基于GB 50009新旧规范塔器风载荷计算的研究.pdf

收稿日期:;修回日期:作者简介:许艳(),女,硕士,工程师,主要从事压力容器设计,E m a i l:x u y a n y i y i c o m.第 卷第期 年月北京石油化工学院学报J o u r n a l o fB e i j i n gI n s t i t u t eo fP e t r o c h e m i c a lT e c h n o l o g yV o l N o M a r 文章编号:()基于G B 新旧规范塔器风载荷计算的研究许艳,孔惠,蒋旺,高龙(中石化上海工程有限公司,上海 ;北京石油化工学院,北京 ;中国寰球工程有限公司,北京 )摘要:以某一塔器为例,对比G B 新旧规范中对风载荷计算的不同;并以塔器直径DN为 mm,基本风压qo为 N/m,塔器自振周期T H,计算不同高度下塔器的顺风向风载荷,分析新旧规范下塔顶风载荷在不同地面粗糙度的情况,得到新版规范风载荷有不同程度的增大,增大趋势为B类A类C类D类,为设计人员在塔器风载荷计算时提供思路.关键词:风载荷;G B ;塔器中图分类号:T B 文献标志码:AD O I:/j c n k i i s s n 开放科学(资源服务)标识码:D i s c u s s i o no nW i n dL o a dC a l c u l a t i o no fT o w e rB a s e do nG B O l da n dN e wS p e c i f i c a t i o n sXUY a n,KONG H u i,J I ANG W a n g,GAOL o n g(S I NO P E CS h a n g h a iE n g i n e e r i n gC o,L t d,S h a n g h a i ,C h i n a;B e i j i n gI n s t i t u t eo fP e t r o c h e m i c a lT e c h n o l o g y,B e i j i n g ,C h i n a;C h i n aH u a n q i uC o n t r a c t i n g&E n g i n e e r i n gC o,L t d,B e i j i n g ,C h i n a)A b s t r a c t:T a k i n ga t o w e ra sa ne x a m p l e,t h ed i f f e r e n c eo fw i n dl o a dc a l c u l a t i o nb e t w e e nt h en e wa n do l dG B i sc o m p a r e d;T a k i n gt h et o w e rd i a m e t e ra sD N mm,t h eb a s i cw i n dp r e s s u r eqoa s N/m,a n d t h en a t u r a l v i b r a t i o np e r i o do f t h e t o w e r a sT H,t h ew i n dl o a do f t h e t o w e ra td i f f e r e n th e i g h t s i sc a l c u l a t e d T h ew i n dl o a do nt h et o po f t h et o w e ru n d e rt h en e wa n do l dc o d e sa td i f f e r e n tg r o u n dr o u g h n e s s i sa n a l y z e d T h e r e s u l t s h o w s t h a t t h ew i n dl o a d i nt h en e wc o d eh a s i n c r e a s e dt ov a r y i n gd e g r e e s,a n dt h e i n c r e a s i n gt r e n d i sC l a s sBC l a s sAC l a s sCC l a s sD,w h i c hp r o v i d e s i d e a sf o rd e s i g n e r sw h e nc a l c u l a t i n gt h ew i n dl o a do f t h et o w e r K e yw o r d s:w i n d l o a d;G B ;t o w e r随着我国工业技术水平的提高,塔式容器高径比也越来越大,风载荷计算的可靠性就显得尤为重要 .塔式容器在风力作用下,有顺风力、横风力以及扭力矩作用在表面.根据N B/T 塔式容器 的规定,塔式容器在进行风载荷校核时要对顺风向风载荷进行计算;当高径比H/D 且H m时,还应计算横风向风振,并且给出了自支承式塔式容器横风向共振时塔顶振幅和风弯矩的计算方法.但该规范风载荷的计算是基于G B 建筑结构载荷规范(年版)的(以下简称 旧规范),我国在 年 月已经开始正式实施G B 版本(以下简称 新规范).笔者分析了G B 新旧规范下塔式容器风载计算的不同之处,对某塔式容器进行计算说明,并通过对不同高度塔顶单位顺风向风载荷在不同地面粗糙度的情况进行对比分析.G B 新旧规范对塔器风载计算的对比 新规范 在风载计算部分进行了较大的修改,不同程度的降低了风压高度系数,引用了国际上通用的背景响应因子和共振响应因子的形式计算风振系数,并调整部分参数的取值,但基本计算理论依然是第一振型等效惯性风荷载法 .此外,在校核共振组合弯矩时由 旧规范 的组合风弯矩改为采用种工况来计算校核.