一种具有斜拉装置的常压容器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种具有斜拉装置的常压容器，包括容器主体和设置在容器主体内的n个斜拉装置。容器主体包括底板、内胆、外壳、顶板和n根支撑立柱，内胆焊接连接在底板上，且外壳将内胆包覆，顶板从上方连接，n根支撑立柱均铅垂设置在内胆与外壳之间，同侧的支撑立柱等间距设置。每个斜拉装置对应1根支撑立柱，斜拉装置包括斜压梁、1至25根斜拉杆和连接板；斜压梁的斜上端与内胆顶端边缘固定连接、斜下端与底板固定连接；斜压梁与相应的支撑立柱、底板呈直角三角形状连接；连接板与底板通过加强板垂直固定连接，连接板与斜压梁的斜下端固定连接；所有斜拉杆的斜上端分别与内胆固定连接，所有斜拉杆的斜下端分别与连接板固定连接。
【专利说明】—种具有斜拉装置的常压容器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种只受液体自重的常压容器，特别涉及一种体积大于等于20立方米且高度大于等于1.8米的常压容器，该常压容器用于贮存水、啤酒等液体，属于日常生活设备领域。
【背景技术】
[0002]目前国内的只受液体自重的常压容器，其水平剖面为圆型、矩形或多边形，随着生活发展的要求，用液量的增加，常压容器向大的方向发展，但是越大刚性就越差，为了增加刚性、减少重量，就采用了水平拉杆。目前国内技术具有代表性的是无锡市鑫源盛不锈钢水箱有限公司生产的不锈钢拼装水箱，其内部采用水平拉杆，水平拉杆的应用，解决了一部份对刚度的要求，但随着容器的进一步扩大，水平拉杆不仅自身有自重刚度问题，而且由于水平拉杆多了，影响了内部的可活动空间，经常出现横向竖向多层，造成内部设备安排困难，清理卫生更是困难。
[0003]我们也注意到国内的斜拉桥技术，斜拉桥技术有效的解决了桥的大跨度问题，近数十年得到了广泛的应用，但没有见到应用到大跨度容器上，且斜拉桥技术存在以下缺点:在结构上，其一侧的斜拉杆平行或接近平行于压梁，由于不会交于一点，则斜拉杆使压梁受力为受弯、受压、受剪，这样就需要按弯、压、剪复合许可条件设计；另外斜拉桥的结构尺寸太大，占用空间较大。
【发明内容】
[0004]本实用新型要解决的技术问题是提供一种不仅刚度好而且内部可活动空间较大的具有斜拉装置的常压容器。
[0005]实现本实用新型目的的技术方案是提供一种具有斜拉装置的常压容器，包括容器主体和设置在容器主体内的η个斜拉装置，η为正整数。
[0006]容器主体包括底板、内胆、外壳、顶板，内胆从上方焊接连接在底板上，外壳的形状与内胆的形状对应，外壳位于底板的上方，且外壳将内胆包覆，且外壳与内胆之间存在间隙。顶板设置在内胆、外壳的上方。
[0007]容器主体还包括上顶横梁件和数量与斜拉装置的数量一致的支撑立柱。η根支撑立柱均铅垂设置在内胆与外壳之间的空间内，同侧的支撑立柱等间距设置，且支撑立柱与内胆、外壳均固定连接。上顶横梁件是由矩形管焊接而成的一体件，上顶横梁件的外周形状与内胆的内部空间的横截面的大小对应，上顶横梁件的周向边缘设有η个上顶横梁。上顶横梁件焊接在顶板的下端面上，且位于内胆内。上顶横梁件的各上顶横梁分别与相应的支撑立柱处于同一铅垂平面内。支撑立柱、内胆均与顶板固定连接。
[0008]每个斜拉装置包括斜压梁、I至25根斜拉杆、连接板和底部加强板。每个斜拉装置对应I根支撑立柱。斜压梁的斜上端与内胆的内侧顶端边缘固定连接，斜压梁的斜上端还与上顶横梁件的相应的上顶横梁固定连接，底部加强板固定连接在容器主体的底板上，斜压梁的斜下端与底部加强板固定连接，且斜压梁与相应I根支撑立柱处于同一铅垂平面内，斜压梁的轴线与支撑立柱的轴线相交，从而斜压梁与相应的支撑立柱、底板呈直角三角形状连接。连接板与底部加强板垂直固定连接，连接板的轴线与相应的支撑立柱相交，且连接板与斜压梁的斜下端固定连接。所有斜拉杆的斜上端分别与内胆固定连接，所有斜拉杆的斜下端分别与连接板固定连接，则所有斜拉杆分上下设置在斜压梁与底板之间，所有斜拉杆的轴线在同一平面内，所有斜拉杆的轴线交汇于斜压梁的轴线与底板的厚度方向的中心线的交点处。
