[发明专利]一种侧向力作用下变截面塔式容器顶部挠度计算方法

说明书

本发明公开了一种侧向力作用下变截面塔式容器顶部挠度计算方法，包括如下步骤：（1）计算受土建结构框架的适当高度处限位装置支撑时，等直径、等壁厚的塔式容器顶部的挠度y₀：（2）根据y₀，计算受土建结构框架的适当高度处限位装置支撑时，直径或者壁厚只变化一次的塔式容器顶部的挠度y₁；根据y₁，计算直径或者壁厚变化二次的塔式容器顶部的挠度y₂；依次类推，计算n次变截面的塔式容器受限位装置支撑作用下塔顶的挠度y_n；（3）根据现有技术的电算程序SW6计算求得塔式容器在没有土建框架限位时，在规定的标准载荷（内（外）压及以风载荷、地震载荷、偏心载荷）共同作用下的塔顶的挠度y_c，最终求得，实际的塔式容器的顶部挠度y为：y=y_c‑y_n。

技术领域

本发明涉及一种侧向力作用下变截面塔式容器顶部挠度计算方法，属于化工、石化工程计算技术领域。

背景技术

在化工和石化装置中，塔式容器是一类具有满足工艺的传热、传质特定功能的重要的压力容器。在工程实践中，经常会遇到一些高径比H/D很大(某些情况下甚至大于50)的塔式容器，此时在风载荷为主导的组合风弯矩的作用下，塔式容器中会产生较大的轴向截面应力，塔顶的挠度更会超出工程设计中普遍认可的控制范围，比如对填料塔来说，塔顶的挠度为：y≤H/200(式中，y：塔顶的挠度值，mm；H：塔式容器的总高，mm)。

此时，工程设计中常见的措施是适当增加塔体的壁厚以提高塔体的刚度。虽然增加塔体的壁厚虽可有效降低塔体截面应力，但是却对于降低塔顶挠度的效果一般不明显。当增加塔体的壁厚不能使得塔顶的挠度满足工程规定的控制值时，一种有效的措施是在塔式容器所在装置区的土建结构框架的适当高度处设置限位装置，将塔身所受的风弯矩传递到土建结构框架上，从而明显降低塔顶的挠度值，并使之满足工程规定的控制要求。

在工程设计中，变截面塔式容器受侧向力的塔顶挠度计算尚无简便的计算公式。对于高径比很大的塔式容器，通常为了节省材料降低设备造价，塔体的壁厚一般都是由下至上设计成阶梯式降低的，更有应工艺条件的要求将塔式容器设计成不等直径的。按照塔式容器的设计标准，塔式容器可以简化成受各种载荷作用的悬臂梁。此时，带中间支撑的塔式容器可以简化为变截面悬臂梁受非端部位置侧向力作用的悬臂梁。一般地，广义上的变截面悬臂梁受任意侧向载荷作用(包括集中载荷、均布或非均布连续载荷、弯矩等)，其端部的挠度计算可以由微积分的方法求得，但在工程应用中却十分不便。

在实际的化工和石化装置中，塔式容器可以分为三种形式：1.等直径、等壁厚的塔式容器；2.等直径、非等壁厚的塔式容器；3.不等直径、不等壁厚的变截面塔式容器。对于变截面的塔式容器来说，塔体的壁厚一般都是由下至上设计成阶梯式变化的，塔体的直径也都是由下至上设计成阶梯式的，不同直径的塔段通过设置变径段来连接过渡。

现行的塔式容器的设计标准中，均已明确该标准的适用范围为“裙座自支承”式塔式容器，不适用于“由操作平台连成一体的”或“带有牵拉装置”塔群或排塔。现行塔式容器设计标准中没有给出受任意高度的侧向集中载荷作用下的塔顶挠度计算方法，也没有计入塔式容器受偏心载荷时对塔顶挠度计算结果的影响。由全国化工设备设计技术中心站编制的、得到压力容器设计行业内普遍认可的压力容器强度计算电算程序SW6中的塔顶挠度计算同样只考虑了风载荷的作用。