qiáng)度判據(jù)。

3.儲罐的小呼吸

罐內(nèi)儲液（油品）在沒有收、發(fā)作業(yè)靜止儲存情況下，隨著環(huán)境氣溫、

壓力在一天內(nèi)晝夜周期變化，罐內(nèi)氣相溫度、儲液（油品）的蒸發(fā)速度、

蒸氣（油氣）濃度和蒸氣壓力也隨著變化，這種排出或通過呼吸閥儲液

蒸氣（油氣）和吸入空氣的過程叫做儲罐的小呼吸

4.自限性

局部屈服或小量塑性變形就可以使變形連續(xù)條件得到局部或全部的

滿足，塑性變形不再繼續(xù)發(fā)展并以此緩解以致完全消除產(chǎn)生這種應(yīng)力

的原因。

5.無力矩理論（薄膜理論）

假定壁厚與直徑相比小得多，殼壁象薄膜一樣，只能承受拉（壓）應(yīng)力

彎曲內(nèi)力的影響，而不能承受彎矩和彎曲應(yīng)力，或者說，忽略這樣計(jì)

算得到的應(yīng)力，稱薄膜應(yīng)力。

6.殼體中面

殼體厚度中點(diǎn)構(gòu)成的曲面，中面與殼體內(nèi)外表面等距離。

7.安全系數(shù)

考慮到材料性能、載荷條件、設(shè)計(jì)方法、加工制造和操作等方面的不

確定因素而確定的質(zhì)量保證系數(shù)。

8.容器最小壁厚

由剛度條件確定，且不包括腐蝕裕量的最小必須厚度。

（1）對碳素鋼、低合金鋼制容器：

D￡3800mm時(shí)，8min>2Di/1000,且不小于3mm

Dp3800mm時(shí)，”也按現(xiàn)場運(yùn)輸條件確定

（2）對高合金鋼制容器：

不小于2mm

（3）對封頭：

口抗之筒體最小壁厚

9.一次應(yīng)力

一次應(yīng)力：由于壓力和其他機(jī)械荷載所引起與內(nèi)力、內(nèi)力矩平衡所產(chǎn)

生的，法向或切向應(yīng)力，隨外力荷載的增加而增加。

10.儲罐的小呼吸損耗

罐內(nèi)儲液（油品）在沒有收、發(fā)作業(yè)靜止儲存情況下，隨著環(huán)境氣溫、

壓力在一天內(nèi)晝夜周期變化，罐內(nèi)氣相溫度、儲液（油品）的蒸發(fā)速度、

蒸氣（油氣）濃度和蒸氣壓力也隨著變化，這種排出或通過呼吸閥儲液

蒸氣（油氣）和吸入空氣的過程所造成的儲液（油品）損耗稱作儲罐小

呼吸損耗

11耦聯(lián)振動周期和波面晃動周期

耦聯(lián)振動周期：罐內(nèi)液體和儲罐結(jié)合在一起的第一振動周期。

波面晃動周期：罐內(nèi)儲液的晃動一次的時(shí)間

耦聯(lián)振動周期T,.：罐內(nèi)液體和儲罐結(jié)合在一起的第一振動周期

波面晃動周期Tv：罐內(nèi)儲液的晃動一次的時(shí)間

12壓力容器工藝設(shè)計(jì)

工藝設(shè)計(jì)

1.根據(jù)原始參數(shù)和工藝要求選擇容器形式，要求能夠完成生產(chǎn)任

務(wù)、有較好的經(jīng)濟(jì)效益；

2.通過工藝計(jì)算確定主要尺寸。

13機(jī)械設(shè)計(jì)

機(jī)械設(shè)計(jì)

1.受力部件應(yīng)力分析、選材，確立具體結(jié)構(gòu)形式、強(qiáng)度計(jì)算、確

定各部件結(jié)構(gòu)尺寸；

2.繪制容器及其零部件的施工圖。

工藝設(shè)計(jì)

L根據(jù)原始參數(shù)和工藝要求選擇容器形式，要求能夠完成生

產(chǎn)任務(wù)、有較好的經(jīng)濟(jì)效益；

2.通過工藝計(jì)算確定主要尺寸；

機(jī)械設(shè)計(jì)

3.受力部件應(yīng)力分析、選材，確立具體結(jié)構(gòu)形式、強(qiáng)度計(jì)算、

確定各部件結(jié)構(gòu)尺寸；

4.繪制容器及其零部件的施工圖。

14韌性

指材料斷裂前吸收變形能量的能力，材料韌性一般隨著強(qiáng)度的提高而

降低。

15剛度

是過程設(shè)備在載荷作用下保持原有形狀的能力，剛度不足是過程設(shè)備

過度變形的主要原因之一。

韌性：是指材料斷裂前吸收變形能量的能力。材料韌性一般隨

著強(qiáng)度的提高而降低。

剛度：是過程設(shè)備在載荷作用下保持原有形狀的能力。剛度不

足是過程設(shè)備過度變形主要原因之一。

16.最低設(shè)計(jì)溫度

所謂儲罐的最低設(shè)計(jì)溫度是指儲罐最低金屬溫度。它是指設(shè)計(jì)最低使

用溫度與充水試驗(yàn)時(shí)的水溫兩者中的較低值。設(shè)計(jì)最低使用溫度是取

建罐地區(qū)的最低日平均溫度加13℃o設(shè)計(jì)溫度低于-20℃的特殊情況,

必須考慮低溫對材料性能、結(jié)構(gòu)形式等方面的影響。設(shè)計(jì)溫度等于低

于-20℃的儲罐，應(yīng)當(dāng)按照低溫儲罐設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)溫度的下限由特定的