[0009]容器主体的内胆采用内胆钢板焊接制成，每块内胆钢板包括板主体和垂直连接在板主体的周向边缘同侧的翻边，相邻的内胆钢板由各自的翻边紧靠在一起并将翻边焊接连接，从而制成上下贯通的内胆。
[0010]底部加强板焊接在容器主体的底板上，底部加强板的中央轴线与相应的支撑立柱相交。连接板垂直焊接在底部加强板上并平分底部加强板，且位于底部加强板的上部中央。支撑立柱是矩形管。
[0011]斜压梁是一根矩形管，斜压梁的两端中部沿轴向均设有开口。斜拉杆采用钢板制成，斜拉杆的两端中部沿轴向均设有开口。连接板包括主板部和连接在主板部下侧内端的凸部，主板部呈直角梯形状、凸部呈平行四边形状，主板部的斜边与凸部的一边平行切合。主板部的斜边与斜拉装置的斜压梁的轴线平行。
[0012]斜压梁的斜下端由其开口插入连接板的凸部至斜压梁的下端抵至底部加强板上，斜压梁的斜下端侧面与连接板的主板部的斜边切合，且斜压梁与底部加强板、连接板均焊接连接。斜压梁的斜上端由其开口处插入容器主体的内胆处的翻边并焊接连接。所有斜拉杆的斜上端由其开口处插入容器主体的内胆处的翻边并焊接连接,所有斜拉杆的斜下端由其开口处插入连接板的主板部并焊接连接。连接板与斜压梁、斜拉杆、底部加强板之间均焊接连接。
[0013]上顶横梁的外侧边缘呈楔形，楔形的夹角为αι。
[0014]斜拉装置的斜压梁的两端呈楔形，其上端的楔形的夹角为α2，下端的楔形的夹角为alt)斜压梁与底板的夹角为a i，斜压梁与相应的支撑立柱的夹角为α2。斜拉杆的斜上端呈楔形。斜压梁的斜上端与上顶横梁件的相应的上顶横梁的边缘平整切合，斜压梁的斜下端与底部加强板的上端面平整切合。斜压梁的斜上端、所有斜拉杆的斜上端均与内胆平整切合。
[0015]斜拉装置还包括第一上加强板和第二上加强板。
[0016]第一上加强板通过焊接的方式连接在斜压梁的斜上端与上顶横梁件的相应的上顶横梁之间。第二上加强板通过焊接的方式连接在斜压梁的斜上端与内胆的相应的翻边之间。
[0017]容器主体呈长方体壳形。容器主体还包括4根边角立柱和4m+mn根水平横梁，m为整数，I < m < 20。支撑立柱和边角立柱是矩形管。
[0018]η根支撑立柱和4根边角立柱均铅垂设置在内胆与外壳之间的空间内。4根边角立柱分别设置在内胆与外壳之间的空间的四个角处。水平横梁分成4+η组每组m根，每组的m根水平衡梁设置在对应的支撑立柱和边角立柱之间或相邻的2根支撑立柱之间，m根水平衡梁上下间隔分布、间隔距离通过考虑斜拉装置的载荷的三角形分布来确定，且所有水平横梁均位于外壳与内胆之间的空间内，水平横梁与支撑立柱或边角立柱焊接连接，水平横梁与内胆的外壁分段点焊连接，支撑立柱、边角立柱均与内胆的外壁分段点焊连接，夕卜壳通过螺钉与所有支撑立柱、边角立柱、水平横梁固定连接。每根支撑立柱在对应设有斜拉杆的位置与内胆的外壁焊接。顶板与水平衡梁焊接连接。
[0019]容器主体的横截面呈包括圆形在内的正多边形，上述正多边形的边数为偶数、且边数大于5。容器主体还包括mn根水平横梁，m为整数，I彡m彡20。
[0020]水平横梁分成η组每组m根，每组的m根水平衡梁设置在相邻的2根支撑立柱之间，m根水平衡梁上下间隔分布、间隔距离通过考虑斜拉装置的载荷的三角形分布来确定，所有水平横梁均位于外壳与内胆之间的空间内，水平横梁与支撑立柱焊接连接，水平横梁与内胆的外壁分段点焊连接，支撑立柱、边角立柱均与内胆的外壁分段点焊连接，外壳通过螺钉与所有支撑立柱、边角立柱、水平横梁固定连接。每根支撑立柱在对应设有斜拉杆的位置与内胆的外壁焊接。外壳通过螺钉与所有支撑立柱、水平横梁固定连接。顶板与水平衡梁焊接连接。
