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应力 校核


过 程 设 备 强 度 计 算 书
卧式容器 计 设计压力 设计温度 算 条 件 2.2 50 Q345R Q345R 椭圆形 2000 5800 mm mm 16 10 MPa ℃ 计算单位

SW6-2011

中航一集团航空动力控制系统研究所 简 图

p t

筒体材料名称 封头材料

名称 封头型式 筒体内直径 Di 筒体长度

L ?n C ? ?hn Ch b
θ

筒体名义厚度 筒体厚度附加量 腐蚀裕量 封头名义厚度 封头厚度附加量 鞍座材料名称 鞍座宽度 鞍座包角 鞍座高度 H 地震烈度

mm mm mm mm mm mm mm ° mm mm 度

支座垫板名义厚度 ?rn

2.3 2 1 16 2.3 Q235A 220 120

C1

筒体焊接接头系数

支座形心至封头切线距离

A

510 250 八(0.2g)

全 国 化 工 设 备 设 计 技 术 中 心 站

1

过 程 设 备 强 度 计 算 书

SW6-2011

内压圆筒校核 计算所依据的标准 计算条件 计算压力 pc 设计温度 t 内径 Di 材料 试验温度许用应力 ??? t 设计温度许用应力 ??? 试验温度下屈服点 ?s 钢板负偏差 C1 腐蚀裕量 C2 焊接接头系数 ?

计算单位

中航一集团航空动力控制系统研究所 GB 150.3-2011 筒体简图

2.20 50.00 2000.00 Q345R ( 板材 ) 189.00 189.00 345.00 0.30 2.00 1.00
pc Di

MPa ? C mm MPa MPa MPa mm mm

厚度及重量计算 计算厚度 有效厚度 名义厚度 重量 压力试验类型 试验压力值 压力试验允许通过 的应力水平 ???T 试验压力下 圆筒的应力 校核条件 校核结果 ? = 2[? ]t ? ? P c ?n = 16.00 4613.67 压力试验时应力校核 液压试验 = 11.71 mm mm mm Kg

?e =?n - C1- C2= 13.70

pT = 1.25p

[? ] [? ] t

=

2.7500 310.50

(或由用户输入)

MPa MPa

???T? 0.90 ?s =

?T = pT .( Di ? ? e ) = 202.10 2? e .? ?T? ???T 合格 压力及应力计算
2? e [ ? ]t ? ( Di ?? e ) = 2.57168

MPa

最大允许工作压力 设计温度下计算应力 ??? ?
t

[pw]= ? =
t

MPa MPa MPa

pc ( Di ?? e ) = 161.68 2? e
t

189.00 ??? ? ≥?
t

校核条件 结论

合格

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2

过 程 设 备 强 度 计 算 书

SW6-2011

左封头计算 计算所依据的标准 计算条件 计算压力 pc 设计温度 t 内径 Di 曲面深度 hi 材料 设计温度许用应力 ??? 试验温度许用应力 ??? 钢板负偏差 C1 腐蚀裕量 C2 焊接接头系数 ? 压力试验类型 试验压力值 压力试验允许通过的应力???t 试验压力下封头的应力 校核条件 校核结果
t

计算单位

中航一集团航空动力控制系统研究所 GB 150.3-2011 椭圆封头简图

2.20 50.00 2000.00 525.00 Q345R 189.00 189.00 0.30 2.00 1.00 (板材)

MPa ? C mm mm MPa MPa mm mm 压力试验时应力校核

液压试验

pT = 1.25p [? ]t = 2.7500 (或由用户输入)
[? ]

MPa MPa MPa

???T? 0.90 ?s =

310.50

?T = pT .(KDi ? 0.5? eh ) = 188.98 2? eh .? ?T? ???T 合格 厚度及重量计算
2 ? ? ? 1? ? D i ? ? = 0.9380 2?? K = 6? ? 2h i ? ? ? ? ? ?