工況確定。

17.薄膜應(yīng)力

沿截面均勻分布的應(yīng)力，平均應(yīng)力。

18.彎曲應(yīng)力

梁、板等結(jié)構(gòu)彎曲產(chǎn)生的應(yīng)力。

19.結(jié)構(gòu)不連續(xù)應(yīng)力

結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)域滿足變形協(xié)調(diào)條件產(chǎn)生的應(yīng)力。

20.有力矩理論

認(rèn)為殼體雖然很薄，但仍有一定的厚度和剛度，因而殼體除拉（壓）

應(yīng)力，外還存在彎矩和彎曲應(yīng)力，實(shí)際上，理想的薄壁殼體是不存在，

即使壁很薄殼體中或多或少存在彎曲應(yīng)

力。

21旋轉(zhuǎn)薄殼

由回轉(zhuǎn)曲面的中間面形成的殼體稱為回轉(zhuǎn)殼體。

經(jīng)線：母線在旋轉(zhuǎn)過程中的任一位置。

緯線：圓錐法平面與旋轉(zhuǎn)曲面的交線。

22名義厚度

指設(shè)計(jì)厚度加上鋼材厚度負(fù)偏差向上圓整至鋼材的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格厚度。即

標(biāo)注在圖樣上的厚度。

23設(shè)計(jì)壓力

在設(shè)計(jì)溫度下用以確定容器殼體厚度的壓力，其值大于工作壓力。

24計(jì)算壓力

在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用以確定元件厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。

當(dāng)元件所承受的液柱靜壓力小于5%設(shè)計(jì)壓力時(shí)，可忽略不計(jì)。

25安全系數(shù)

考慮到材料性能、載荷條件、設(shè)計(jì)方法、加工制造和操作等方面的不

確定因素而確定的質(zhì)量保證系數(shù)。

簡答題

1.簡述油罐基礎(chǔ)沉陷的類型及危害？

(1)、均勻沉陷

沉陷只有達(dá)到很嚴(yán)重的程度時(shí)才會造成損壞

(2)、整體傾斜不均勻沉陷

當(dāng)油罐傾斜時(shí)，油面處的平面變成橢圓的。對于機(jī)械密封浮頂油罐,

其調(diào)節(jié)量較小，可能會把浮船卡住。如采用軟密封?時(shí)，一般不存在這

個(gè)問題。

(3)、盤形不均勻沉陷

罐底周邊的沉降量比中心沉降量一般要小30%?40%,這種沉陷也不造

成真正威脅

(4)、壁板周邊的不均勻沉陷

(5)、壁板周邊的局部沉陷

此兩類沉陷是最危險(xiǎn)的沉陷類型。由于罐壁在垂直方向的剛性是很大

的，當(dāng)下部基礎(chǔ)沉陷時(shí)就會使罐底與罐壁間的角縫和罐底的邊緣板受

力狀況急劇惡化。

2.簡述浮頂油罐浮頂設(shè)計(jì)必的四個(gè)準(zhǔn)則。

第一準(zhǔn)則的要求：單盤板和任意兩個(gè)相鄰艙室同時(shí)破裂(泄露)時(shí)浮

頂不沉沒。

(1)下沉深度不大于外邊緣板的高度，且有一定裕量。

可用下式表達(dá)：

b3>T+Ta+S

式中4-外邊緣板的高度，m;

T-當(dāng)a=0時(shí)的下沉深度，m；

Ta-由于a。0而引起的浸沒深度的增加量，m；

△-安全裕量，m；

（2）下沉深度不大于內(nèi)邊緣板高度，且應(yīng)留有一定裕量。

可用下式表示：

bt>T+Ta-g+^

式中：4-內(nèi)邊緣板的高度，m；

g~浮船尺寸，m；

第二準(zhǔn)則是在整個(gè)罐頂面積上有2501nm深的雨水積存在單盤上時(shí)浮頂

不沉沒。

第三準(zhǔn)則為在操作時(shí)單盤與儲液之間不存在油氣空間

單盤的安裝高度C應(yīng)滿足以下條件：

cmin<c<cmax（上下限）

浮頂?shù)膹?qiáng)度及穩(wěn)定性校核（第四準(zhǔn)則）

浮頂除符合前三個(gè)準(zhǔn)則的要求外，還要保證在上述條件下，浮頂不會

因強(qiáng)度不夠而破壞，也不會因失去穩(wěn)定而失效。

3.簡述地震對油罐的破壞效應(yīng)有哪些，簡要分析破壞效應(yīng)產(chǎn)生的原

因。

(1)油罐壁板最下一層局部外凸

由于地震時(shí)在水平加速度的作用下，由于傾倒力矩造成罐壁一側(cè)的壓

應(yīng)力超過其臨界壓應(yīng)力值，罐壁屈曲造成的

(2)罐壁與罐底間角焊縫開裂

地震時(shí)水平加速度作用下水平慣性力使角焊縫中的剪應(yīng)力超

過其剪切強(qiáng)度極限

(3)罐壁板最下一層沿圓周形成圓環(huán)狀凸出

由于總體彎曲或結(jié)構(gòu)的梁式作用產(chǎn)生的過大軸向壓力所引起殼體失

穩(wěn)，罐內(nèi)液體晃動，可以在罐壁中引起異常大的應(yīng)力，損壞開始的現(xiàn)