顺风向风载荷计算对比根据N B/T 第 节顺风向风载荷计算式为:PiKKiqfiliDe i ()式中:Pi为塔式容器各计算段的水平风力,N;K为体型系数,取值为 ;Ki为塔式容器各计算段的风振系数,当塔高H m时取 ,当H m时,按Kiiz ifi计算,其中:fi为风压高度变化系数,取计算各段顶截面的高度;为脉动增大系数;i为脉动影响系数;Z i为振型系数;q为基本风压值,且不小于 N/m;li为第i段计算长度.G B 新旧规范在顺风向风载荷计算部分的风压高度变化系数及风振系数有了不同程度的修改,现将两版规范变化对比如下.风压高度变化系数fi对比 G B 新旧规范都规定了地面粗糙度A、B、C、D的截断高度分别为、m,计算式对比结果如表所示,其中Z为距地面高度.表G B 新旧规范风压系数公式对比T a b l eC o m p a r i s o no fW i n dP r e s s u r eC o e f f i c i e n tF o r m u l a sb e t w e e nN e wa n dO l dG B 地面类型 旧规范 新规范公式最小值公式最小值AfAi Z()fAi Z()BfBi Z()fBi Z()CfCi Z()fCi Z()DfDi Z()fDi Z()由表中可以看出,A、C、D的风压高度系数分别减小了 、以及 ,地面粗糙度类型为B类的风压高度变化系数随着高度变化呈指数减小,在 m内减小了 .风振系数计算方法对比 旧规范 在计算风振系数时除了需要风压高度变化系数,还需要查取脉动增大系数、脉动影响系数以及振型系数,各系数取值可在N B/T 的表 表 中查取;在 新规范 中风振系数涉及峰值因子、m高度名义湍流强度、脉动风载荷的共振分量因子和背景分量因子,其中峰值因子取值为 ,脉动风载荷的共振分量因子和背景分量因子可以根 据G B 中 式 、以及表 计算查取求得,在此不再赘述.在新旧规范中,振型系数在个版本中数值大小没有改变;地面粗糙度指数对 m高度名义湍流强度和脉动影响系数都有影响,这个数值略有变化,如表所示.表G B 新旧规范地面粗糙度指数对比T a b l eC o m p a r i s o no fG r o u n dR o u g h n e s sI n d e x e sb e t w e e nN e wa n dO l dG B 版本ABCD 旧规范 新规范 根据邓洪洲等的研究得出,新旧规范在风振系数的参数表达式是等价的,但需要注意取值上的不同.横风向风载荷计算对比在实际工程中,也能观测到塔式容器产生横向风振的情况,新旧规范在这部分不同之处主要是横向风弯矩的校核不同.旧规范 在校核横风向风载荷的计算式为:SSCSA()式中:S为荷载效应组合设计值;SC为横风向风荷载效应;SA为顺风向风荷载效应.新规范 中考虑到种风荷载组合工况,结果如表所示.表G B 风荷载组合工况T a b l eG B W i n dL o a dC o m b i n a t i o nC o n d i t i o n s 工况 顺风向风载荷横风向风振等效风载荷 扭转风振等效风载荷FD K FD KFL KTT K注:FD K为顺风向单位高度风力规范值;FL K为横风向单位高度风力规范值;TT K为单位高度风致扭矩规范值.基于G B 新旧规范塔器风载计算的示例现通过一个算例来对比两版规范的不同之处,北京石油化工学院学报 年第 卷工程条件:某一塔高高度H m,直径DN为 mm,壁厚为 mm,为了方便计算,假设本设备不承受偏心载荷,基本风压q为 N/m,地面粗糙度为B,塔器自振周期T s.为了方便计算,设定同一段所受风压值为定值,塔器分段简图如图所示.新旧规范顺风向风载荷计算对比G B 规范和N B/T 在计算顺风向风载荷都是一致的,为了对比的直观性和计算的方便性,在这里直接套用N B/T 中的计算公式.图塔器分段简图F i g D i a g r a mo fT o w e r 旧规范 计算的顺风向风载荷 旧规范 计算的顺风向风载荷分别如表表所示.表 旧规范 的顺风向风载荷计算T a b l eC a l c u l a t i o no fD o w n w i n dL o a d i nt h eO l dC o d e参数计算公式取值体型系数K选取 脉动增大系数选取 脉动影响系数i选取(按照G B 选取)振型系数z i选取表风压高度变化系数fifBi (Z)表各段风振系数KiKiiz ifi表基本风压q给定 N/m计算长度li给定表计算段有效直径Do为方便计算,只计算到筒体外径,给定 mm顺风向风载荷PiPiKKiqfiliDo 表II处风弯矩MIIWPiliPi(lili)Pi(lilili)表处风弯矩MIIWPlP(lil)P(lll)表表顺风向风载荷计算系数T a b l eC a l c u l a t i o nC o e f f i c i e n t o fD o w n w i n dL o a d段数计算长度li/mm 振型系数z i 风压高度变化系数fi 各段风振系数Ki 顺风向风载荷Pi/N 表各截面弯矩计算结果T a b l e B e n d i n gM o m e n tC a l c u l a t i o nR e s u l t s o fE a c hS e c t i o n截面风弯矩MI IW/(Nmm)新规范 计算的顺风向风载荷新旧规范对于风振系数的修改还是很大的,在此给出风振系数的计算,其他参数选用同 部分,计算及结果如表表所示.表新版规范的顺风向风载荷计算T a b l eC a l c u l a t i o no fD o w n w i n dL o a d i nt h eN e wC o d e参数计算公式取值峰值因子g选取 m高度名义湍流强度I 选取 阻尼比选取 地面粗糙度修正系数kw选取 结构第阶自振频率f/H zfT 系数 fkwq,共振分量因子RR()/相关系数x给定 相关系数zz H eH/H 系数k、选取 、背景