PV塔器开孔补强和零部件开孔补强的区别
问题提出
PVElite中计算开孔补强可以在塔器模型中输入,也可以单独建一节筒体,然后再计算开孔补强,(即塔器的开孔补强和容器的开孔补强)这两种有什么区别呢?
在GB中一般不考虑两者的区别,在PVElite计算某个模型的时候,却发生了很奇怪的现象。
1. 整体塔模型输入正压,零部件模型输入正压,运行,两者开孔补强计算结果一样。
2. 整体塔模型输入负压,零部件模型输入负压,运行,两者开孔补强计算结果一样。
3. 整体塔模型输入正/负压,零部件模型输入正/负压,运行,两者开孔补强计算结果不一样。
问题产生的原因
为什么会出现这样奇葩的结果,仔细核对了一下两者的计算书:
当作为零部件模型输入正/负压时,计算结果如下:

当作为整体塔模型输入正/负压,计算结果如下:

为何Ar和A1会不一样?查询一下整体模型的筒体计算可以发现如下的算式:

所以问题产生的原因如下:
零部件模型中内压所需筒体厚度为5.18mm, 所需要面积为2548.167;整体模型中由于塔弯矩作用,塔的最小厚度需要19.5*0.43333=8.45mm。所以所需面积按比例增大:2548.167*(8.45/5.18)=4156.7mm2
零部件模型壳体剩余厚度为19.5-5.18=14.32,壳体提供面积为7044.06;整体模型壳体剩余厚度为19.5-8.45=11.05,壳体提供剩余面积=7044.06/14.32*11.05=5435.53mm2
这样就与前面的计算书的数据全部对起来了。
也就是说:PVElite在正负压同时作用时考虑了风和地震弯矩对开孔补强的影响。
问题的解决
但是为何只有正负压同时作用的时候,才考虑风和地震弯矩对开孔补强的影响?如果需要考虑,那么内外压单独作用时也应该考虑。
注:
整体模型单独输入负压:轴向应力比率0.433. 但是正压补强不计算NA。
整体模型单独输入正压: 轴向应力比率0.4215,但是正压补强不计算塔弯矩作用。
在鹰图赵工的帮助下,找到了原因所在:
Consider External Loads for Nozzle Tr勾选与不勾选时,在正负压同时作用时会使计算结果不一样。

Consider External Loads for Nozzle Tr
Select to calculate the nozzle area of replacement requirements using the required thickness of the shell. This value, tr, is critical in the ASME code. The software determines the maximum thickness based on the highest stress ratio and uses that value if it governs over the required thickness based on internal or external pressure. There are cases where pressure requirements do not govern the value of tr. This can occur when a nozzle is located near the bottom of a tall vertical vessel. If there is a high wind load or seismic load on the structure, bending stress can govern the required thickness of the shell section. If this is the case, then the value of tr (per UG-22 Div. 1) should be based on the controlling factor.
勾选上是保守的算法,如果不考虑轴向力对开孔补强的影响,此处可以不勾选。
但是只考虑内压,或者外压时,这一项够不够选,对结果没有影响,此处软件还是需要修正一下。
扩展
轴向力的所需厚度参与接管的开孔补强计算,是否合理。
我记得原先看过一篇论文,《塔器受倾覆力矩作用的开孔补强设计》。

文章对塔器的开孔补强,特别是细高塔的下部接管开孔补强计算提出了质疑。


作者试算了一个案例,对于一台细高塔,环向应力和轴向应力的值相差非常大。

最后作者的结论

作者结论是应该考虑塔的轴向力对于接管开孔补强的影响。
而实际情况是,几乎没有公司这样考虑,如果不是PVElite有这么个选项被莫名打开了(默认情况下是关闭的),几乎不会注意到轴向力对于开孔补强的影响。
那么到底应不应该考虑呢。我个人觉得,不考虑也是有其道理:
塔的弯矩产生的轴向力,和内压产生的还是有些不一样。内压产生的应力在整个截面上是均匀的。弯矩的正应力在整个截面上分布是半圈受压半圈受压线型变化的,将正应力完全放在认为在管口处是非常保守的考虑。
弯矩产生的正应力主要抵抗措施应该是整圈塔截面的抗弯模量是否足够。

对于σ3来说,补偿σ3应该从接管和筒体的抗弯模量方面考虑。而不是从内压开孔补强考虑。从抗弯模量考虑,基本不会对筒体产生影响。也就是σ3相当于已经考虑过一遍了。开孔补强不用再重复考虑σ3的影响。
例如:对于裙座上的进出口,主要受弯曲正应力作用。由于没有内压,是不是就不需要进行补强呢?

规范要求要将缺失的抗弯模量给补回来。


缺多少,补多少。不过已经补的不是内压了,而是抗弯模量。
所以一个补的是面积,一个补的是抗弯模量。类似于内压补的是面积,外压补的是抗弯模量。不能都用内压补强公式来计算。

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