象之一是沿罐壁上的象足凸鼓

(4)罐頂破壞

油罐在液位較高的情況下，在地震時(shí)由于液面劇烈晃動，浮頂導(dǎo)向

桿失靈，扶梯破壞，浮頂來回碰撞，最終導(dǎo)致浮頂沉沒。

(5)油罐局部或整體下沉

地震時(shí)油罐基礎(chǔ)液化，滑坡。

(6)管道接頭的破壞

地震時(shí)儲罐與管道之間的運(yùn)動不一致

4.外浮頂罐有哪些附件，并簡述各附件的功能？

(1)中央排水管

中央排水管是由若干段浸沒于油品中的Dg100的金屬軟管。排水

管上端，以免一旦排水管或接頭有泄漏時(shí)，儲液從排水管倒流到浮頂

上來。根據(jù)油罐直徑的大小，每個(gè)罐內(nèi)可以設(shè)1-3根排水管。

(2)轉(zhuǎn)動扶梯

浮頂上升到最高位置時(shí)，轉(zhuǎn)動扶梯不會與浮頂上任何附件相碰，當(dāng)

浮頂下降到最低位置時(shí)，轉(zhuǎn)動扶梯的仰角不大于60度，在浮頂升降

的過程中轉(zhuǎn)動扶梯的踏步應(yīng)能自動保持水平。扶梯處于任何位置時(shí),

都能承受5KN集中荷載。

(3)浮頂立柱

浮頂立柱是環(huán)向分布安裝于浮頂下部的支柱，其高度一般可在

1.2m-1.8m范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。設(shè)置浮頂立柱的目的有二：

一是避免浮頂與罐內(nèi)附件相碰撞。

二是便于檢修人員由人孔進(jìn)入罐底與浮頂之間的空間內(nèi)進(jìn)行檢

修或清掃作業(yè)。

(4)自動通氣閥

自動通氣閥作用有二：

一是發(fā)油避免浮頂下出現(xiàn)真空，以免將浮頂壓壞。

二是收油避免在浮頂與液面間出現(xiàn)空氣層。

(4)緊急排水口

單盤邊緣處(位置通過計(jì)算確定)有時(shí)還設(shè)置緊急排水口。

(5)艙室人孔

每個(gè)艙室應(yīng)設(shè)置船艙人孔，人孔直徑不小于500mm。人孔應(yīng)設(shè)有不

會被大風(fēng)吹開的輕型防雨蓋，人孔接管上端應(yīng)高出浮頂?shù)脑试S積水高

度。浮頂上至少應(yīng)設(shè)置一個(gè)最小公稱直徑為600mm的人孔，以便油罐

排空后在檢修時(shí)進(jìn)行通風(fēng)、透光和便于檢修人員的出入。

(7)導(dǎo)向支柱(無)

5.用圖示法表示壁厚的概念(計(jì)算厚度、設(shè)計(jì)厚度、名義厚度、有

效厚度和毛坯件厚度)，將符號標(biāo)注正確。

計(jì)

設(shè)

名

有

毛

計(jì)

算

義

效

坯

厚

厚

厚

厚

厚

度

度

度

度

度

5為"be

c=c\+C2

加工減薄量

6.壓力容器設(shè)計(jì)需滿足的基本要求？

基本要求：

(1)足夠強(qiáng)度

(2)足夠剛度(穩(wěn)定性)

(3)一定的耐久性(10-12年，高壓容器20年，油罐大于等于20年)

(4)可靠的密封性

(5)節(jié)約材料、制造方便

(6)運(yùn)輸操作方便

7.塑性、韌性好的材料的優(yōu)點(diǎn)

(1)有利于壓力容器加工

(2)焊接性能好

(3)對缺口、傷痕不敏感，可以緩解應(yīng)力集中的影響

(4)不易產(chǎn)生脆性破裂

(5)發(fā)生爆炸時(shí)能夠吸收爆炸能量

8.油罐大型化的優(yōu)點(diǎn)

(1)節(jié)省鋼材:油罐容積越大，單位容積所需的鋼材量越少，投資費(fèi)

用越低；

(2)節(jié)省投資:相同庫容下建設(shè)儲罐數(shù)量較少，節(jié)省施工費(fèi)用；

(3)占地面積小:罐與罐之間要求0.4D的防火間距，油罐大型化后,

油罐間距占用的土地

面積大量減少，庫區(qū)總面積減少；

(4)便于操作管理:相同庫容下，儲罐大型化后，總罐數(shù)量減少，檢

尺、維護(hù)、保衛(wèi)等工作

量大幅降低；

(5)節(jié)省配件和罐區(qū)管網(wǎng):相同庫容下，儲罐大型化后，總罐數(shù)量減

少，閥門、儀表、消防、

配件的消耗大量降低；

(6)便于實(shí)現(xiàn)自動控制:相同庫容下，儲罐大型化后，總罐數(shù)量減少,

自動控制的投入和

難度大幅降低。

9.為什么儲罐壁板有最大厚度的限制

儲罐壁板最大厚度的限制是由下面兩個(gè)因素引起的。

其一是對一定強(qiáng)度的鋼板，由于儲罐容量（尺寸）的增大，壁板厚

度需相應(yīng)增加；

其二是隨著壁板厚度的增加，為消除壁板在制造和焊接時(shí)產(chǎn)生的

應(yīng)力，必須進(jìn)行現(xiàn)場消除應(yīng)力的熱處理措施。目前對儲罐大型化還沒

能解決熱處理的問題，為此只有限制壁板的厚度以確保儲罐的安全運(yùn)

行。目前儲罐壁板最大厚度限制在45mm范圍以內(nèi)。

10.簡述規(guī)范設(shè)計(jì)及其優(yōu)缺點(diǎn)

按照工程強(qiáng)度進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，以彈性失效為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，以靜力荷載為

計(jì)算荷載，以平均應(yīng)力為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

優(yōu)點(diǎn)：保險(xiǎn)系數(shù)大

缺點(diǎn)：1、不能對變力進(jìn)行分析設(shè)計(jì)