[0021]同侧相邻的2根支撑立柱15-1之间的距离为20cm至400cm。斜拉装置的位于最下方的斜拉杆与底板的最小距离为14cm,位于最上方的斜拉杆与顶板的最小距离为30cm。位于最下方的斜拉杆的轴线与相应的支撑立柱的轴线的夹角的取值范围为25°至85°。
[0022]斜拉装置的斜拉杆的使用数量、每根斜拉杆的截面积以及斜压梁的惯性矩通过迭代计算法经过2至3次迭代计算得出，各斜拉杆的分布位置按照斜拉装置的三角形的载荷确定。
[0023]本实用新型具有积极的效果:(1)本实用新型的具有斜拉装置的常压容器由于采用了斜拉装置，液体水平方向的压力部分通过斜拉装置，在力的平衡原理下转化成底板和上顶横梁件的拉力，首先水平方向的压力由支撑立柱、水平横梁、内胆承受，并部分传给所有斜拉杆，再由斜拉杆通过连接板和底部加强板传给斜压梁和底板；由于斜压梁的压力、底板的水平拉力，所有斜拉杆的拉力组成了一个平衡力系；上顶交点处由上顶横梁的拉力、斜压梁的压力以及支撑立柱、内胆的翻边所承受垂直方向的力来实现力的平衡；这样对于大跨度的容器就避免了通过长的水平拉杆去实现力的平衡，对于特别大的跨度的容器，斜拉装置的应用不仅大大提高了容器的刚度降低了总体应力，大幅增加了整体结构的总体水平方向刚度，从而减少了变形。
[0024](2)本实用新型的具有斜拉装置的常压容器与直拉式容器相比，大幅增加了内部可活动空间，节省了材料。而且相对于跨度大的容器，比直拉式容器节省材料，水平跨度越大节省材料越多。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本实用新型的具有斜拉装置的常压容器的一种结构示意图(半剖)；
[0026]图2为图1的俯视图(半剖)；
[0027]图3为图1中的内胆的内胆钢板的放大结构示意图；
[0028]图4为图3的A-A面剖视图；
[0029]图5为图1中上顶横梁件的上顶横梁的放大结构示意图；
[0030]图6为图1中斜拉装置部分的局部放大结构示意图；[0031 ] 图7为图6的俯视半剖图；
[0032]图8为图6的B部放大图；
[0033]图9为图8中的连接板的示意图；
[0034]图10为实施例1的斜拉装置的力学模型图；
[0035]图11为实施例1斜拉装置的压力沿高度方向的分布图；
[0036]图12为支撑立柱的刚度计算的示意图；
[0037]图13为实施例2的斜拉装置的力学模型图；
[0038]图14为实施例2斜拉装置的压力沿高度方向的分布图。
[0039]上述附图中的标记如下:
[0040]容器主体1，底板11，排污口 11-1，内胆12，内胆钢板12-1，板主体12-2，翻边12-3，外壳13，第二管口 13-1，第三管口 13-2，第四管口 13-3，顶板14，人孔14-1，第一管口
14-2，支撑立柱15-1，边角立柱15-2，水平横梁16，上顶横梁件17，上顶横梁17_1，人梯18；
[0041]斜拉装置2，斜压梁21，斜拉杆22，第一斜拉杆22_1，第二斜拉杆22_2，连接板23，主板部23-1，凸部23-2，底部加强板24，第一上加强板25，第二上加强板26。
【具体实施方式】
[0042](实施例1)
[0043]见图1和图2，本实施例的具有斜拉装置的常压容器包括容器主体I和设置在容器主体I内的斜拉装置2，整个常压容器均采用不锈钢s304制成。
[0044]其中，容器主体I总体呈长方体壳形，其尺寸为:长X宽X高=6米X6米X3.2米，容器主体I包括底板11、内胆12、外壳13、顶板14、8根支撑立柱15_1、4根边角立柱
