南华大学机械工程学院毕业设计
定，质量沿高度连续分布的悬臂梁，其基本震型的自振周期T1=90.33H查【7】附表2.2可查得E=190GPa 罐体内直径Di=3000㎜ 罐体有效厚度?e=9.2㎜ 塔设备高度H=10500㎜ 操作质量m0=74115.78kg 自振周期T1=90.33H
m0HE?eDi3m0HE?eDi3
=90.33×10500×
74115.78?105001.9?105?9.2?30003×103
=0.12S
6.3 地震载荷和地震弯矩计算
地震起源于地壳的深处，地震时所产生的地震波，通过地壳的岩石或土壤
向地球表面传播。当地震波传到地面时，引起地面的突然运动，从而迫使地面上的建筑物和建设被发生震动。地震发生时，地面运动是一种复杂的空间运动，可以分解为三个平动分量和三个转动分量。鉴于转动分量的实测数据很少，地震载荷计算时一般不予考虑。地面水平方向（横向）的运动会使设备产生水平方向的震动，危害很大。而垂直方向（纵向）的危害较横向震动要小，所以只有当地震烈度为8度或9度地区的设备才考虑纵向震动的影响。当发生地震时，罐设备作为悬臂梁，在地震载荷作用下产生弯曲变形。安装在七度或七度以上地震烈度地区的罐设备必须考虑它的抗震能力，计算出它的地震载荷。 （1）水平地震力
所谓的振力是地震时地面运动对于设备的作用力。对于底部刚性固定在基础设备，如其简化趁单质点的弹性体系。则地震力即为该设备质量相对于地面运动时的惯性力，此力为F??mpg
mp------集中于单质点的质量,Kg;
g-----重力加速度， m/s2;
?-----地震影响系数。
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?Tg地震影响系数由????T?1????max确定。 ?0.9由【8】表5.6取第二组Ⅱ类场地土的特性周期为Tg=0.3
由【8】表5.5取设防烈度为7时地震影响系数最大值为?max=0.23。
地震影响系数根据场地土的特性周期及罐的自振周期由分析设计方法确定 且不得小于0.2?max=0.23×0.2=0.046
?Tg即????T?1??0.4???=??max?0.12???0.90.9?0.23=0.876＞0.2?max
实际上罐设备是一多质点的体系，具有多个振型。根据振型叠加原理，可将多质点体系算转换成多个单质点体系想叠加。因此，对于实际罐设备水平地震力的计算，可在前述单点体系计算的基础上，为考虑振型对绝对加速度及地震力的影响，引入振型参与系数?k
Yk?miYi3?k??mYi?1i?13
2ii罐设备的第一振型曲线可以近似为抛物线Yi?Ya(hi1.5hiH)1.5代入上式有：
?k??mhi?133ii31.5ii
?mhi?1因而，第i段罐节重心处产生的相当于第一振型（基本振型）的水平地震力为 Fk1?Cz?1?k1mkg?k
由上述分析，我们选取计算截面。一般对于高度在10m以下的罐设备，按一段计算；对于高于10m的罐设备，可分段进行计算，每10m分为一计算段，余下的最后一段取其实际高度。故将该设计中将全罐分为2段。分段为500㎜、10000。其计算截面分别为0-0、1-1。每段的各个参数情况计算如下：
0-0 1-1
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每段长度Li（mm） 500 10000 每段的质量mi(kg) 150 73965.78 各点距地面的高度hi (mm) 250 5500
hi1.5 4×103 4.08?105 mihi1.5 1×106 2.24×109
A??mihi1.5 2.24×109
i?13hi3 1.56×107 1.66×1011
mihi3 3.9×109 9.13×1014 B??mihi3 9.134×1014
i?13A/B 2.241×109/9.134×1014=0.25×10?5 基本振型参与系数?k1=
AB?hi1.5=0.25×10?5×hi1.5
0.01 1.02 综合影响因素Cz 取Cz=0.5
Cz??所以水平地震力（N）：Fk1?1k1mgkk?
6.44 323840.53 (2) 垂直地震力
在地面的垂直运动作用下，罐设备地步截面上的垂直地震力为 ：
0?0F??vmaxmeqg v其中?vmax-----垂直地震影响系数的最大值，取?vmax=0.65?max；
meq-----罐设备的当量质量，Kg. 罐任意质点i处垂直震力为：
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FV???=
mihi?mk?1kFV0?0(i=1、2)
khk由已知条件：操作质量m0=74115.78kg
则当量质量meq=0.75m0=0.75×74115.78=55586.8kg
?vmax=0.65?max=0.65×0.23=0.15
8
mihi 37500 4.07×10
?mihi 4.074×10
8
2i?1即垂直地震力（N） 7.5 81400
0?0罐设备底截面0-0出的地震弯矩ME，由 1（N.mm）
0?0ME1?16351635Cz?1mgH2
=×0.5×74115.78×9.8×10500×0.23
=4.01×108
设等直径、等壁厚罐设备的任意截面I?I距地面的高度为h，基本振型在截面
I?I?I?I处产生的地震弯矩为MEI8Cz?1mg175H1.5(10H3.5?14hH2.5?4h3.5)
式中m为罐单位高度上的质量即m?m0/H
当罐设备H/D＞15或H≥20m 时，还需考虑高振型的影响，这时应根据第一、二、三振型，分别计算其水平地震力及地震弯矩。然后根据振型组合的方法确定作用于k质点处的最大地震力及地震弯矩。这样的计算方法很复杂，所以在进行稳定和其他验算时，可按一种简化的由第一振型的计算结果估算地震弯矩的近似算法
0?00?0?1.25MEI即ME计算
0?0由此可得底截面处地震弯矩ME（N.mm）
0?00?0ME?1.25MEI?1.25?1635Cz?1m0gH=1.25×4.01×10=5.01×10
88
1?1截面1-1处地震弯矩ME（N.mm）
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1?11?1
ME?1.25MEI =1.25×
175H8?0.5?0.23?74115.78?9.8175?105002.5?1.25?8Cz?1m0g2.5?10H3.5?14H2.5h1?4h13.5
?
×（10×105003.5-14×105002.5+4×5003.5）
=3.75×108
6.4 最大弯矩
???大型发酵罐任意计算截面???处的最大弯矩Mmax
M???max={
???MW?Me??????ME?0.25MW?Me取其中较大值
因为发酵罐是安装在室内的所以不计风弯矩则
?????? Mmax=ME=3.75×108N·㎜ 0?0发酵罐底部截面0-0处的最大弯矩Mmax
0?0 Mmax={
0?0MW?MeM0?0E?0.25M0?0W?Me 取其中较大值
0?00?0 Mmax=ME=5.01×108 N·㎜
6.5 圆筒轴向力校核和圆筒稳定校核
有效厚度?ei(mm): 9.2 筒体内径Di(mm): 3000
i?i计算面上操作质量m0(Kg): 74115.78 73965.78
由设计压力引起的轴向应力?1?pDi4?ei=
0.4?30004?9.2=32.6Mpa
此应力只存在于筒体，裙座上由设计压力引起的轴向力为0Mpa 操作质量引起的轴向应力?2?i?im0g?Di?ei
0-0截面上操作质量引起的轴向应力8.4Mpa
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