2、彈性失效并不能說明容器已經(jīng)失效

3、對某些難以確定的因素取較大的安全系數(shù)來保證安全，增加了材

料消耗。

11.簡述薄膜應(yīng)力理論的適用條件

1.回轉(zhuǎn)殼體

2.殼壁厚度無突變；曲率半徑是連續(xù)變化的；材料的物理性能是相同

的

3.載荷在殼體曲面上的分布是軸對稱和連續(xù)的，沒有突然變化

（殼體幾何形狀及載荷分布的對稱性和連續(xù)性）

12.為什么在壓力容器設(shè)計(jì)中要考慮最小壁厚？

考慮到安裝和使用的穩(wěn)定性要求，因而有最小厚度要求。油罐的穩(wěn)定

性與62.5/D1.5有關(guān)，所以油罐直徑越大(Df),所用鋼板的最小

厚度越厚(6smint)

13.油罐抗震加固措施有哪些？

(1)增加罐底邊緣板厚度

(2)增大底層壁板厚度

(3)改變油罐的徑高比，即改變D/H

(4)加設(shè)錨固螺栓

(5)為了防止出現(xiàn)“象足”，可在組合應(yīng)力最大的部位加上預(yù)應(yīng)力鋼

筋及墊板

14.油罐基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與施工必須滿足以下基本要求

(1)基礎(chǔ)中心坐標(biāo)偏差不應(yīng)大于20mm;標(biāo)高偏差不應(yīng)大于20mm;

⑵罐壁處基礎(chǔ)頂面的水平度:鋼筋混凝土環(huán)梁基礎(chǔ)時(shí)，任意10m弧長

上應(yīng)不超過±3.5mm,在整個(gè)圓圈上，不超過±6.0mm;碎石環(huán)梁基礎(chǔ)

和無環(huán)梁砂墊層，任意3m弧長上不應(yīng)該超過±3mm,整個(gè)圓周上，

不應(yīng)超過±13mm;承臺基礎(chǔ)，罐壁中心內(nèi)外各150mm寬的環(huán)形面內(nèi)，

水平度要求同鋼筋混凝土環(huán)梁基礎(chǔ)；

⑶基礎(chǔ)面層為防腐絕緣層(瀝青墊砂層)?；A(chǔ)表面任意方向上不應(yīng)

有突起的棱角。從中心向周邊拉線測量基礎(chǔ)表面凹凸度不超過25mm;

(4)基礎(chǔ)錐面坡度:一般地基為15%0;軟弱地基應(yīng)不大于35%。。基礎(chǔ)沉

降基本穩(wěn)定后的錐面角度不小于80%。；

(5)儲罐基礎(chǔ)直徑方向上的沉降差不應(yīng)超過表9.3所列的沉降差許可

值。沿罐壁圓周方向任意10m弧長內(nèi)的沉降差應(yīng)不大于25mm,支承

罐壁的基礎(chǔ)部分與其內(nèi)側(cè)的基礎(chǔ)之間不應(yīng)發(fā)生沉降突變；

(6)基礎(chǔ)沉降穩(wěn)定后，基礎(chǔ)邊緣上表面應(yīng)高出地坪不小于300mm。

在地坪以上的基礎(chǔ)中應(yīng)設(shè)置罐底泄漏信號管，其周向間距不宜大于

20m,每罐最少設(shè)4個(gè)，鋼管直徑不宜小于，

亦不宜大于；

(7)當(dāng)油罐的設(shè)計(jì)溫度大95℃時(shí)-，儲罐的基礎(chǔ)應(yīng)適應(yīng)儲罐在高溫

下的工作要求；

(8)儲罐有清掃孔時(shí)，基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)尚應(yīng)符合清掃孔的要求；

15.改善地基承載力的方法

①除去不滿足要求的土質(zhì)；

②采用砂樁，并通過預(yù)加載進(jìn)行排水?dāng)D密；

③化學(xué)方法或注射水泥漿使軟地基固化；(粘土)

④端承樁或摩擦樁；(粘土)

⑤振動壓實(shí)或振動置換壓實(shí)。(砂土)

16油罐罐底結(jié)構(gòu)主要包括哪幾個(gè)方面？其中邊緣板設(shè)計(jì)又應(yīng)注意哪

幾個(gè)方面？為什么對邊緣板設(shè)計(jì)要提出這幾個(gè)方面的要求？

答：排版的形式，底板的厚度，搭接連接方式

注意：邊緣板的尺寸和厚度以及搭接方式，原因是邊緣板的受力比較

復(fù)雜。

17.壓力容器按壓力分類分為哪幾類？

按壓力大小分類：

低壓(L)容器0.1MPaWpV1.6MPa

中壓(M)容器1.6MPaWpVIO.OMPa

高壓(H)容器10MPaWpVIOOMPa

超高壓⑻容器p^lOOMPa

18.簡述浮頂油罐的浮頂應(yīng)滿足的四個(gè)準(zhǔn)則中的第一個(gè)準(zhǔn)則，并用數(shù)

學(xué)表達(dá)式描述該準(zhǔn)則，標(biāo)注公式中各個(gè)符號的含義

單盤板和任意兩個(gè)相鄰艙室同時(shí)破裂(泄漏)時(shí)浮頂不沉沒。

(1)下沉深度不大于外邊緣板的高度，且有一定裕量。

式中b.----外邊緣板的高度，m;

T一當(dāng)a=0時(shí)的下沉深度，m;