15-2、12X 4根水平横梁16、上顶横梁件17和人梯18。
[0045]底板11、内胆12、的钢板厚度δ均为3mm，顶板14的钢板厚度δ均为1.5mm,外壳13的钢板厚度δ为0.6mm。见图3和图4，内胆12采用多块内胆钢板12_1焊接制成，每块内胆钢板12-1包括板主体12-2和垂直连接在板主体12-2的周向边缘同侧的翻边12_3，相邻的内胆钢板12-1由各自的翻边12-3紧靠在一起，然后将翻边12-3焊接连接在一起，从而制成呈上下贯通的长方体壳形的内胆12。内胆12从上方焊接连接在底板11上；外壳13的形状与内胆12的形状对应，夕卜壳13位于底板11的上方,且外壳13将内胆12包覆,夕卜壳13与内胆12之间存在间隙，所述间隙的厚度与支撑立柱15-1的厚度一致。顶板14设置在内胆12、外壳13的上方；底板11上设有排污口 11-1，顶板14上设有第一管口 14_2和供人出入的人孔14-1，外壳13和内胆12上设有同时贯通外壳13和内胆12的第二管口 13_1、第三管口 13-2和第四管口 13-3。人梯18固定在外壳13、内胆12上与人孔14_1相对应的位置处，供工作人员攀爬。上顶横梁件17是由矩形管焊接而成呈井字形的一体件，上顶横梁件17的外周形状与内胆12的内部空间的横截面的大小对应，则上顶横梁件17的四侧边缘各有2根上顶横梁17-1，各侧的上顶横梁17-1将该侧在长度上三等分，本实施例中各侦_ 2根上顶横梁17-1之间的距离为2米；上顶横梁件17焊接在顶板14的下端面上；见图5，上顶横梁17-1的外侧边缘呈楔形，楔形的夹角为αι。见图2，支撑立柱15-1和边角立柱15-2是相同的矩形管，见图1和图2，8根支撑立柱15-1和4根边角立柱15_2均铅垂设置在内胆12与外壳13之间的空间内，且8根支撑立柱15-1分别与上顶横梁件17的四侧的相应一根上顶横梁17-1处于同一铅垂平面内，4根边角立柱15-2分别设置在内胆12与外壳13之间的空间的四个角处。水平横梁16分成12组每组4根，每组的4根水平衡梁16设置在对应的支撑立柱15-1和边角立柱15-2之间或相邻的2根支撑立柱15_1之间，4根上下间隔分布，所有水平横梁16均位于外壳13与内胆12之间的空间内，水平横梁16与支撑立柱15-1或边角立柱15-2焊接连接，从而水平横梁16、支撑立柱15-1以及边角立柱15-2连接成一个整体框架结构件，水平横梁16与内胆12的外壁分段点焊连接，支撑立柱15-1、边角立柱15-2均与内胆12的外壁分段点焊连接。外壳13通过螺钉与所有支撑立柱15-1、边角立柱15-2、水平横梁16固定连接。顶板14与内胆12、所有支撑立柱15_1、边角立柱15-2、水平横梁16均焊接连接。
[0046]仍见图1和图2，斜拉装置2的数量与支撑立柱15-1的数量一致，本实施例中为8个斜拉装置2，斜拉装置2包括斜压梁21、2根斜拉杆22、连接板23、底部加强板24、第一上加强板25和第二上加强板26。见图6，斜压梁21是一根方管，其两端呈楔形，其上端的楔形的夹角为α2，下端的楔形的夹角为αι。斜压梁21的两端中部沿轴向均设有开口。斜拉杆22采用钢板制成，本实施例的斜拉杆22分为第一斜拉杆22-1和第二斜拉杆22-2，2根斜拉杆22的两端中部沿轴向均设有开口，斜拉杆22的上端呈楔形。见图9，连接板23包括主板部23-1和连接在主板部23-1下侧内端的凸部23-2，主板部23_1呈直角梯形状、凸部23-2呈平行四边形状，主板部23-1的斜边与凸部23-1的一边平行切合。见图7和图8，底部加强板24焊接在容器主体I的底板11上，其轴线与相应的支撑立柱15-1相交。连接板23垂直焊接在底部加强板24上并平分底部加强板24，且位于底部加强板24的上部中央，连接板23的轴线与相应的支撑立柱15-1相交。