圓筒軸向壓應(yīng)力由以下三部分產(chǎn)生:
3)風(fēng)載、偏心質(zhì)量、水平地震力引起的彎矩。
要求以上三部分應(yīng)力之和,即σ1+σ2+σ3≤許用軸向壓應(yīng)力[σ]cr。
簡(jiǎn)便起見,標(biāo)準(zhǔn)將彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力與軸向載荷產(chǎn)生的軸向應(yīng)力同等看待,只是適當(dāng)將風(fēng)載荷計(jì)算中的體型系數(shù)K1適當(dāng)放大。
NB/T47041-2014《塔式容器》的7.9.2規(guī)定,許用軸向壓應(yīng)力[σ]cr=min{KB,K[σ]t}。
1)K為載荷系數(shù),按NB/T47041之7.1的規(guī)定取1.2。
這是源于GB/T150.1的4.4.4條:當(dāng)?shù)卣疠d或風(fēng)載與其他載荷組合時(shí),允許元件的設(shè)計(jì)應(yīng)力不超過許用應(yīng)力的1.2倍。
根據(jù)許用應(yīng)力的定義有:K[σ]t=1.2[σ]t≤ReL/1.5,即[σ]cr≤K[σ]t≤ReL/1.25,也就是說設(shè)計(jì)中將圓筒中的壓縮應(yīng)力控制在材料的屈服強(qiáng)度以下,避免筒體出現(xiàn)塑性變形。
3)B為外壓應(yīng)力系數(shù),單位MPa。
按NB/T47041之4.3.4的規(guī)定,B由所允許的最大應(yīng)變A=0.094δe/Ro查GB/T150.3相應(yīng)的外壓應(yīng)力曲線圖(A-B曲線)確定。
對(duì)于彈性失穩(wěn)(即A-B曲線的斜線段)有:B=2AEt/3,將上述A計(jì)算式代入有B=0.0626Etδe/Ro,大致相當(dāng)于Timoshenko(鐵木辛柯)小撓度理論解(見下面的標(biāo)準(zhǔn)釋義截圖)取安全系數(shù)10.0,也近似相當(dāng)于Kernpner(凱譜涅爾)大撓度理論解取安全穩(wěn)定系數(shù)3.0。
A-B曲線包括彈性失穩(wěn)和非彈性失穩(wěn)。但只有當(dāng)軸向應(yīng)力大于材料的彈性極限(或屈服強(qiáng)度),圓筒才會(huì)出現(xiàn)非彈性失穩(wěn)。對(duì)于塔器來說,標(biāo)準(zhǔn)要求其軸向應(yīng)力不應(yīng)大于屈服強(qiáng)度,見上面的2)。

以上討論的是塔器的局部失穩(wěn),對(duì)于細(xì)高塔(H/D>63.5,見塔器標(biāo)準(zhǔn)釋義)還可能存在類似于細(xì)長桿的失穩(wěn),也就是歐拉失穩(wěn)。對(duì)于歐拉失穩(wěn),NB/T47041認(rèn)為H/D這么大的塔少見(見標(biāo)準(zhǔn)釋義的P78),而沒有給出計(jì)算方法。
不過,新的“壓力容器-分析設(shè)計(jì)”標(biāo)準(zhǔn)(征求意見稿)在其第3部分“典型受壓元件及結(jié)構(gòu)”的5.11.3一節(jié)中(見下面的書簽截圖),給出了不同載荷組合下圓筒的局部失穩(wěn)、柱狀失穩(wěn)時(shí)的許用軸向壓縮應(yīng)力,可供參考。這部分內(nèi)容應(yīng)該是來自ASME VIII-2的4.4.12 Combined Loadings and Allowable Compressive Stresses。

參考文獻(xiàn):
[1] 王者相. 軸向載荷作用下薄壁圓筒體臨界應(yīng)力計(jì)算的新方法[J].
[2] 曾慶勛. 關(guān)于改進(jìn)塔類設(shè)備失穩(wěn)臨界應(yīng)力計(jì)算方法的建議[J].
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