总结丨鞍座处圆筒及其加强圈上的周向压缩总应力

卧式容器筒体及鞍座的强度校核主要包括轴向应力、切向剪应力和周向压缩总应力等的校核。相对于前两者，周向压缩总应力不是那么直观，抽空梳理一下，我们最终的目的是搞清楚重叠式换热器的圆筒和鞍座要不要校核，哪些需要而哪些又不需要校核，为什么，怎么校核？

首先，介绍几篇文献。

[1] Zick L.P.Stress in Large Horizontal Cylindrical Pressures Vessels on two SaddleSupports. Welding Journal Res Suppl. 1971

[2] 丁伯民. 卧式容器设计系数K8的推导. 化工设备设计. 1984, (4)

[3] 高伟成. 对于“卧式容器设计系数K8的推导”的看法. 化工设备设计. 1984, (6)

[4] 刘建成. 也谈卧式容器设计系数K8的推导. 石油化工设备技术. 1985, (5)

[5] 丁柏民. ASME VIII压力容器规范分析. 北京: 化学工业出版社. 2014

周向压缩总应力，包括周向弯曲应力和周向压缩薄膜应力两部分。周向弯曲应力（沿厚度线性分布），由圆筒上的切向剪切应力所导致的周向弯矩M_β引起。周向压缩薄膜应力（沿厚度均匀分布），由切向剪切应力所导致的周向压缩力P_β或鞍座对圆筒的局部压缩引起，即周向压缩总应力和是否设置加强圈，及加强圈的位置有关。各作用力可按以下几种情况分别计算。

图1 鞍座中心处有加强圈圆筒上的作用力

一、圆筒在鞍座中心截面上设有加强圈

1.1 周向弯矩即图3中的Mφ，在φ=β处取得最大值。由此产生的周向弯曲应力由加强图和一定宽度（b1）的筒体承受，其中b1=min(b+1.56sqrt(Rm*t),2a)。

1.2 周向压缩力即图1中的P_β，可由图1或图3中各内力对圆筒中心取矩而导得。由此产生的周向压缩薄膜应力由加强圈截面积和有效承载宽度内的圆筒承受，该宽度为b+1.56sqrt(Rm*t)。

二、圆筒在鞍座中心截面上无加强圈，且不受封头加强

2.1 此种情形下的周向弯矩无法理论推导，通常仍按1.1计算，但偏安全。

2.2 周向压缩力按图4的切向剪切应力的分布，在α~φ范围内积分求得。图中仅有2α’范围为有效承载区。并认为鞍座和筒体接触面上无摩擦，图5中鞍座作用于筒体的反力q’指向圆心，即q‘不产生压缩应力。

如果加设垫板，周向压缩总应力可以有效承载范围内的垫板和筒体一起承受。

三、圆筒在鞍座中心截面上无加强圈，但受封头加强

3.1 此种情形下的周向弯矩也无法理论推导，也通常按1.1计算。

3.2 周向压缩力一般按图6中0~α和α~π范围内的积分之差求得，此种算法虽然没有充分的理论依据，但被广泛采用，并行之有效。

图6切向剪切应力分布

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