斜压梁21的斜下端由其开口插入连接板23的凸部23-2至斜压梁21的下端抵至底部加强板24上，斜压梁21的斜下端侧面与连接板23的主板部23-)的斜边切合，且斜压梁21与底部加强板24、连接板23均焊接连接。斜压梁21的斜上端由其开口处插入容器主体I的内胆12处的翻边12-3并焊接连接，并与上顶横梁件17的相应的上顶横梁17-1的边缘切合，且斜压梁21的斜上端还与相应的上顶横梁17-1焊接连接。斜压梁21与底板11的夹角为a i，斜压梁21与相应的支撑立柱15_1的夹角为α2。第一斜拉杆22-1的斜上端由其开口处插入容器主体I的内胆12处的翻边12-3并焊接连接，第一斜拉杆22-1的斜下端由其开口处插入连接板23的主板部23-1中并焊接连接；第二斜拉杆22-2的的斜上端由其开口处插入容器主体I的内胆12处的翻边12-3并焊接连接，第二斜拉杆22-2的斜下端由其开口处插入连接板23的主板部23-1中并焊接连接，且第二斜拉杆22-2位于第一斜拉杆22-1的下方。斜压梁21的斜上端、所有斜拉杆22的斜上端均与内胆12平整切合。所有斜拉杆22的轴线在同一平面内并且交汇于斜压梁21的轴线与底板11的厚度方向的中心线的交点处，斜压梁21的轴线与支撑立柱15-1的轴线相交；连接板23与斜压梁21、斜拉杆22、底板11之间均焊接连接，这样连接板23把斜压梁21、所有斜拉杆22、底板11连接在一起。所有斜拉杆22与内胆12的翻边12_3焊接连接；斜压梁21与上顶横梁件17、第一上加强板25、第二上加强板26、内胆12均焊接连接；第一上加强板25与斜压梁21的斜上端、上顶横梁件17均焊接连接、第二上加强板26与斜压梁21的斜上端、内胆12的相应的翻边12-3均焊接连接。且支撑立柱15-1和边角立柱15_2之间或相邻的2根支撑立柱15-1之间的各组4根水平横梁16的上下分布间隔距离考虑斜拉装置2的载荷的三角形分布来确定，每根支撑立柱15-1在对应设有斜拉杆22的位置与内胆12的外壁必须焊接。
[0047]斜拉装置2的科学原理在于液体水平方向的压力部分通过斜拉装置2，在力的平衡原理下转化成底板11和上顶横梁件17的拉力，首先水平方向的压力由支撑立柱15-1、水平横梁16、内胆12承受，并部分传给所有斜拉杆22，再由第一斜拉杆22-1、第二斜拉杆22-2通过连接板23和底部加强板24传给斜压梁21和底板11 ;由于斜压梁21的压力、底板11的水平拉力，第一斜拉杆22-1、第二斜拉杆22-2的拉力组成了一个平衡力系；上顶交点处由上顶横梁17-1的拉力、斜压梁21的压力以及支撑立柱15-1、内胆12的翻边12_3所承受垂直方向的力来实现力的平衡；这样对于大跨度的容器就避免了通过长的水平拉杆去实现力的平衡，对于特别大的跨度的容器，斜拉装置2的应用不仅大大提高了容器的刚度降低了总体应力，而且增加了内部可活动空间，节省了材料。
[0048]本实施例中，同一侧的相邻的斜拉装置2间的距离H为2米，支撑立柱15-1采用规格为60X60X5 (mm)的方管，水平横梁16采用规格为60X60X5 (mm)的方管，上顶横梁件17采用规格为60X60X2.5 (mm)的方管。斜拉杆22采用厚度δ 3mm的钢带，第一斜拉杆22-1为BE、其截面积fE为3.6cm2,第二斜拉杆22_2为BD、其截面积fD为4.3cm2,斜压梁21采用规格为80X80X6的方管，连接板23和底部加强板24的厚度均为5mm，图10展示了斜拉装置2的结构的力学模型，验证本实施例的力学平衡过程和强度计算过程如下:
[0049]1.1、确定线载荷:
[0050]q=yHh..................................................................(I)
