水泥罐抗倾覆验算教学提纲.doc

水泥罐抗倾覆验算

精品资料

混凝土搅拌站水泥罐
抗倾覆验算计算书

复核：

计算：

日期：2015年4月15日

一、工程概况
根据本工程的砼需求量和拌和站的设计要求，设置JＳ1000型搅拌站２台、HZS90P搅拌站1台。每个JS1000型搅拌站设置水泥储存罐2个，HZS90P搅拌站设置水泥储存罐4个。为了保证拌和站能正常安全使用，现在将水泥罐的抗倾覆性进行受力验算。
二、各项参数
水泥储存罐各项参数：直径3m，高12.5m，自重3.8T；满罐时水泥重100t。立柱采用4根Φ220×6、壁厚10mm无缝钢管与基础连接，JS1000型搅拌站水泥储存罐立柱高5.7m，HZS90P型搅拌站水泥储存罐立柱高6.3m。
水泥储存罐基础参数：
JS1000型：长3.6m，宽3.6m，埋深2.5m，采用整体式C30基础
HZS90P型：长14m，宽3.6m，埋深2m，采用整体式C30基础
拌和站示意图如下：

（图1）
三、计算说明：
1、由于水泥储存罐建在高处，所以没有发生意外碰撞的可能，计算时不考虑外界碰撞；水泥储存罐基础在浇筑时，已经对基底标高，顶面标高，预埋钢板标高经过严格控制，高差都控制在±1cm内，所以对水泥储存罐自身倾斜带来的水平分力忽略不计。计算时主要考虑风对罐体的影响。
2、计算时均按最不利因素考虑，风力采用当地极少见的10级风(风速28.4m/s)，有效的受风面按（图1）所示分别计算。2个或4个罐按连接体计算，对罐与罐之间的空隙不再折减。但立柱受的风压不考虑。
3、计算时主要考虑三个方面的安全性：
1）验算基底承载力够不够；
2）验算从罐体到基础作为整体时的抗倾覆性；
3）验算罐体立柱与基础连接处的安全性。
四、计算过程
1、1个罐
基地承载力：
取最不利因素1个罐水泥全满时计算罐体和基础总重
F重=M•10
=(3.8×1+100×1+3.6×3.6×2.5×2.4) ×10=1815.6KN
基底面积A=3.6×3.6=12.96m2
基底应力δ= F重/A=1815.6/12.96=140.093KPa<(实测)
说明基底承载力满足需要。
结构整体的抗倾覆性
取最不利因素为1个罐全为空罐时计算。
风荷载强度W=K1•K2•K3•W0
式中：K1为风载体形系数，查表得K1=0.8；
K2为风压高度变化系数，查表得K2=1.0；
K3为地形、地理变化系数，按一般平坦空旷地区取K3=1.0；
W0为基本风压值；
基本风压值W0=（γ•ν2）/2q
式中：γ为空气重度，取标准大气压下，常温为15℃时的空气重度12.255N/m3。
q为重力加速度，取9.8m/s2
W0=（12.255×28.42）/（2×9.8）=0.504KPa
W= K1•K2•K3•W0=0.8×1.0×1.0×0.504=0.403KPa
罐体有效受风面积A=12.5×3=37.5㎡
罐体所受的风力F风= W•A=37.5×0.403=15.113KN
空罐体和基础总重
G=（3.8×1+3.6×3.6×2.5×2.4）×10= 815.6KN
风力作用高度：
H=5.7m+12.5m/2=11.95m
风力产生的力矩
M风=F风×H=15.113×11.95=180.6KN
重力作用的力矩：
按照最不利因素考虑，重力作用在水泥储存罐支腿的一个面上，则D=2.12m
重力产生的力矩
M重=G×D=815.6×2.12=1729.072 KN•m
M风<M重：说明十级风产生的力不足以使整个结构倾覆。
2、2个罐
基地承载力：
取最不利因素2个罐水泥全满时计算罐体和基础总重
F重=M•10
=(3.8×2+100×2+6.9×3.6×2.5×2.4)×10=3566.4KN
基底面积A=6.9×3.6=24.84m2
基底应力δ= F重/A=143.575KPa<(实测)
说明基底承载力满足需要。
结构整体的抗倾覆性
取最不利因素为2个罐全为空罐时计算。
风荷载强度W=K1•K2•K3•W0
W0=（12.255×28.42）/（2×9.8）=0.504KPa
W=K1•K2•K3•W0=0.8×1.0×1.0×0.504=0.403KPa
罐体有效受风面积A=12.5×6.3=78.75㎡
罐体所受的风力F风=78.75×0.403=31.736KN
空罐体和基础总重
G=（3.8×2+6.9×3.6×2.5×2.4）×10= 1566.4KN
风力作用高度：
H=5.7m+12.5/2=11.95m
风力产生的力矩
M风=F风×H=31.736×11.95=379.245KN
重力作用的力矩：
按照最不利因素考虑，重力作用在水泥储存罐支腿的一个面上，则D=2.12m
重力产生的力矩
M重=G×D=1566.4×2.12=3320.768KN
M风<M重：说明十级风产生的力不足以使整个结构倾覆。
3、4个罐
基地承载力：
取最不利因素4个罐水泥全满时计算罐体和基础总重
F重=M•10
=(3.8×4+100×4+14×3.6×2×2.4) ×10=6571.2 KN
基底面积A=14×3.6=50.4 m2
基底应力δ= F重/A=130.381 KPa<(实测)
说明基底承载力满足需要。
结构整体的抗倾覆性
取最不利因素为4个罐全为空罐时计算。
风荷载强度W=K1•K2•K3•W0
W0=（12.255×28.42）/（2×9.8）=0.504KPa
W=K1•K2•K3•W0=0.8×1.0×1.0×0.504=0.403KPa
罐体有效受风面积A=12.5×13=162.5㎡
罐体所受的风力F风=162.5×0.403=65.488 KN
空罐体和基础总重
G=（3.8×4+14×3.6×2×2.4）×10= 2571.2KN
风力作用高度：
H=6.3m+12.5m/2=12.55m
风力产生的力矩
M风=F风×H=65.488×12.55=821.874KN.m
重力作用的力矩：
按照最不利因素考虑，重力作用在水泥储存罐支腿的一个面上，则D=2.12m
重力产生的力矩
M重=G×D=2571.2×2.12=5450.944KN.m
M风<M重：说明十级风产生的力不足以使整个结构倾覆。
五、结论
综上所述，水泥储存罐基础在10级风+罐体空载作用下安全可靠，符合抗倾覆安全系数。

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