形状系数

计算厚度 有效厚度 最小厚度 名义厚度 结论 重量

?h = 2[? ]t ? ?0.5 p c ?min = 3.00 ?nh = 16.00 满足最小厚度要求 569.83 压
t

Kpc Di

= 10.95

mm mm mm mm Kg

?eh =?nh - C1- C2= 13.70





算 MPa

最大允许工作压力 结论

[pw]= 合格

2[? ] ?? eh = 2.75035 KDi ? 0.5? eh

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过 程 设 备 强 度 计 算 书

SW6-2011

右封头计算 计算所依据的标准 计算条件 计算压力 pc 设计温度 t 内径 Di 曲面深度 hi 材料 设计温度许用应力 ??? 试验温度许用应力 ??? 钢板负偏差 C1 腐蚀裕量 C2 焊接接头系数 ? 压力试验类型 试验压力值 压力试验允许通过的应力???t 试验压力下封头的应力 校核条件 校核结果
t

计算单位

中航一集团航空动力控制系统研究所 GB 150.3-2011 椭圆封头简图

2.20 50.00 2000.00 525.00 Q345R 189.00 189.00 0.30 2.00 1.00 (板材)

MPa ? C mm mm MPa MPa mm mm 压力试验时应力校核

液压试验

pT = 1.25p [? ]t = 2.7500 (或由用户输入)
[? ]

MPa MPa MPa

???T? 0.90 ?s =

310.50

?T = pT .(KDi ? 0.5? eh ) = 188.98 2? eh .? ?T? ???T 合格 厚度及重量计算
2 ? ? ? 1? ? D i ? ? = 0.9380 2?? K = 6? ? 2h i ? ? ? ? ? ?

形状系数

计算厚度 有效厚度 最小厚度 名义厚度 结论 重量

?h = 2[? ]t ? ?0.5 p c ?min = 3.00 ?nh = 16.00 满足最小厚度要求 569.83 压
t

Kpc Di

= 10.95

mm mm mm mm Kg

?eh =?nh - C1- C2= 13.70





算 MPa

最大允许工作压力 结论

[pw]= 合格

2[? ] ?? eh = 2.75035 KDi ? 0.5? eh

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过 程 设 备 强 度 计 算 书

SW6-2011

卧式容器(双鞍座) 依据标准 计 设计压力 p 计算压力 算 条 件

计算单位

中航一集团航空动力控制系统研究所 NB/T 47042-2014 简 MPa MPa ℃ MPa 图

2.2 2.2 50 2.75 Q345R Q345R 189 189 189 189 345 201000
t

pc pT

设计温度 T 试验压力 圆筒材料 封头材料 圆筒材料常温许用应力 封头材料常温许用应力

?? ? ?? ?h

MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa kg/m
3

圆筒内直径 圆筒平均半径 圆筒名义厚度

Di Ra

2000 1008 16 13.7 16 13.7

mm mm mm mm mm mm mm mm mm kg/m3

?? ?t t 封头材料设计温度下许用应力 ?? ?h
圆筒材料设计温度下许用应力 圆筒材料常温屈服点

?n
? hn
L

ReL

圆筒有效厚度 ?e 封头名义厚度 封头有效厚度 ? he 两封头切线间距离

圆筒材料常温弹性模量 E 圆筒材料设计温度下弹性模量 E 操作时物料密度 ? 0 液压试验介质密度 ? t 物料充装系数 ? o 焊接接头系数 附件质量 鞍座材料 鞍座材料许用应力 鞍座包角

199500 563 1000 0.85 1 0 Q235A

5850 5800

kg/m3 圆筒长度 Lc 封头曲面深度 壳体材料密度 ? s kg 鞍座结构参数 地脚螺栓材料 MPa ° mm mm mm mm mm2 mm3 mm 个 个

hi

525 7850

?

m3

?? ?sa
?rn

160 120 10 8.7 250 1266 20080 369095 1260 2 2

?? ?bt
A

地脚螺栓材料许用应力 鞍座中心线至封头切线距离 鞍座轴向宽度

0 510 220

MPa mm mm mm mm

?

鞍座垫板名义厚度 鞍座垫板有效厚度 鞍座高度 H

b

?re

鞍座腹板名义厚度 鞍座垫板宽度 b4 地震烈度

b0

10 430 8(0.2g) 0.4

圆筒中心至基础表面距离 H v 腹板与筋板(小端)组合截面积 Asa 腹板与筋板(小端)组合截面抗弯截 面系数 Z r 筒体轴线两侧螺栓间距 l 承受倾覆力矩螺栓个数 n 承受剪应力螺栓个数 n ?