[0051]Y为比重,H为斜拉装置2的间距，h为容器的高度,本实施例中Y=0.001X9.8N/cm3, H=200cm, h=320cm，所以对于本实施例的斜拉装置2的沿高度的载荷分布见图11。
[0052]1.2、把分布的线载荷等效地移至节点A、E、D、C，所谓等效就是把线载荷分成几块(矩形和三角形，本图为五块)，按分块的重心位置，把每块的总载荷按杠杆比分到节点，而不附加产生弯矩，这样得到A、E、D、C各点X方向(即水平方向)的节点载荷:
[0053]AEE1 块载荷 Pxaeei=0.5X12X9.8X120X2=1440X9.8 (N),
[0054]由杠杆比 A 点得 1/3 X 1440 X 9.8=480X9.8(N)，E 点得 2/3 X 1440 X 9.8=960X9.8(N)；
[0055]EE1D1D 块载荷 PXEE1D1D=12X 110X9.8X2=1320X2X9.8 (N),
[0056]由杠杆比E 点得 1/2X 1320X9.8X2 = 1320X9.8 (N), D 点得1/2X1320X9.8X2=1320X9.8 (N);
[0057]E1D1D2 块载荷 Px E1D1D2=1/2X (23-12) X 110X9.8X2=605X2X9.8 (N),
[0058]由杠杆E 点得 1/3X605X9.8X2=403.34X9.8 (N), D 点得2/3X605X9.8X 2=806.68X9.8 (N)；
[0059]DD2C1C 块载荷 Px DD2C1C= 23X90X9.8X2=2070X2X9.8 (N),
[0060]由杠杆D 点得 1/2X 2070X9.8X2=2070X9.8 (N), C 点得1/2X2070X 9.8X 2=2070X9.8 (N)；
[0061]D2C1C2 块载荷 Px D2C1C2= 1/2X (32-23) X90X9.8X 2=405X 2X9.8 (N),
[0062]由杠杆t匕 D 点得 1/3 X 405 X 9.8 X 2 = 270 X 9.8 (N), C 点得2/3X405X9.8X2=540X9.8 (N)；
[0063]由上合计等效移动后:
[0064]A 点:Pm =480X9.8 (N),
[0065]E 点:Pxe=2683.4X9.8 (N),
[0066]D 点:Pro=4466.6X9.8 (N),
[0067]C 点:Pxc=2610X9.8 (N)，
[0068]P 总=0.SqniaxIiniax=0.5X64X320X9.8=10240X9.8 (N);
[0069]校核等效:
[0070]P 总，=ΣPxi= (480+2683.4+4466.6+2610) X9.8=10240X9.8 (N)
[0071]由上误差=0。
[0072]验证合力和各分力矩之和的差:
[0073]合力和各分力对C点取矩:
[0074]合力矩M 合=10240 X 320 X (1/3) X 9.8=1092267 X 9.8，
[0075]各分力矩之和M 合’ =480*320X9.8+2683.4X (320-120) X9.8+4466.6X(320-230) X9.8=1092274X9.8,
[0076]误差=7/1092274=6.4X10'
[0077]1.3、按刚度分配载荷法确定斜拉装置2的载荷，设i点的斜拉刚度为kn，没有斜拉杆22的结构的水平刚度为ki2，β i为i点的斜拉杆22与支撑立柱15-1的夹角，则该点的斜拉装置2的载荷分配系数为
[0078]IcFi= -~~—......................................(2)
