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不锈钢储罐环墙基础计算方法-《储罐基础工程手册》

作者:镇田机械 时间:2019-04-24 11:24
不锈钢储罐环墙基础计算方法 第四节按国家行标规范法计算环基 目前工程设计中油罐环基侧压力通常按朗肯(Rankine)主动土压力公式计算,这种状态土压力必须满足三个基本条件: (1)为使 信息摘要:

不锈钢储罐环墙基础计算方法

第四节按国家行标规范法计算环基

目前工程设计中油罐环基侧压力通常按朗肯(Rankine)主动土压力公式计算,这种状态土压力必须满足三个基本条件:

(1)为使环基内侧回填土的抗剪强度得到最大限度的发挥,环基内侧填土需要有足够的位移。

(2)环基内侧填土中孔隙水压力影响可以忽略不计。

(3)主动土压力公式中有关土的参数应是明确的。

根据我们在沿海几个油罐工程的实测,土压力接近静止土压力,比以往工程设计中所采用的朗肯主动土压力公式计算的结果大50%左右,因此根据环基受力特点和土压力实测数据,并经数理统计分析,建议按国家行业标准现行规范法计算环基。

(一)环墙宽度

当罐壁位于环墙顶面时,环墙式基础等截面环墙的宽度可按下式计算(图3-7)。

不锈钢储罐环墙基础计算方法-《储罐基础工程手册》

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式中b——环墙宽度(m);

s——罐壁底端传给环墙预端的线分布荷载标准值(当有保温层时,尚应包括保温层的荷载标准值),kN/m;

β--罐壁伸入环墙顶面宽度系数,一般取0.3~0.6,宜取0.5;

y1——罐内使用阶段储存介质的重度,kN/m3;

hu-——环墙顶面至罐内最高储液面高度,m;

r.——环墙的重度,kN/m2;Ya—环墙内填料的平均重度,kN/m2;

幸运赛车官网 h—环墙高度,m;

hx——环墙顶端至计算断面之高度,m。

(二)环墙上作用效应

幸运赛车官网 环墙作用效应应根据填料及地基情况进行计算。

环墙可仅做环向力计算。

(1)当罐壁位于环墙顶面时,环墙环向力可按下式计算(图3-7)。

不锈钢储罐环墙基础计算方法-《储罐基础工程手册》

式中—环墙单位高环拉力设计值,kN/m;

——环墙侧压力系数,软土地基可取k=0。5或1-siny(有效内摩擦角);

Yoo、Yon—分别为水、填料的分项系数,Yom可取1。1,Yom可取l。0;

Yn——分别为水的重度,环墙填料的平均重度Y。可取9.80,Y。可取18.00,kN/m2;

hw——环墙顶面至罐内最高储水面高度,m;h.——环墙顶端至计算断面之高度,m;R—环墙中心线半径,m。

(2)当罐壁位于环墙内侧一定距离时(即外环墙式),环墙环拉力可按下式计算。不锈钢储罐环墙基础计算方法-《储罐基础工程手册》

式中

Fo——环墙单位高环拉力设计值,kN/m;

y—罐体自重分项系数,可取1.2;

b:——外环墙内侧至罐壁内侧距离,m;

R,——不锈钢储罐底圈内半径,m;

Ra—外环墙内侧半径,m;

(三)环墙截面配筋

环墙单位高环拉力钢筋面积可按下式计算。

 

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式中A,——环墙环向单位高所需钢筋面积,mm2;ro—重要性系数,取1.0;F,——环向单位高环拉力设计值,kN;f,——钢筋的抗拉强度设计值,kN/mm2。