鞍座底板与基础间的静摩擦 系数 f 鞍座底板对基础垫板的动摩 擦系数

fs
24 20.752 mm mm

地脚螺栓公称直径 地脚螺栓根径

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过 程 设 备 强 度 计 算 书

SW6-2011

圆筒质量(两切线间) 封头质量(曲面部分) 附件质量

支 座 反 力 m1 ? ? ?Di ? ? n ?L? n ?s ? 4653.57



算 kg kg kg

m2 ? 1099.92 m3 ? 0
容器容积

封头容积(曲面部分) VH ? 1.09956e+09 操作工况 容器内充液质量 耐热层质量 总质量 液压试验

V ? 2.05774e+10

mm3 kg kg kg kg kg N/mm

m4 ? V?o?o ? 9847.33 m4 ? V?T = 20577.4

m5 ? 0
操作工况 m ? m1 ? m2 ? m3 ? m4 ? m5 ? 15600.8 液压试验 m? ? m1 ? m2 ? m3 ? m4 ? 26330.9 操作工况
q? mg ? 4 23.3655 L ? hi 3

单位长度载荷 液压试验
q? ?

m? g ? 4 39.4361 L ? hi 3

N/mm N N N

操作工况 F ? ? 支座反力 液压试验

1 mg ? 76522 2 1 F ?? ? m?g ? 129153 2

F ? max? F ? , F ??? ? 129153
系 系数确定条件 A>Ra/2 K1=0.106611 系数 K4= K6’=0.0112488 K9=0.203522 筒 操作工况 圆筒中间横截面 体 轴 向 应 力 数 确 定 θ=120 K2=0.192348 K5=0.760258 K7= C4= 计 算 及 校 核
? ? F ?L ?1 ? 2 Ra2 ? hi2 / L2 4 A ? M1 ? ? ? ? = 6.52522e+07 4h 4 ? L ? 1? i ? ? 3L ? ?

K3=1.17069 K6=0.0136848 K8= C5=

?

?

N· mm

轴 向 弯 矩 鞍座平面

? ? F ??L ?1 ? 2 Ra2 ? hi2 / L2 4 A ? ? ? 水压试验工况 M T 1 ? ? = 1.10132e+08 4hi 4 ? L ? 1? ? 3L ? ?

?

?

N· mm

操作工况

? A Ra2 ? hi2 ? ? 1? ? ? L 2 AL ? ? M 2 ? ? F ?A?1 ? -2.88424e+06 4h ? ? 1? i ? ? 3L ? ?
? A Ra2 ? hi2 ? ? 1? ? ? L 2 AL ? ? ? ? F ??A?1 ? -4.868e+06 4 h ? ? 1? i ? ? 3L ? ?

N· mm

水压试验工况 M T 2

N· mm

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过 程 设 备 强 度 计 算 书

SW6-2011

圆筒中间横截面最低点处 ? 2 ? 内压加压 鞍座平面最高点处 操作工况 内压未加压 鞍座平面最低点处
?4 ?
?3 ?

p C Ra M1 ? ? 82.4272 2? e ?Ra2 ? e
p C Ra M2 ? ? 81.5533 2? e K1?Ra2? e

MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa

圆筒中间横截面最高点处 ? 1 ? ? 轴 向 应 力

M1 ? -1.49288 ?Ra2? e
M2 ? -0.343062 K 2?Ra2? e

圆筒中间横截面最高点处 ? T1 ? ? 未加压 鞍座平面最低点处 水压试验工况 圆筒中间横截面最低点处 ? T 2 ? 加压 鞍座平面最高点处 外压应力系数B 许用压缩应力 操作工况
?T 4 ?

?Ra2? e

MT1

? -2.51966

MT 2 ? -0.579018 K 2?Ra2? e

pT Ra M ? 2T 1 ? 103.688 2? e ?Ra ? e pT Ra MT 2 ? ? 102.213 2? e K1?Ra2? e

?T 3 ?

