浅析A型支承式支座的设计

刘 旭，吴忠全

(1.四川泸天化弘旭工程建设有限公司 四川泸州 646300；2.泸州泸天化化工设计有限公司 四川泸州 646300)

支承式支座一般用于高度不高，且离基础地面或楼面又较低的立式容器。其结构简单轻便，不需要专门的框架、钢梁来支承设备，可直接把设备载荷传递至较低的基础上，还能提供较大的操作、安装和维修空间，在立式容器中应用较为广泛。除采用符合行业标准《容器支座 第4部分：支承式支座》(JB/T 4712.4—2007)要求的支座外，有关介绍非标支承式支座设计与计算的资料较少，本文为设计者提供了一种非标的A型支承式支座设计与计算的方法。

1 适用范围与设计步骤

1.1 适用范围

A型支承式支座适用于下列条件的钢制立式圆筒形容器：①公称直径DN 800～DN 3 000 mm；②圆筒长度L与公称直径DN之比≤5；③容器总高度H0≤10 m。

其中：容器公称直径DN，采用钢板卷制容器筒体时为内直径，采用无缝钢管作容器筒体时为外直径；圆筒长度L为上下封头与圆筒环焊缝中心之间的距离；容器总高度H0为上下封头外表面最顶部之间的距离，有保温层时取保温层外表面。

1.2 设计步骤

1.2.1 标准A型支承式支座

(1)根据设备质量及作用在容器上的外载荷，计算出每个支座实际承受的载荷Q。确定每个支座实际承受载荷Q时，须考虑设备在安装时可能出现的全部支座未能同时受力等情况，此时需要采用不均匀系数k进行修正。

(2)每个支座本体允许载荷[Q]可从行业标准JB/T 4712.4—2007表2中查出。

(3)依据每个支座实际承受载荷Q≤每个支座本体允许载荷[Q]这一原则，在行业标准JB/T 4712.4—2007表2中选出符合该标准的支座。

1.2.2 非标A型支承式支座

(1)根据设备质量及作用在容器上的外载荷，计算出每个支座实际承受的载荷Q。确定每个支座实际承受载荷Q时，同样需要采用不均匀系数k进行修正。

(2)计算每个支座本体允许载荷[Q]。

(3)依据每个支座实际承受载荷Q≤每个支座本体允许载荷[Q]这一原则，设计非标A型支承式支座。

2 设计计算

以仪表空气储罐非标A型支承式支座设计为例，结合文献[1]来分析非标A型支承式支座的设计。仪表空气储罐的示意图和支承式支座设计尺寸见图1和图2。

图1 仪表空气储罐示意图

图2 仪表空气储罐支承式支座设计尺寸

2.1 设计参数

仪表空气储罐设计项目及参数见表1。

表1 仪表空气储罐设计表

2.2 设计计算时涉及到的参数符号

设计计算时涉及到的参数符号见表2。

表2 符号表

2.3 受力分析[3-5]

2.3.1 每个支座实际承受载荷Q

支座的作用是承受容器的质量，若容器安装在室外或者侧面挂有重物，则在计算中要相应计入风载荷和偏心载荷。对于易发生地震的地区，还需考虑地震载荷。

当容器盛装介质时，支座中最大压应力发生在背风侧。由于静载荷与风载荷引起的附加载荷是相加的，因此背风侧支座中的应力是支座设计的控制应力。

当容器内未盛装介质时，最大拉应力发生在向风侧，此时支座中的应力为风载荷减去静载荷，因此向风侧支座中的应力是支座设计的控制应力。按式(1)计算Q值：

(1)

其中P值按式(2)～式(4)计算：

Pe=am0g

(2)

Pw=1.2fiq0DoH0×10-6

(3)

P=max{Pe+0.25Pw，Pw}

(4)

将相关数据代入式(1)中，可计算出Q为21.29 kN。

2.3.2 每个支座本体允许载荷[Q]

因A型支承式支座安装在椭圆形封头的过渡区内，且垫板为矩形，无现成的局部应力计算方法，行业标准JB/T 4712.4—2007中也没有关于A型支承式支座对封头局部应力的计算，只考虑了支座本体的允许载荷。

A型支承式支座本体允许载荷是由筋板和底板决定的，取筋板和底板两者承受的允许载荷的最小值。由于筋板的失效大多表现为压缩失稳，所以筋板可按简化为两端铰支的轴向受压的压板进行计算。底板按两边自由、两边简支的承受均布载荷的矩形板受弯进行计算。

2.3.2.1 筋板的允许载荷[Q1]

筋板的允许载荷[Q1]按式(5)计算：

(5)

其中折减系数k1的确定是支承式支座设计中的一个难点。折减系数k1的设置是为了考虑筋板稳定性的许用应力降低系数，其值与筋板的柔度λ有关。柔度λ按式(6)计算：

λ=μl2/r

(6)

式中：μ——长度系数(约束影响系数)；

r——筋板的惯性半径，mm。

由于筋板可简化为两端铰支的轴向受压的压板，因此μ=1。设计中通常是将直立筋板看作一端连接在底板上，另一端支承在封头壁上的受压构件，因而可将图3中的筋板视作断面为δ×a，长度为l2的两端铰接，并承受轴向力的压板。本例l2=272.3 mm，r=2.312 mm。

图3 筋板受力示意图

将上述参数代入式(6)可计算出λ=117.8，根据图4可以查出折减系数k1的数值。本例k1≈0.45。

图4 折减系数k1与柔度λ的关系

将相关数据代入式(5)中，可计算出[Q1]=53.45 kN。

2.3.2.2 底板的允许载荷[Q2]

底板的允许载荷[Q2]按式(7)计算：

(7)

将相关数据代入式(7)中，可计算出[Q2]=32.24 kN。

2.3.2.3 支座本体允许载荷[Q]

支座本体允许载荷[Q]取筋板和底板两者承受的允许载荷的最小值，即：

[Q]=min{[Q1]，[Q2]}

计算得，[Q] =32.24 kN。

2.3.3 结论

每个支座实际承受载荷Q=21.29 kN，每个支座本体允许载荷[Q]=32.24 kN，Q<[Q]，故该仪表空气储罐A型支承式支座的设计是合格的。

3 结语

本文通过实例来分析非标A型支承式支座的设计并计算载荷，为立式容器中广泛采用的A型支承式支座提供了设计和计算依据，也为设计者设计非标A型支承式支座提供了参考。