T—由于a#0而引起的浸沒深度的增加量，m；

A—安全裕量，m。

(2)下沉深度不大于內(nèi)邊緣板的高度，且應(yīng)留有一定裕量。

hNT+T。-g+X

々一內(nèi)邊緣板的高度，m；

g一浮船尺寸，mo

19.簡述浮頂油罐的浮頂應(yīng)滿足的四個(gè)準(zhǔn)則中的第二個(gè)準(zhǔn)則，并用數(shù)

學(xué)表達(dá)式描述該準(zhǔn)則，標(biāo)注公式中各個(gè)符號的含義

答：第二準(zhǔn)則是在整個(gè)罐頂面積上有250mm深的雨水積存在單盤上時(shí)

浮頂不沉沒。

設(shè)計(jì)允許的積水量為Q

兀1

Q=%D-%pg

Q-單盤上允許的最大積水重量,N；

。-油罐內(nèi)徑，相；

p-水的密度,Zg/機(jī)七

/?0-允許的降水量,取為=250/〃〃%

42()+A7J+%+△

立-浮船本身的沉沒深度，利

△7；-加上單盤以后浮船下沉增加量,〃2；

T2-由積水量。引起的浮船下沉增加量,〃?；

A-安全裕量。一般取△為100~200〃?"z,最小不得低于50〃〃加

20.什么是容器的最小壁厚？

答：由剛度條件確定，且不包括腐蝕裕量的最小必須厚度。

21.簡述浮頂油罐的浮頂應(yīng)滿足的四個(gè)準(zhǔn)則中的第三個(gè)準(zhǔn)則，并用數(shù)

學(xué)表達(dá)式描述該準(zhǔn)則，標(biāo)注公式中各個(gè)符號的含義

答：第三準(zhǔn)則為在操作時(shí)單盤與儲液之間不存在汕氣空間

Gnin<°<Cmax

Cmin-單盤安裝位置的下限；

Cmax-單盤安裝位置的上限；

c-單盤安裝高度。

C*-單盤安裝位置的下限；

7；-a為0時(shí)的下沉深度，m-,

巴-單盤單位面積的重量，pa；

g-儲液的密度,kg/m\

Oax-單盤安裝位置的上限；

7；-a為0時(shí)的下沉深度，相；

巴-單盤單位面積的重量，pa；

8-儲液的密度，kg/

T—D?ID\o

計(jì)算題

3__3

1.30000m外浮頂油罐，內(nèi)裝汽油，密度P7740kg/m,已知浮船外

徑D=45.6m,D2=40.6m,外邊緣板高度b3=820mm,內(nèi)邊緣板高度

b=720mm,設(shè)浮艙頂?shù)灼露认嗟?，單盤板厚度6=5mm,艙室總數(shù)為m=20,

浮船質(zhì)量為45000kg,單盤加上其一半附件質(zhì)量為55000kg,試按單

盤及兩艙室同時(shí)破裂泄漏情況，校核其沉沒安全性。（20分）

解：1.具體概念等參考：書P212或PPT第十四次課

計(jì)算步驟歸納如下

＞按式(6.5)求出霍

＞按式(6.7)求出T]

A按式(6.14)求出巾

＞按式(6.16)求出T

＞按式(6.19)求出Ta

＞按式(6.2)校核外邊緣板

A按式(6.3)校核內(nèi)邊緣板

"'=----------=-----45。。。義8----------=0.18

?-D；)gg((456-40.62)*740g

EVA=40.6/45.6=0.89

4=單盤總重=55000g=42.5g

-D；-X40.62

424

T2P0.89242.5g

-0.005)=0.2

Tt=-~713

l-Lp\gl-OW740g

2〃

(p~-=--0.314

m

sin^_281-0.893sin0.314

-^-20+3*l-0.894=0.1037

3.14

八交二Q18+0.424

\-a1-0.1037

82072

tau上^°---=0.01

2(A-2)2x(45.6-40.6)

(1—T)(1+2T)(1—0.89)(1+2X0.89)..,?,,?.

----------------Atana=---------------------------45.6x0.01=0.0123

6(1+r)6(1+0.89)

取安全裕量小?。。!!!!!!

T+Ta+A=0.424+0.0123+0.2=0.6363???<%=0.82/7/

滿足外邊緣板要求

082—072

T+《+A-G=0.6363m一一：~=0.5863<4=0.72m

滿足內(nèi)邊緣板要求

綜上滿足第一準(zhǔn)則的要求

2、球形容器如圖示，半徑為R,壁厚為3試求下述兩種情況下A、B

兩點(diǎn)的徑向和環(huán)向薄膜應(yīng)力（30分）

(1)容器僅受氣體內(nèi)壓P作用。（5分）

(2)容器充有高度為2R-H高度的儲液，同時(shí)液面上方具有氣體內(nèi)壓

P。作用，已知儲液密度為P。(15分)

(3)充液情況下容器支座處的約束反力。(10分)

3.拱頂罐，V=30000m3,儲液比重G=0.8,H=18.2m,內(nèi)徑D=46.0m,

罐體總質(zhì)量為485402Kg,dl=22mm,距離底板1/3高度處壁板厚度

d3n=15mm,C=l.5mm,鋼材為Q235-A,8烈度區(qū)，處于第二抗震設(shè)計(jì)組，

II類場地土，由建罐地區(qū)及設(shè)防烈度查得設(shè)計(jì)基本地面加速度為0.3g,

驗(yàn)算是否符合抗震要求？

動液系數(shù)Fr取值

D/Hw0.61.01.331.52.02.53.0

Fr0.8690.7820.710.6630.5420.450.381

D/Hw3.54.04.55.05.56.0

Fr0.3280.2880.2560.2310.210.192

地震影響系數(shù)最大值Qmax

設(shè)防烈度789

設(shè)防地震基本加速度0.1g0.15g0.2g0.3g0.4g

amax0.230.3450.450.6750.9

特征周期Tg(s)