A ? 0.094 ? e / Ro ? 0.00126752
按GB150.3规定求取B = 141.39 MPa,B0=151.268 MPa。 MPa MPa 合格 合格 合格 合格

应力 校核

?? ?tac ? min{?? ?t , B} ? 141.39 ?? ?ac ? min{0.9ReL (Rp0.2 ), B0 } ? 151.268 水压试验工况 ? 1 ,? 2 ,? 3 ,? 4 }=82.4272 < ? ?? ?t ? 189 内压加压 max{
内压 | min{ ? 1 ,? 2 ,? 3 ,? 4 } | =1.49288 < ?? ?tac ? 141.39 未加压 加压

操作工况

水压试验工况

max{ ? T1 ,? T 2 ,? T 3 ,? T 4 } =103.688 < 0.9?ReL ( Rp 0.2 ) = 310.5

? T1 ,? T 2 ,? T 3 ,? T 4 } | =2.51966 < ?? ?ac ? 151.268 未加压 | min{
圆 筒 切 向 剪 应 力 及 封 头 应 力 计 算 及 校 核

圆筒未被封头加强 圆筒 切向 剪应 力
R ( A ? a 时) 2

??

K3 F ? L ? 2 A ? ? ? ? ? 8.07371 Ra? e ? ? L ? 4hi / 3 ?

MPa

圆筒被封头加强 R ( A ? a 时) 2 圆筒被封头加强 R ( A ? a 时) 2

??

K3 F ? Ra? e K4 F ? Ra? he

MPa

封头 应力

?h ?

MPa

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过 程 设 备 强 度 计 算 书

SW6-2011

圆筒切向剪应力

?=8.07371 <0.8 [? ] =151.2
t

合格 其中 K ?

椭圆形

?h ?
?h ?
?h ?

Kpc Di ? 2? he
Mpc Rh ? 2? he

MPa

Di 2 ? 1? ?2 ? ( ) ? 6? 2hi ?
1? ?3 ? 4? Rh ? ? r ?

应力校核

碟形 封头应力 半球形

MPa

其中 M ?

pc Di ? 4? he

MPa

t ?h = 1.25?? ? ? ? h ?

圆 圆筒的有效宽度 鞍座垫板包角 横截面 最低点处









力 计 算 及 校 核 mm 取k=0.1 MPa

b2 ? b ? 1.56 Ra ? n ? 418.114

132 ? ? ? 12?

无垫板 或垫板 不起加 强作用 时 无 加 强 圈 圆 筒

?5 ? ?

kK5 F ? ?eb2

鞍座 边角处

当L/Ra≥8时

?6 ? ?
?6 ? ?

F 3K6 F ? ? 4?eb2 2?e2
12K 6 FRa F ? ? 4? e b2 L? e2

MPa

当L/Ra<8时 横截面 最低点处

MPa MPa

?5 ? ?

??

kK5 F

e

? ?re ?b2

? -1.04839

当L/Ra≥8时 垫板起 加强作 用时 鞍座边角处 当L/Ra<8时 当L/Ra≥8时 当L/Ra<8时

?6 ? ?
?6 ? ?

4??e ? ?re ?b2
4??e ? ?re ?b2 F

F

?
?

2 2??e2 ? ?re ?
2 L??e2 ? ?re ?

3K6 F

?

MPa MPa MPa MPa

12 K6 FRm

? -17.323

鞍座垫板 边缘处

? ?? ?6
? ?? ?6

' F 3K6 F ? ? 4? eb2 2? e2

' 12K 6 FRm F ? ? -21.6418 4? e b2 L? e2

加强圈材料:

e = d =
有 加 强 圈 圆 筒 加强圈参数 加强圈数量, n = 组合总截面积, A0 = 组合截面总惯性矩, I0 = 设计温度下许用应力 ?? ? R
t

mm mm 个 mm2 mm4

?
C4 K 7 FRm e K 8 F ? ? I0 A0

MPa MPa MPa

加强圈位于 鞍座平面内

鞍座 边角处 加 强 圈 边 缘 周向应力

圆筒周向应力 ? 7 ?

