关于非标鞍座包角的探讨
2016-07-05南卓
南 卓
中石化南京工程有限公司 南京 211100
关于非标鞍座包角的探讨
南卓*
中石化南京工程有限公司南京211100
摘要通过对卧式容器的非标鞍座进行应力计算，分析相关应力随鞍座包角的变化趋势，得出包角小于120°的鞍座也可以使用的结论。自编计算程序，可对任意包角的鞍座进行强度校核。
关键词非标鞍座包角应力计算
卧式容器用支座通常依照《鞍式支座》JB/T4712.1-2007。在此标准中，鞍座包角只有120°和150°两个规格。不仅如此，《卧式容器》NB/T47042-2014、ASMEⅧ-Ⅰ、PD5500等国内外诸多标准也都建议鞍座的包角不宜小于120°且没有相应鞍座的强度计算方法。
然而，由于工艺和现场条件等特殊原因，有时鞍座不得不缩小垫板长度，改变外侧筋板角度，导致鞍座的包角小于120°。以某卧式容器为例，探讨非标鞍座的包角设计。
1设计条件
2非标鞍座参数
鞍座的基本参数与《鞍式支座》JB/T4712.1-2007中的BI型120°包角鞍座的参数相同，只是将最外侧的两块筋板改成垂直于底板，腹板和垫板的形状也随之相应改变，构成θ=86°的小包角鞍座，见图1。
3结构参数
容器的筒体厚度δn：8mm，两端为标准椭圆形封头，厚度δtn：8mm。
筒体支座处截面不设置加强圈,且因鞍座垫板受位置限制,垫板包角小于(θ+12)°，即垫板不起加强作用。
图1 小包角鞍座
4非标鞍座容器强度计算
4.1系数K1～K9的确定
对于标准鞍座，《卧式容器》NB/T47042-2014第7章对鞍座的强度计算有详细规定；而对于非标鞍座，强度计算的关键就在于系数K1～K9的确定。
本例中，A/Rm≤0.5，封头对圆筒起加强作用，鞍座平面上的圆筒整个截面起抵抗轴向弯矩的作用，此时，该截面上的轴向应力与鞍座包角大小无关,即K1=K2=1。
鞍座处圆筒截面上的切向剪应力系数K3和封头切向剪应力系数K4，分别由公式(1)、(2)确定：
本文研究将采用Z-score方法对街区单元类别密度进行标准化。Z-score是基于原始数据的均值和标准差进行的标准化方法。经过处理的数据符合标准的正态分布，即均值为0，标准差为1，转化函数为：
(1)
(2)
鞍座处圆筒截面上的周向应力由周向压缩和周向弯曲引起，对本例的无加强圈圆筒，在截面最低点的周向压缩应力系数K5，由公式(3)确定：
(3)
对于在鞍座边角处由周向弯曲引起的压缩应力，在确定其周向弯矩时Zick是按照圆筒有足够刚性的假设条件推导的。也就是说，由该截面上切向剪应力引起的周向弯矩，只有鞍座截面处圆筒被加强圈加强时才能得出周向弯矩的解析解。而当鞍座截面处的圆筒无加强圈，无法导出切向剪应力产生的周向弯矩的解析解，只能通过有加强圈所加强的圆筒的结果予以经验修正来处理。
(1)鞍座截面上有加强圈，鞍座边角处的周向弯矩系数K6’见公式(4)。
βsincosβ(2β+sin2β)-sinβ·
(4)
式中，
K=sin2β
(5)
(2)鞍座截面无加强圈，且A/Rm≤0.5时，封头对圆筒起加强作用，系数K6的近似计算公式修正为：
K6=K6’/4
(6)
