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120吨水泥粉罐抗风强度计算书


青岛市红岛—胶南城际(井冈山路—大珠山段) 轨道交通工程

朝两区间 1 号竖井水泥罐抗风强度计算

编制: 审核: 批准:

中国交建青岛轨道交通 R3 线工程五工区项目经理部 二○一四年十二月十六日
1

1、校核依据 《建筑结构荷载规范》 GB50009-2012 《钢结构设计规范》 2、主要参数 2.1 设计参数 粉罐直径:υ 2900mm; 粉罐高度:13500mm(不含底锥) ; 底部支腿高度:7230mm; 上栏杆高度:1000mm; 罐体板材材料:δ 6 钢板; 支腿材料:υ 219mm×6 焊接管; 支腿横、斜撑材料:10#槽钢。 2.2 环境参数 风速:70m/s(十二级风) 3、基本载荷 3.1 粉罐自重: 水泥重量: 3.2 风载荷 PW
P W ? CK h qA
PW ---- 作用在水泥罐上的风载荷,N;
C

GB50017-2003

G1 =9200 Kg=92000N G 2 =120000 Kg=1200000N

---- 风力系数,

C=1.3; υ =70m/s

υ ---- 风速,

K h ---- 风压高度变化系数,
2

q ---- 计算风压 N / m 2 ,

q=0.613υ
2

2

A ---- 水泥罐垂直于风向的迎风面积,m

P W 1 =CK h qA=0.613 CK h υ C=1.3 K h =1.39

2

A A=1 ㎡,代入上式得:

υ =70

P W 1 =5428N P W 2 =CK h qA=0.613 CK h υ C=1.3 K h =1.23
2

A A=60 ㎡,代入上式得:

υ =70

P W 2 =288175N P W 3 =CK h qA=0.613 CK h υ C=1.3 K h =1 P W 3 =15620N 4、强度计算 水泥罐受力部分主要为罐体底部支腿, 支腿竖向承受水泥粉罐自 重和散装水泥的重量, 同时横向承受罐体受风的侧压力而对支腿产生 的拉力。检算过程依据《起重机设计手册》第三章中风载荷计算的相 关内容。 4.1 支腿强度计算 支腿强度计算分两种情况进行,第一种风正面吹向水泥粉罐,即方向 垂直与支腿连接线;第二种风斜面吹向水泥粉罐,即支腿对角线方向。 4.1.1 风向垂直于支腿连接线 υ =70
2

A A=4 ㎡, 代入上式得:

3

h1 =15.3m 4.1.1.1

h 2 =12.71m

h 3 =4.9m

L1 =1.95m

以 B 点为支点

(1)粉罐空载时 P W 1 h1 + PW 2 h 2 + PW 3 h 3 =P A L1 +G1 ×0.5 L1 得: P A =19127368N

(2)粉罐满载时 P W 1 h1 + PW 2 h 2 + PW 3 h 3 =P A L1 +(G1 + G 2 )×0.5 L1 得: 4.1.1.2 P A =1312737 N

以 A 点为支点

(1)粉罐空载时 P W 1 h1 + PW 2 h 2 + PW 3 h 3 +G1 ×0.5 L1 =P B L1 得: P B =2558736.41N (2)粉罐满载时 P W 1 h1 + PW 2 h 2 + PW 3 h 3 +(G1 + G 2 )×0.5 L1 =P B L1
4

得: P B =2604736.92N 支腿底部及加强筋的横截面为 A=15.662×10 ?3 ㎡,则最大强度为: σ = P B /2A=83.2 Mpa <[σ ] =215 Mpa (校核满足要求)

([σ ]查 GB50017-2003《钢结构设计规范》 , 得钢材的抗拉强度值为 215 Mpa) 4.1.2 风向为支腿对角线方向

h1 =15.3m 4.1.2.1

h 2 =12.71m

h 3 =4.9m

L 2 =2.9m

以 B 点为支点 (1)粉罐空载时

P W 1 h1 + PW 2 h 2 + P W 3 h 3 =P A L 2 +G1 ×0.5 L 2 +P C ×0.5 L 2 + P D ×0.5 L 2 其中: P C = P D =0.5 P A 得: P A =478054.5N (2)粉罐满载时 P W 1 h1 + PW 2 h 2 + PW 3 h 3 =P A L 2 +(G1 + G 2 )×0.5 L 2 +P C ×0.5 L 2 + P D ×
5

0.5 L 2

其中: P C = P D =0.5 P A 得: P A = 231047.6N

4.1.2.2

以 A 点为支点 (1)粉罐空载时

P W 1 h1 + PW 2 h 2 + PW 3 h 3 +G1 ×0.5 L 2 =P B L 2 + P C ×0.5 L 2 +P D ×0.5 L 2 其中: P C = P D =0.5 P B 得: P B =888629.2N (2)粉罐满载时 P W 1 h1 + P W 2 h 2 + PW 3 h 3 +(G1 + G 2 ) ×0.5 L 2 =P B L 2 + P C ×0.5 L 2 +P D ×0.5 L 2 其中: P C = P D =0.5 P B

得: P B =1026560.23N 支腿底部及加强筋的横截面为 A=15.662×10 ?3 ㎡,则最大强度为: σ = P B /2A=32.77 Mpa <[σ ]= 215 Mpa 4.2 焊缝强度计算 (校核满足要求)

支腿底部与基础采用接方式连接, 焊管周围布有 6 块三角加强筋, 焊缝为 直角焊缝,焊接形式为满焊,查 GB50017-2003《钢结构设计规范》得,16mm 以下钢板焊缝的抗拉强度值为[σ ]=160 Mpa,[τ ]=125 Mpa。
6

4.2.1 正面角焊缝的强度计算(作用力垂直于焊缝长度方向) σ f=
N ≤β he l w
f

fw f

其中 σ f -按焊缝有效截面计算,垂直于焊缝长度的应力 h e -角焊缝的计算厚度,h e =4.3×10 ?3 m l w -角焊缝的计算长度,l w =0.9m fw fw f -角焊缝的强度设计值, f =160 Mpa β f -正面角焊缝的强度设计值增大系数,β f =1.22 N-风载荷,N=288175N 代入上式得:

σ f =74.46 Mpa < 195.2 Mpa 4.2.2 侧面角焊缝的强度计算(作用力平行于焊缝长度方向) τ 其中 τ
f

f

=

N ≤f w f he l w

-按焊缝有效截面计算,沿焊缝长度方向的剪应力

h e -角焊缝的计算厚度,h e =7.14×10 ?3 m l w -角焊缝的计算长度,l w =0.6m fw fw f -角焊缝的强度设计值, f =160 Mpa N-风载荷,N=288175N τ
f

代入上式得:

=67.27 Mpa < 160 Mpa
f

4.2.3 在各种综合作用下,σ f 和τ

共同作用处
7

将上面计算结果代入公式得:87.35 Mpa < 160 Mpa 5、计算结果及强度分析 由以上计算结果得知,支腿的抗风强度满足使用要求。

8


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