?8 ?

C5 K 7 Rm dF K 8 F ? ? I0 A0

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8

过 程 设 备 强 度 计 算 书

SW6-2011

无垫板或 垫板不起 加强作用 时 有 加 加强圈 强 靠近鞍 圈 座平面 垫板起加 圆 强作用时 筒

横截面最低点处 ?5 ? ?

kK5 F ? ?eb2

MPa

当L/Ra≥8时 鞍座边角处 当L/Ra<8时 横截面最低点处 ?5 ? ?

?6 ? ?
?6 ? ?
?

F 3K6 F ? ? 4?eb2 2?e2
F 12 K6 FRm ? ? 4?eb2 L?e2

MPa MPa MPa

??

kK5 F

e

? ?re ?b2

当L/Ra≥8时 鞍座边角处 当L/Ra<8时 圆筒周向应力 加强圈边 缘 周向应力

?6 ? ?
?6 ? ?

4??e ? ?re ?b2
4??e ? ?re ?b2 F

F

?
?

2 2??e2 ? ?re ?
2 L??e2 ? ?re ?

3K6 F

?
?

MPa MPa MPa MPa

12 K6 FRm

靠近水平 中心线

?7 ?
?8 ?
t

C 4 K 7 FRm e K 8 F ? ? I0 A0
C5 K7 RmdF K8 F ? ? I0 A0

?5
?6
应力校核

=1.04839 <[?] = 189 =17.323 < 1.25[?] = 236.25
t

合格 合格 合格

? ?6

=21.6418 < 1.25[?] = 236.25
t

?7
?8

= =

1.25[?] =
t

1.25[?] R =
t

鞍 结构参数 鞍座计算高度









算 mm mm N

1 H s ? min{ H , Ra } =250 3 鞍座垫板有效宽度 br ? b2 =418.114
腹板水平拉应力计算及校核
FS ? K 9 F ? 26285.5

腹板水平力

无垫板或垫板不起加强作用 水平拉应力 垫板起加强作用 应力校核

?9 ?
?9 ?

FS ? HSb0 FS ? 4.2827 HSb0 ? br?re

MPa

MPa 合格

? 9 =4.2827

< ?? ?sa = 106.667

2 3

地震引起的腹 FEv H V F ? FEv H ? ? ? -12.4234 板与筋板组合 当 FEv ? mgf 时, ? sa ? ? Asa 2Z r Asa ?L ? 2 A? 截面应力 FEv H V F ? ?FEv ? F ?f s ?H ? ? ? 当 FEv ? mgf 时, ? sa ? ?
Asa Zr Asa ?L ? 2 A?

鞍座压缩应力计算及校核 水平地震影响系数 查表9得,α1=0.16 FEv ? ?1 mg ? 24487 水平地震力

N MPa MPa

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9

过 程 设 备 强 度 计 算 书

SW6-2011

温差引起的腹 板与筋板组合 截面应力 应力校核

?t ??
sa

F ? F ?fH ? ? -24.5432 Asa Zr

MPa 合格 合格

|?sa|=12.4234 < 1.2[?]sa = 192 |? sa|=24.5432 < [?]sa = 160
t

地震引起的地脚螺栓应力计算及校核 地脚螺栓 截面积 倾覆力矩 地脚螺栓 拉应力 地脚螺栓 剪应力 应力校核

Abt= 338.057
0?0 M Ev ? FEv H v ? m0 g

mm2

l =-4.55767e+06 2

N· mm MPa MPa 合格

? bt ?