場地條件

設(shè)計(jì)組

1IIIIIIV

第一組0.250.350.450.65

第二組0.300.400.550.75

第三組0.350.450.650.9

Kc、￡取值

D/Hw0.61.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.0

4

Kt/xl05.144.44.254.354.615.025375.86.26.817.367.91

Ks1.0471.0471.0541.0741.1051.1411.1841.231.2771.3241.3711.418

(1)確定相關(guān)條件：

安全設(shè)計(jì)液位：Hw=H-0.5=18.2-0.5=17.7(m)

度b=6-C=0.022-0.0015=0.0205(m)

c1

距離底板173高度處壁板厚度6=6-C=0.015-0.0015=0.0135(m)

33n

查表得：Q235-A:E=1.92xl05MPa

特征周期：Tg=0.4(s)

j=0.675

此外:D/Hw=46/17.7=2.60

(2)計(jì)酗液耦聯(lián)振動周期工和液面題5周期T、v：

查表得：kc=4.692xl(M(線謝值法)

ks=1.1122

V1.,工=0.3428(s)

4=K而

.-.l^=7.543(s)

(3)、確定地震影響系她.%

工,且T;0.1

?a=a1Mxi

工>3.5

0,9

/3.5xTg、

又，a“一(7)x3max

/.aw=0.024057<0.05x3mls=0.03375

取awn'x=。。3乃

(4)計(jì)甄°、Mvhv：

由D/Hv走得Fr=0.4362

m=叫K=pVF1=yD'HwpFr

4

」.m=10259689.9(kg)

Qo=CzacYxmg

?.Qo=2.986xl07(N)

M=O?450°H“，

.?.M1=237.8MN.m

(5)、確定臨界許用應(yīng)力

Eb

K,.]=0.15—

?.Ocr=12.84MPa

(6)、抗震驗(yàn)算：

查耕0:Cv=1.0,(8度度)

C|=1.4

Ai=7rD]6

J.Ai=2.96

..Zl=0.785D1-8f

/.Z1=34.05

Ni=485402x9.8=4.75694MN

CM,CM

<T,=—――-

AZ

^^UJSSMPa

???安全

R.hv=\.5awR

/.4=1.164

「.但兒》H-Hw=0.5.?安全液位不符合要我

（說明：實(shí)際上油曜上部留有0.9m~1.0n^F裝油）

4.一外浮頂油罐，R=30m,H=20m,罐壁由10層圈板組成，各層圈板

厚度均為2.0m?？癸L(fēng)圈設(shè)在離上口1.0m處，壁板自上而下的厚度分別

為10mm、10mm、10mm、12mm、15mm、18mm、21mm、24mm、26mm、29mm0

建罐地區(qū)基本參數(shù)：空氣密度P=1.25Kg/m3,50年一遇最大風(fēng)速

V=38m/s,A類地貌，求加強(qiáng)圈的個(gè)數(shù)，位置及尺寸。（20分）

風(fēng)壓高度變化系數(shù)L

離地面或海地面粗糙度類別

平面高度（M）ABCD

51.1710.740.62

101.3810.740.62

151.521.140.740.62

201.631.250.840.62

加強(qiáng)圈最小截面尺寸

油罐直徑E>/m角鋼圈(或同樣截面系數(shù)的型鋼)nim

1)^2()N100x60x8

20<D<36N125x75x8

36<D<48N150x100xl(.)

I)>48N200x100xl2

答：(詳情見書本，P253,例題)

(1)求設(shè)計(jì)壓力P：

P=K1XK2XKZX3。

vKl=1.5

K2=Z25

Kz=1.63

2

u)o=O.5xpxv=902.5

.*.P=4965Pa

(2)求Per:

o2.5

Pcr=16000xmin

15

HEXD

,.Smin=10mm

D=60mm

HE=￡He:

H=hix(誓)

Ei6

圍板層數(shù)h(m)He(m)

18(mm)

2101

3102

4102

5121.268

62150.726

72180.460

82210.313

92240.224

2260.183

102290.140

..HE=8.314

/.Pcr=1309.4Pa

(3)確定加強(qiáng)圈的個(gè)數(shù)與位置:

P4965

n=INT(―)IMT()=3

1309.4

故騫要3個(gè)加強(qiáng)圈。

第一個(gè)加強(qiáng)圃:在當(dāng)皇筒體上離抗岡周HE/4處：：HE=8.314?4=2.0785<5,

因位于6mg處，故無需折算。

第二個(gè)加強(qiáng)圉：^Sm±^inJxia2HE/4^h：|HE=2X8.314-？4=4.157<5,

因位于6min處,故無需折算。

第三個(gè)加強(qiáng)圉:在當(dāng)墨筒體上離抗風(fēng)圈3HE例：HE=3x8.3144-4=6.2355>5,

因不在于6mm上，故震折箕,其距抗風(fēng)圖的實(shí)際距離為：

,12x,

5+(6.2355-5)x(—)=6.949(m)

(4)加強(qiáng)圖尺寸：

查表，取加強(qiáng)圉角鋼為200mmx100mmx12mm.

