一种储罐用变截面混合型拱顶网壳的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种储罐用变截面混合型拱顶网壳，属于石化储运设备领域。
【背景技术】
[0002]随着能源需求的增加，成品油储备库呈现大型化、规模化，配套建设的拱顶罐或内浮顶罐的容积越来越大。借鉴于土木工程中广泛应用的网壳结构具有跨度大、受力合理等特点，大型成品油储罐开始采用拱顶网壳作为罐顶结构。目前国内较多采用的网壳结构为单层球面网壳，主要包括双向子午线型网壳、施威德勒型网壳、凯威特型网壳、联方型网壳以及短程线型网壳等，其中凯威特与联方混合型的网壳结构更为合理。拱顶网壳储罐用于储存成品油，应遵循“强罐弱顶”的设计原则，即使发生失效也要保证下部罐体的完好，不至于造成巨大的经济和安全损失。
[0003]然而，现有的储罐拱顶网壳结构一般采用截面尺寸相同的杆件，存在以下问题:
(I)实际上网壳各根杆件的受力并不均匀，若杆件截面尺寸全部相同，必然以承载最危险杆件的受力情况来确定杆件规格，而对于有些应力较小的杆件，无法充分发挥出材料的性能，材料利用率低，经济性差，对于大型的拱顶网壳储罐，这点尤为突出；(2)对于储罐拱顶网壳，所受固定荷载包括网壳杆件及蒙皮的重力荷载，这部分荷载会传递到下部罐体，而罐壁顶部的几圈钢板只有1mm左右，若荷载过大，会对下部罐体造成不利影响，无法体现拱顶网壳储罐“强罐弱顶”的设计原则。所以，在蒙皮规格确定的情况下，应尽可能降低网壳杆件的重力荷载，即减小杆件的规格。
[0004]
【发明内容】
[0005]本发明的目的是克服上述现有技术的不足之处，根据数值模拟分析结果，综合网壳杆件受力和整体稳定性情况，提出一种适用于大型储罐的变截面混合型拱顶网壳，在满足强度、刚度和稳定性要求的前提下，能有效节省材料，同时降低网壳顶传递给下部罐体的荷载以减小拱顶网壳储罐罐壁顶部结构的变形和应力，并且杆件易于辨识与归类，便于安装。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:一种储罐用变截面混合型拱顶网壳，包括Kn凯威特型网壳、围绕在Kn凯威特型网壳外围的联方型网壳、以及安装在联方型网壳外环的IiM1个支座短杆，其中K为凯威特型的代号，η表示沿环向分割的份数，M ,为Kn凯威特型网壳的环数。
[0007]进一步地，所述拱顶网壳中的杆件分为四个部分，第一部分为支座短杆；第二部分为Kn凯威特型网壳中的IiM1根主肋杆件和联方型网壳的最外圈环向杆件、Kn凯威特型网壳中最外圈的非环向杆件以及联方型网壳中的非环向杆件；第三部分为Kn凯威特型网壳与联方型网壳共有的环向杆件，以及联方型网壳内的其余环向杆件；第四部分为Kn凯威特型网壳中的剩余杆件；其中第一部分的杆件的截面尺寸、第二部分的杆件的截面尺寸、第四部分的杆件的截面尺寸、第三部分的杆件的截面尺寸依次减小，且所有杆件的高度一致。
[0008]进一步地，Kn凯威特型网壳环数M1占所述拱顶网壳总环数M的60%至80%，联方型网壳环数M2占拱顶网壳总环数M的20%至40%。
[0009]进一步地，所有网壳杆件采用焊接H型钢。
[0010]一种拱顶网壳的应用，将所述拱顶网壳应用于储罐；所述储罐包括拱顶网壳、罐壁、圈梁和钢蒙皮，拱顶网壳通过IiM1个支座短杆安装在圈梁上，圈梁安装在罐壁上，所述钢蒙皮铺设在拱顶网壳上。
[0011]与已有技术相比，本发明有益效果体现在:
1、本发明考虑到整体结构的受力情况，在保证结构具有足够强度、刚度和稳定性的前提下，能充分利用材料性能，从而节省材料向轻量化发展，保证了安全性与经济性；
2、本发明能降低从网壳顶传递给下部罐体的荷载，从而减小拱顶网壳储罐罐壁顶部结构的变形和应力，进一步体现了大型拱顶储罐“强罐弱顶”的设计理念；
3、本发明使网壳杆件易于辨识与归类，增加了现场安装的便利性。
【附图说明】
[0012]图1为本发明的总体结构示意图；
图2为本发明的局部结构示意图；
图3为本发明的杆件规格等级分布示意图；
图4为焊接H型钢截面图；
图5为杆件规格相同的拱顶网壳储罐有限元模型示意图；
图6为变截面拱顶网壳有限元模型示意图；
图7、图8分别是图6的1、II放大图；
图中标号:1.凯威特网壳、2.联方型网壳、3.支座短杆、4.主肋杆件、5.联方型网壳和与之相邻的凯威特型网壳区域、6.凯威特网壳与联方型网壳共有的环向杆件、7.联方型网壳内的其余环向杆件、8.网壳最外圈环向杆件。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0014]参见图1，一种储罐用的变截面混合型拱顶网壳结构是:包括Kn凯威特型网壳1、联方型网壳2以及支座短杆3，联方型网壳2位于Kn凯威特型网壳I的外围，支座短杆3安装在联方型网壳2的外环上，用于将拱顶网壳安装在罐壁及圈梁上。整个拱顶网壳结构共有M环，其中Kn凯威特型网壳I (K为凯威特型的代号，η表示沿环向分割的份数)占据了中部的札环，联方型网壳2占据了 M^(M=MAM2)0
[0015]如图2和图3所示，本发明储罐用变截面混合型拱顶网壳的所有杆件截面尺寸并不一致，根据网壳杆件受力及整体稳定性的情况，采用变截面的原则对杆件截面尺寸进行选取，将其分为①、②、③、④四个等级，其中①表示截面尺寸最大，具体如下:1^个支座短杆3不仅在受力上最差，还是连接网壳顶与下部罐体的纽带，为保证其安全，支座短杆3的截面尺寸取为最大，作为第一等级①，并以此为基准确定其他杆件规格(确定其他杆件的高度H) ;Kn凯威特型网壳中的IiM1根主肋杆件(4)和联方型网壳(2)的最外圈环向杆件(8)的应力较大，这些杆件截面取为第二等级②，同时考虑到网壳发生失稳一般从Kn凯威特型网壳I与联方型网壳2的结合部开始，而环向杆件的应力较小，因此将区域5内的所有非环向杆件(即Kn凯威特型网壳中最外圈的非环向杆件以及联方型网壳(2)中的非环向杆件)的规格取为第二等级②，以保证该区域具有足够刚度；由区域5向内的其余凯威特网壳的杆件受力较为均匀，作为第三等级