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不鏽鋼儲罐環牆基礎計算方法-《儲罐基础工程手册》

作者:鎮田機械 时间:2019-04-24 11:24
不鏽鋼儲罐環牆基礎計算方法 第四節按國家行標規範法計算環基 目前工程設計中油罐環基側壓力通常按朗肯(Rankine)主動土壓力公式計算,這種狀態土壓力必須滿足三個基本條件: (1)为使 信息摘要:

不鏽鋼儲罐環牆基礎計算方法

第四節按國家行標規範法計算環基

目前工程設計中油罐環基側壓力通常按朗肯(Rankine)主動土壓力公式計算,這種狀態土壓力必須滿足三個基本條件:

(1)爲使環基內側回填土的抗剪強度得到最大限度的發揮,環基內側填土需要有足夠的位移。

(2)環基內側填土中孔隙水壓力影響可以忽略不計。

(3)主動土壓力公式中有關土的參數應是明確的。

根據我們在沿海幾個油罐工程的實測,土壓力接近靜止土壓力,比以往工程設計中所采用的朗肯主動土壓力公式計算的結果大50%左右,因此根據環基受力特點和土壓力實測數據,並經數理統計分析,建議按國家一本到在线视频观看標准現行規範法計算環基。

(一)環牆寬度

當罐壁位于環牆頂面時,環牆式基礎等截面環牆的寬度可按下式計算(圖3-7)。

不鏽鋼儲罐環牆基礎計算方法-《儲罐基础工程手册》

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式中b——環牆寬度(m);

s——罐壁底端傳給環牆預端的線分布荷載標准值(當有保溫層時,尚應包括保溫層的荷載標准值),kN/m;

β--罐壁伸入環牆頂面寬度系數,一般取0.3~0.6,宜取0.5;

y1——罐內使用階段儲存介質的重度,kN/m3;

hu-——環牆頂面至罐內最高儲液面高度,m;

r.——環牆的重度,kN/m2;Ya—環牆內填料的平均重度,kN/m2;

h—環牆高度,m;

hx——環牆頂端至計算斷面之高度,m。

(二)環牆上作用效應

環牆作用效應應根據填料及地基情況進行計算。

環牆可僅做環向力計算。

(1)當罐壁位于環牆頂面時,環牆環向力可按下式計算(圖3-7)。

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式中—環牆單位高環拉力設計值,kN/m;

——環牆側壓力系數,軟土地基可取k=0.5或1-siny(有效內摩擦角);

Yoo、Yon—分別爲水、填料的分項系數,Yom可取1.1,Yom可取l.0;

Yn——分別爲水的重度,環牆填料的平均重度Y。可取9.80,Y。可取18.00,kN/m2;

hw——環牆頂面至罐內最高儲水面高度,m;h.——環牆頂端至計算斷面之高度,m;R—環牆中心線半徑,m。

(2)當罐壁位于環牆內側一定距離時(即外環牆式),環牆環拉力可按下式計算。不鏽鋼儲罐環牆基礎計算方法-《儲罐基础工程手册》

式中

Fo——環牆單位高環拉力設計值,kN/m;

y—罐體自重分項系數,可取1.2;

b:——外環牆內側至罐壁內側距離,m;

R,——不鏽鋼儲罐底圈內半徑,m;

Ra—外環牆內側半徑,m;

(三)環牆截面配筋

環牆單位高環拉力鋼筋面積可按下式計算。

 

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式中A,——環牆環向單位高所需鋼筋面積,mm2;ro—重要性系數,取1.0;F,——環向單位高環拉力設計值,kN;f,——鋼筋的抗拉強度設計值,kN/mm2。

實踐證明,用上述方法設計環基,盡管在計算中沒有考慮環基由于地基局部差異沈降引起環基的應力集中影響,但實際上環基具有相當大的抵抗和調整地基局部差異沈降的能力。環基作爲整體,在抵抗內壁側向土壓力的能力始終沒有喪失,這說明環基事實上具有很大的強度安全儲備。爲什麽環基出現了許多寬裂縫而不發生整體破壞呢?這和環基構件的基本屬性有關。事實上,環基構件作爲彈性地基上的圓環是一種具有無數彈性支承的高次超靜定結構。我們可將環基兩條相鄰的寬裂縫之間的塊體拿出來分析,很顯然,塊體的底部支承在地基土上,塊體的兩側盡管已有一定數量的鋼筋假設已被拉斷,但只要不是全部鋼筋都被拉斷,那麽沒有拉斷的鋼筋事實上成爲塊體在側邊的許多柔性拉杆支承,因此其塊體仍屬多次超靜定體系,只要剩下的鋼筋的總承載能力仍大于環基的環拉力7,那麽塊體不會破壞,即使破壞,對超靜定結構也有一個充分給予警告的時間階段,在此期間可進行補強工作(見圖3-8)。

不鏽鋼儲罐環牆基礎計算方法-《儲罐基础工程手册》

當環基不發生整體破壞,還可從環基的受力特征來分析。我們在圖3-4的位移分析中,已經表示出環基在最大充水預壓荷載作用下(這是環基所受最不利荷載條件)環基産生的豎向位移S:以10000m2罐爲例,當充水到最終高度時,其環基下沈量S已經達80cm以上。環基總高度爲1.8m,原來露出地面的高度爲1.0m。經過80cm的下沈,最終露出地面的高度僅爲70cm~90cm了,另外我們從裂縫觀測中,也已經指出裂縫很少有貫穿整個環基高度的。

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,板内侧作用着不鏽鋼儲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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第五節有限差分法計算環基

爲了得到與實測數據比較吻合的數學模型,必須要考慮環基與土體的共同工作問題。采用常用的有限差分法比較滿意地解決了環基的應力應變分析問題,也與我們的實測數據較爲吻合。

計算簡圖見圖3-9,環基頂上油罐的荷載爲P,環基下部及內外均支承在土體上,假設土體反力符合文克爾假定,當環基産生徑向變形時。環基內外將産生地基反力,由于豎向荷載的作用,環基頂部及底部將産生摩擦力。

根據差分格式和基本假定,環基的計算簡圖見圖3-10。在該圖中,k點爲環基填土的頂面。由于環基的厚度與其直徑之比很小,可以取其單位寬度的窄條分析。由此可得出環基計算的基本微分方程。

不鏽鋼儲罐環牆基礎計算方法-《儲罐基础工程手册》

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式(3-21)就是環基計算的基本微分方程式。此式有多種解法,在本手冊中我們采用差分法。對于環基頂部和底部的摩擦力,使用差分法後很容易處理,通過式(3-21)可以很靈活地處理在g(x)中還含有集中力的問題,並且還可以處理式(3-21)右邊非連續函數的同題。在圖3-10中給出了環基分爲8段共有9個點的計算簡圖。分段越多,其解的精度就越高,但計算時間就更長。

不鏽鋼儲罐環牆基礎計算方法-《儲罐基础工程手册》

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相當于彈性地基梁的地基反力,因此式(3-21)的求解是相當明確的。而式(3-21)中的D相當于彈性地基梁中的梁剛度El。材料力學中的一般式顯然在式(3-29)中,當i=1時,式(3-29)無解;當i=n+1時,式(3-29)變成了邊界條件;所以式(3-29)只能列出n+1個方程。但本題有n+1個節點,那麽應有n+l個方程才能求出解來,所以尚缺兩個方程。

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系數C;、G:求出後,即可得到總剛矩陣[A]及荷載向量|B1。這樣通過式(3-36)即可求解出yl來。代入式(3-34)及(3-35),即可求出環基內側土壓力系數了(即K。)和外側土壓力系數2。

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