5.有圓筒形容器,兩端為橢圓形封頭，己知圓筒平均直徑D=3050mm,

壁厚3=50mm,工作壓力p=5.0MPa

(沒有問題，無法答題)

解：1.求筒身應(yīng)力取效Chana;houLlniv?r?rtv

以Pir'--upD2x202()j、

經(jīng)舊權(quán)力：^=77=-=5().5(“4)

環(huán)向應(yīng)力：4=學(xué)=2篙。=

2.求封頭上最大應(yīng)力

a/b=2時(shí)，a=1010mm,b=505mm

在x=0處*=b"=$.==*x2=101(〃4)

pa2x1010J、j、

在XX處%=方=石方=50.5(%〃)

a=烈(2-土)="M"()X(2_4)=_](”(〃4)

0"2S從2x20

最大應(yīng)力有兩處：一處在橢圓形封頭的頂點(diǎn)，即X=0處；一處

在橢圓形封頭的底邊，即x=a處。如圖3T7a所示。

a/b=J5時(shí)，＜i=l010mm,b=714mm

在x=0處

；喧已愛給亞HD

在處

▼導(dǎo)甥=50.5(W

…&(2_￡)=^^但2)=0

"2b〃2x20

最大應(yīng)力在x=0處，如圖3T7b所示。

a/b=3時(shí),a=1010mm,b=337mm

在x=0處

paa2x1010_°,、

3=6,=—(-)=----------x3=151.5(4^〃)

*"23b2x20

在X=〃處

pa2x1010ucuuc、

b=—=-----------SQ.S(MPci)

"182x20

b“=3(2—二)=:X(2-32)=—353.5(〃&/)

26b12x20

最大應(yīng)力在x=a處，如圖3T7c所示。

\JChanazhouUnivarsitv

圖3-17例7附圖（2）

6.10萬方油罐，己定半徑R=40m,高H=21.5m,選用16MnR材料，板

高2.0m,該材料強(qiáng)度極限①=490Mpa,材料屈服極限為5=325MPa,

每層圈板高度為2.0m,焊縫系數(shù)取〃=0.9,若己知儲液密度或

3

=900Kg/m,試水密度為p水WOOOKg/n?,試用變點(diǎn)法確定試水條件下

1至2層板壁厚。(20分)

第九次課ppt中

<jh/2..5=196Mpa

crh/2.33=210Mpa

crs/l.5=216.7Mpa

crs/1.33=244Mpa

Sd=min(0,/2.5,crt/1.5)=196Mpa

St=min(crA/2.33,q/l.33)=210Mpa

(1)第一圈板壁厚計(jì)算：

§_4.9.("一0.3)。_4.9x04x(21.5-0.3)x80

=42.4mm

?油定點(diǎn)匕"-196x0.9

4.9(H—O3)Q4.9x(21.5-03)x80

偽水定點(diǎn)一=47.1mm

[打〃196x0.9

。匹汕”。

(10600696)4.9"

%x油變點(diǎn)一==41.89/72772

HVSd7]S/

a水變點(diǎn)二

6定點(diǎn)=max（用油定點(diǎn)后水定點(diǎn)）—47.1mm

=max

^i^^（G油變點(diǎn)后水變點(diǎn)）—43*37mm

g二min（的定點(diǎn),g變點(diǎn)）=43.37mm

⑵第二圈壁厚計(jì)算：

4.9^(//-0.3)0_4.9x0.9x(19.5-03)x80.

1112=

Oa2—------------=-----------------Jo.4

s/196x0.9

K=%=4337=113

C38.4

「灰(K-1)

C=-----------j=-=U.U62/o

1+K?

==21.5-2=19.5

W=1

0.617^+0.32CH,.=1.14775'

xmin=min5=1.22421=1.14775

1.227^=1.22x740x0.0384=1.512?

4.90油x皿)04.9x0.9x(19.5-1.14775)x80

=36.7045〃〃%

S/196x0.9

A=|^.-<^.|=|38.4-36.7045|=1.6955>0.01

第二次試算

令星=36.7045

43.37

=1.1816

36.7045

。=近"")=0.08641

}+K4K

/-I

",?="-24=21.5-2=19.5

W=1

0.617^+0.32CH,.=1.2783

xmin=minCHi=1.684995=1.2783

J.22^^=1.22x,40x0.0367045=1.478,

&=f)D=4.9x0.9x(19.5-1.2783)x80=36

alS.r]196x0.9

△=|用-想|=|36.7045-36.4434|=0.2611>0.01

第三次試算

令￡=36.4434

瓜(K-1)