0 ?0 M Ev ? -5.34999 nlAbt

当 FEv ? mgf 时 ? bt ? 拉应力 剪应力

FEv ? 2 F ?f s ? n' Abt

?bt=-5.34999 < 1.2[?]bt = 0 ?bt= 0.8?Ko?[?] bt =

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过 程 设 备 强 度 计 算 书

SW6-2011

开孔补强计算 接 管: N1, φ 480×12 设 计 条 2.2 50 件

计算单位

中航一集团航空动力控制系统研究所 计算方法: GB150.3-2011等面积补强法,单孔 简 图

计算压力 pc 设计温度 壳体型式 壳体材料 名称及类型 壳体开孔处焊接接头系数φ 壳体内直径 Di 壳体开孔处名义厚度δ 壳体厚度负偏差 C1 壳体腐蚀裕量 C2 壳体材料许用应力[σ ]
t n

MPa ℃

圆形筒体 Q345R 板材 1 2000 16 0.3 2 189 0 mm mm mm mm MPa

接管轴线与筒体表面法线的夹角(°) 凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹 角( ° ) 接管实际外伸长度 接管实际内伸长度 接管焊接接头系数 接管腐蚀裕量 凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离 接管厚度负偏差 C1t 接管材料许用应力[σ ] 开 非圆形开孔长直径 壳体计算厚度δ 补强圈强度削弱系数 开孔补强计算直径 d 接管有效外伸长度 h1 开孔削弱所需的补强面积A
t

250 0 1 2

mm mm mm mm

接管连接型式 接管材料 名称及类型 补强圈材料名称 补强圈外径 补强圈厚度

安放式接管 16Mn 管材 Q345R 760 16 0.3 189 计 1 2.7882 mm mm mm mm mm mm
2 2 t

mm mm mm MPa 算

1.2 181 孔 462.4 11.708

mm

补强圈厚度负偏差 C1r

MPa 补强圈许用应力[σ ] 补 强 mm mm mm mm mm
2

开孔长径与短径之比 接管计算厚度δ
t

frr

1 462.4 74.49 5414

接管材料强度削弱系数 补强区有效宽度 B 接管有效内伸长度 h2 壳体多余金属面积 A1 补强区内的焊缝面积 A3

fr 0.9577
924.8 0 921 48 3587

2 858 接管多余金属面积 A2 mm 2 A1+A2+A3= 1827 mm ,小于A,需另加补强。

补强圈面积 A4 结论: 合格

4396

mm

2

A-(A1+A2+A3)

2

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11

过 程 设 备 强 度 计 算 书

SW6-2011

开孔补强计算 接 管: N2, φ 108×8 设 计 条 2.2 50 件

计算单位

中航一集团航空动力控制系统研究所 计算方法: GB150.3-2011等面积补强法,单孔 简 图

计算压力 pc 设计温度 壳体型式 壳体材料 名称及类型 壳体开孔处焊接接头系数φ 壳体内直径 Di 壳体开孔处名义厚度δ 壳体厚度负偏差 C1 壳体腐蚀裕量 C2 壳体材料许用应力[σ ]
t n

MPa ℃

圆形筒体 Q345R 板材 1 2000 16 0.3 2 189 0 mm mm mm mm MPa

接管轴线与筒体表面法线的夹角(°) 凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹 角( ° ) 接管实际外伸长度 接管实际内伸长度 接管焊接接头系数 接管腐蚀裕量 凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离 接管厚度负偏差 C1t 接管材料许用应力[σ ] 开 非圆形开孔长直径 壳体计算厚度δ 补强圈强度削弱系数 开孔补强计算直径 d 接管有效外伸长度 h1 开孔削弱所需的补强面积A
t

150 0 1 2

mm mm mm mm

接管连接型式 接管材料 名称及类型 补强圈材料名称 补强圈外径 补强圈厚度

安放式接管 16Mn 管材 Q345R 200 16 0.3 189 计 1 0.5625 mm mm mm mm mm mm
2 2 t

mm mm mm MPa 算

0.8 181 孔 97.6 11.708

mm

补强圈厚度负偏差 C1r

MPa 补强圈许用应力[σ ] 补 强 mm mm mm mm mm
2

开孔长径与短径之比 接管计算厚度δ
t

frr

1 97.6 27.943 1143

接管材料强度削弱系数 补强区有效宽度 B 接管有效内伸长度 h2 壳体多余金属面积 A1 补强区内的焊缝面积 A3

fr 0.9577
195.2 0 194 32 668

2 248 接管多余金属面积 A2 mm 2 A1+A2+A3= 475 mm ,小于A,需另加补强。

补强圈面积 A4 结论: 合格

1369

mm

2

A-(A1+A2+A3)

2

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12


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