玻璃钢水箱3 结构设计

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1、3结构设计水箱结构设计主要通过结构强度、刚度计算来确定结构尺寸。设计要求是外形美观、施工方便、整体组装拆卸容易。根据造型设计已经确定了水箱容积V=6.5m3，箱体直径2R=200cm，高H=220cm，水位高h=207cm，箱体厚度t，箱底厚度t，箱顶厚度t，水的密度γ=1.0×，人孔半径r=250mm，箱顶锥壳半顶角ø=75°。3.1水箱荷载分析3.1.1设计载荷(1)静水压：设计静水压，按水箱内的最高水位决定。静水压参照表3.1取值[4]。表3.1静水压取值项目数值水箱高度/m1.01.52.02.53.0最高水位/m0.71.21.62.12

2、.6静水压值/MPa0.0070.0120.0160.0210.026静水压：（3.1）是静水压（MPa）；为水面高度（m）；水箱的最高水位是从水箱底部到溢流孔的高度。即该水箱静水压(2)风压荷载风压力按下式计算：（3.2）式中—风压系数，矩形水箱取1.4；—风速压，与水箱离地高度有关。~时，（3.3）>时，（3.4）即该水箱风压荷载计算如下：(3)雪荷载计算雪荷载按表3.2取值。表3.2雪荷载取值最大积雪深度/cm每1cm厚雪质量/(kg/m2)计算取值/(kg/m2)30以内1.03050以内1.575100以内2.0200已知，雪载荷取值。(

3、4)人荷载人荷载以计算。(5)地震荷载设计只考虑水平方向地震波的影响，所以引起的地震水平分力计算公式如下：F=2（3.5）Pw=γβKHh0xtanh×10-1（3.6）Pb=γβKHh0×10-1（3.7）式中—水箱侧壁发生的变动水压，；—水箱底发生的变动水压，；—地震水平分力；—水的密度，；—水平震度，（为重力加速度，其值取）—水位，；—水箱长的1/2，cm；—到水面的深度，cm；—水箱底板边缘到水箱中心线的距离，cm；—水箱的反应系数（满水时一次固有周期在以下时）。带入数据得：Pb=γβKHh0×10-1=-2.75MPaF=2=22.67M

4、Pa3.1.2荷载组合荷载组合按建筑规范最不利情况计算[5]。3.1.3安全系数安全系数的确定，可参照钢结构或混凝土结构设计标准[5]。强度计算的安全系数参照表3.3取值。表3.3强度计算的安全系数名称长期荷载短期荷载水压84挡板应力42.5其他玻璃钢32补强零件聚氯乙烯32聚乙烯4.523.1.4强度计算项目(1)水箱主体水箱的强度计算项目见表3.4表3.4水箱的强度计算项目项目检验内容侧壁静水压、变动水压、剪切、风压挡板底板静水压、变动水压、剪切、风压顶板雪荷载、人荷载补强材料内部补强静水压、变动水压、雪荷载、人荷载外部补强静水压、变动水压、风

5、压水箱安装处地震荷载、风压配管部件地震荷载(2)水箱基础计算水箱基础按荷载条件对表3.5所列项目进行强度和变形计算、校核。表3.5水箱基础计算项目项目荷载条件标准基座变形静水压、雪荷最大变形小于5mm基座梁应力静水压、雪荷、地震荷载、风压不超过许应应力地脚的应力静水压、雪荷、地震荷载、风压不超过许应应力支承的应力静水压、雪荷、地震荷载、风压不超过许应应力底座、拉杆及其他静水压、雪荷、地震荷载、风压不超过许应应力3.2水箱壁厚设计由理论值来确定壁厚[6]：立式圆筒形水箱在容水时，z轴向应力为零仅有圆周向拉应力б：б（3.8）式中，D、R分别为圆筒的直

6、径、半径，p为圆筒z处的压力（p=ρz)ρ为介质的密度，h为筒体z处厚度，б为筒体轴向的拉应力，于是圆筒形水箱在z处的箱体厚度为：（3.9）图3.1立式圆筒形水箱按一般手糊玻璃钢力学性能取Et=200MPa，=960MPav=0.3，бm=бt=100MPa，бb=150MPa，=20MPa。考虑到长期载荷下使用15年以上及蠕变的影响，取安全系数n=5，由此FRP材料的许用应力为[бm]=[бt]=20MPa，[бb]=30MPa，[]=40MPa。计算的圆筒型水箱的壁厚t==1.25mm表3.6立式储罐及罐顶一定距离外侧面和底面的最小厚度/mm距

7、罐顶的侧壁外距离/m储罐直径/m1.82.12.42.70.61.21.84.84.84.84.84.84.84.84.84.84.84.84.82.43.03.64.86.46.46.46.46.46.46.46.46.46.88.0根据表4.6，确定水箱的壁厚t==0.6cm，=1.0cm。4.3箱体部位应力及变形的分析与计算箱体在水箱自重及静水压力作用下,受到压缩应力、弯曲应力及剪应力。该应力值在箱体与箱底联接处最大。由自重产生的最大压缩应力由下式计算[7]:（3.10）式子中为FRP材料的密度R为水箱半径H为水箱高度tm为箱顶厚度t为箱体厚

8、度代入数据得=-0.0512MPa安全由静水压产生的最大弯矩及对应的最大弯曲应力由下式计算:（3.11）式子中为水的密度；