C=」=009019

1+KJK

=21.5-2=19.5

0.61新史+0-32C”,=1.2993

xmin=minC/7,.=1.758705

J227^=1.22x,40x0.0364434=1.473,

&=4.9p油(4廠/加)0=4.9x0.9x(19.5—1.2993)x80

ai可-196x0.9

△=|用—想卜|36.4434-36.4014|=0.042

其值已經(jīng)很小了，我們就不再往下迭代了。

確定第二層壁板變點(diǎn)計(jì)算厚度

=1.518

740000x43.37

因?yàn)?.375<〃<2.625

3m+?T-霖)(2.1-夕/1.25)=36.4014+(43.37-36.4014)(2.1-1.518/1.25)=42.573祖加

3__3

7.50000m外浮頂油罐，內(nèi)裝汽油，密度P「740kg/m,已知浮船外

徑D759.6m,D=53.6m,外邊緣板高度b3=900mm,內(nèi)邊緣板高度

b『780mm,設(shè)浮艙頂?shù)灼露认嗟?，單盤板厚度6=6mm,艙室總數(shù)為m=30,

浮船質(zhì)量為55000kg,單盤加上其一半附件質(zhì)量為65000kg,試按單

盤及兩艙室同時(shí)破裂泄漏情況，校核其沉沒安全性。（20分）

解：用第一準(zhǔn)則來求

bbNT+7b+△

fti>r+7a-G4-A

需求Tf口外，其余已知

1.7的計(jì)算

7V=---------...........=0.139m

￡（￡>[2-D2~）pig

r=D2/Di=0.899

Pd=單盤重量/&D22=28.8

4

2

，=—^（Pd/0g-3）=0.139加

1-r

（P=2TC/m

a=2/機(jī)+8/3x工理=0.069

1-/〃

To'+Ti

T=--------=0.28m

\-a

27a的計(jì)算

fga=（九一歷）/2（?—。2）=0.01

Ta=（l-?）（l+2r）EMga=0.015m

6（1+r）

3.校核

滿足第一準(zhǔn)則（裕量△取0.2m）

&3=0.9>T+73+A=0.478

=0.78>T+7d-G+A=0.478-g（g>0）

所以安全

8.有圓筒形容器，兩端為橢圓形封頭，已知圓筒外徑D=4070mm,壁

厚6=70mm,工作壓力p=6.0MPao

(1)試求筒身上的經(jīng)向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力

(2)如果橢圓形封頭的a/b為2,封頭厚度為70mm,試確定封頭上最

大經(jīng)向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力。

解：

1.求筒身上的應(yīng)力

經(jīng)向應(yīng)力：迎=皿=2x4070=29.07(MPa)

4J4x70

宣…上工pD2x40702、

環(huán)向應(yīng)力：(Jo-=----------=58.14(MPa)

2S2x70

2.求封頭上最大應(yīng)力

a/b=2時(shí)，a=2035mm,Z?=1017.5mm

在x=0處：

pa箝、2x2035一“一…八、

(y(p—(y§——(一)=------x2=58.14(A/Rz)

2bb2x70

在x=々處：

pa2x2035、

g=J=----------=29.07(MPa)

232x70

的=都2-*)=*-2=-58.14(MPa)

9.一臺浮頂油罐內(nèi)徑60m,高18m,罐壁由9層2m寬的圈板組成，

抗風(fēng)圈設(shè)在離上口1m處，壁板自上而下的厚度分別為10mm、10mm.

10mm、12mm、14mm、16mm、18mm、20mm、23mm。建罐地區(qū)基本風(fēng)壓

=750Pa，A類地貌，求加強(qiáng)圈的個(gè)數(shù)，位置及尺寸

風(fēng)壓高度變化系數(shù)K*

離地面或海地面粗糙度類別

平面高度(M)ABCD

51.1710.740.62

101.3810.740.62

151.521.140.740.62

201.631.250.840.62

加強(qiáng)圈最小截而尺寸

油罐直徑D/m角鋼圈(或同樣截而系數(shù)的型鋼,nnn

D<2()N100x60xK

20<D<36N125x75x8

36<D<48N15()x10()x1()

D>48N200x100xl2

解：(1)求設(shè)計(jì)壓力

,/外浮頂nP=&K2K34

K[=l.5>K[=2.25

風(fēng)壓高度變化系數(shù)Kz由插值法求解

K.=L63T52+[52=]564

220-15

P=l.5x2.25X1.564X750=3959(Pa)

(2)求臨界荷載Per

萬2.5

P.,.=16480，吸

5

"D'HE

/nin-C=10-0.5=9.5mm

e

25

He,=/?(g-^2-)'

=>"ei=\m,He2-2m,He3=2m

He4=1.24/77,He5=0.83l/Ti,He6=0.5882m

Hel=0.434m,Ht,8=0.3313m,^,9=0.2317/77

又???4=￡”“=8.6562”?

=>[Per]=1139.5Pa

(3)確定加強(qiáng)圈的數(shù)目與當(dāng)量位置

n=/NT(4/匕)=WT(3959/1139.5)=3

應(yīng)設(shè)置三個(gè)加強(qiáng)圈

___a____

圈數(shù)98765432

實(shí)際位置//p>

當(dāng)量位置/m1356.247.0717.6598.0838.414

加強(qiáng)圈當(dāng)量位置/m2.1644.3286.492

/.三個(gè)加強(qiáng)圈分別設(shè)置在l/4He、l/2He、3/4He處

即:He為2.164m、4.328m、6.492m處

(4)加強(qiáng)圈的實(shí)際位置

第一個(gè)加強(qiáng)圈：距離抗風(fēng)圈2.164m

第二個(gè)加強(qiáng)圈：距離抗風(fēng)圈4.328m

〃一|“一Ik

第三個(gè)加強(qiáng)圈：臺一?，頭際金偽

L=7+(6.492-6.24)x(l3.5/9.5產(chǎn)=7.606/?

(5)加強(qiáng)圈的型號

D>48m

加強(qiáng)圈的截面尺寸為N200X150X12

10.受自重作用的球蓋，求M點(diǎn)的%,與。

解：幾何特征：

%=h=R

r=Hsin(pdr=7?cos(pd(p

單位面積自重q、壁厚3

???重力是豎直向下的，不能直接套用拉氏方程

將q進(jìn)行分解(按切、法向分解)

切向分量：%=qsin夕

法向分量：q“=qcosp

由拉氏方程

外”產(chǎn)q"R=_qRcos<p

以M點(diǎn)做平行圓為分界面取分離體，求表面積

dA=27rrds=2TTRsin(pRd(p

t(pe(pr(p

A=J。dA=J。Ijrrds=InRsin(pRd(p

=A=2欣2cos9|f=2冰11-cos9)

qA=2兀R?qQ-cosp)

由區(qū)域平衡方程

b0.2成sin?1=-qA=-2成，(l-cos(p)

ncr=￡~(cos(p_l)

▽sin(p

帶入拉氏方程

(Jo-—qRcos(p—M—(cos(p—V)

sin'(p

J-cos。.

=qR(.，'—