实践证明,用上述方法设计环基,尽管在计算中没有考虑环基由于地基局部差异沉降引起环基的应力集中影响,但实际上环基具有相当大的抵抗和调整地基局部差异沉降的能力。环基作为整体,在抵抗内壁侧向土压力的能力始终没有丧失,这说明环基事实上具有很大的强度安全储备。为什么环基出现了许多宽裂缝而不发生整体破坏呢?这和环基构件的基本属性有关。事实上,环基构件作为弹性地基上的圆环是一种具有无数弹性支承的高次超静定结构。我们可将环基两条相邻的宽裂缝之间的块体拿出来分析,很显然,块体的底部支承在地基土上,块体的两侧尽管已有一定数量的钢筋假设已被拉断,但只要不是全部钢筋都被拉断,那么没有拉断的钢筋事实上成为块体在侧边的许多柔性拉杆支承,因此其块体仍属多次超静定体系,只要剩下的钢筋的总承载能力仍大于环基的环拉力7,那么块体不会破坏,即使破坏,对超静定结构也有一个充分给予警告的时间阶段,在此期间可进行补强工作(见图3-8)。

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幸运赛车官网 当环基不发生整体破坏,还可从环基的受力特征来分析。我们在图3-4的位移分析中,已经表示出环基在最大充水预压荷载作用下(这是环基所受最不利荷载条件)环基产生的竖向位移S:以10000m2罐为例,当充水到最终高度时,其环基下沉量S已经达80cm以上。环基总高度为1.8m,原来露出地面的高度为1.0m。经过80cm的下沉,最终露出地面的高度仅为70cm~90cm了,另外我们从裂缝观测中,也已经指出裂缝很少有贯穿整个环基高度的。

这样,顶面部位的钢筋始终不会被拉断,即使下面的钢筋大部分被拉断,相邻宽裂缝之间的环基块体实则成为顶部具有锚拉钢筋的钢筋混凝土短板桩,板内侧作用着不锈钢储罐荷重产生的侧向土压力。板桩埋入土内深度为0.9m~1.1m,因此板桩外侧有着0.9m~1.lm的土压力发挥作用。

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第五节有限差分法计算环基

为了得到与实测数据比较吻合的数学模型,必须要考虑环基与土体的共同工作问题。采用常用的有限差分法比较满意地解决了环基的应力应变分析问题,也与我们的实测数据较为吻合。

计算简图见图3-9,环基顶上油罐的荷载为P,环基下部及内外均支承在土体上,假设土体反力符合文克尔假定,当环基产生径向变形时。环基内外将产生地基反力,由于竖向荷载的作用,环基顶部及底部将产生摩擦力。

幸运赛车官网 根据差分格式和基本假定,环基的计算简图见图3-10。在该图中,k点为环基填土的顶面。由于环基的厚度与其直径之比很小,可以取其单位宽度的窄条分析。由此可得出环基计算的基本微分方程。

不锈钢储罐环墙基础计算方法-《储罐基础工程手册》

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式(3-21)就是环基计算的基本微分方程式。此式有多种解法,在本手册中我们采用差分法。对于环基顶部和底部的摩擦力,使用差分法后很容易处理,通过式(3-21)可以很灵活地处理在g(x)中还含有集中力的问题,并且还可以处理式(3-21)右边非连续函数的同题。在图3-10中给出了环基分为8段共有9个点的计算简图。分段越多,其解的精度就越高,但计算时间就更长。

不锈钢储罐环墙基础计算方法-《储罐基础工程手册》

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相当于弹性地基梁的地基反力,因此式(3-21)的求解是相当明确的。而式(3-21)中的D相当于弹性地基梁中的梁刚度El。材料力学中的一般式显然在式(3-29)中,当i=1时,式(3-29)无解;当i=n+1时,式(3-29)变成了边界条件;所以式(3-29)只能列出n+1个方程。但本题有n+1个节点,那么应有n+l个方程才能求出解来,所以尚缺两个方程。

不锈钢储罐环墙基础计算方法-《储罐基础工程手册》

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系数C;、G:求出后,即可得到总刚矩阵[A]及荷载向量|B1。这样通过式(3-36)即可求解出yl来。代入式(3-34)及(3-35),即可求出环基内侧土压力系数了(即K。)和外侧土压力系数2。

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