sm.f/~ +
[0079]公式(I )、( 2)适用于具有斜拉装置2的矩形、圆形及其他正多边形容器，对于本实施例，则由刚度定义P=ku，当p=l时，则有Icil=IAi=EfiZli出为斜拉杆22的截面积，Ii为斜拉杆22的长度)，对于支撑立柱15-1则为梁元，则有Ki2= ，式中，a、b、L的尺寸如图
a b
12所示，E为常数，J为惯性矩(查表可得)。
[0080]把kn、Ki2代入公式(I )，则有
sin/f-
[0081]KFi=——^..............................................Cfi..(3)
[0082]本实施例中，对于D 点，则有 aD=90，bD=230，1D=183.57，L=320，fD=4.3, sin ^d=Sin^2=0.8716, J=55.92。
[0083]对于E 点 aE=120, bE=200, 1E=256.12，L=320, fE=3.6，sin β E= sin β !=0.624707，J=55.92。
[0084]把上面数据代入公式(3)，则得斜拉装置2的D点的载荷分配系数KFd=0.9938，E点的载荷分配系数KFe=0.9893。
[0085]1.4、由节点载荷平衡法求斜拉杆22及斜压梁21的内力:
[0086]Ndb=5092.8X9.8N，NEB=4249.4X9.8N，NBA=6502.8X9.8N，把上述数值代入平衡方程校验平衡，
[0087]考虑载荷按刚度分配的平衡方程为，在D点由SFX=O得
[0088]NDBsin β 2-PXD X KFd=O
[0089]则验证5092.8X0.8716-4466.6X0.9938 确实为 0，平衡。
[0090]在E点由SFX=O得
[0091]Nebsin β「PXE X KFe=O
[0092]则验证4249.4X0.62471-2683.7X0.9893 确实为 0，平衡。
[0093]由B 点的 SFY=O 得:
[0094]-NbaCos a 2+Nbecos β !+NbdCos β 2=0
[0095]则验证-6502.8X0.89435+4249.4X0.78088+5092.8X0.49028 确实为 0，平衡。
[0096]1.5、拉杆强度斜压梁稳定性校核
[0097]第二斜拉杆22-2，BD 杆的应力 6 =NBD/fD=5092.8X0.098/4.3=116Mpa，
[0098]【6】通过查询行业标准NB/T47003.1-2009钢制焊接常压容器或国标
w 'm
GB/150-2011钢制压力容器取137Mpa，强度剩余系数η= — =137/116=1.18 ；
σ
[0099]第一斜拉杆22-1，BE 杆的应力 6 = NBE/fE=4249.4X0.098/3.6=115.6Mpa，强度剩余系数 Π= =137/115.6=1.19,
G
[0100]斜压梁21的许用欧拉载荷为
Jwl X KT
[0101]【P】=^-2-.......................⑷
[0102]Hi1为支持系数，取9.87，
[0103]m2为安全系数，取3，
[0104]L’为斜压梁21的长度，取357.8，
[0105]J’ 为惯性矩，取 163.15，
[0106]E=2.1xlO6,
【P】
[0107]斜压梁21的强度剩余系数Π= — =8804/6502.8=1.35彡0.95，
[0108]本计算结果中，可见斜拉杆22及斜压梁21都有一定的强度余量，主要原因是考虑了不锈钢抗氯离子腐蚀要求，以及材料下偏差取余量=0.5mm。
[0109]本设计主要参考标准为:
[0110]NB/T47003.1-2009钢制焊接常压容器，
[0111]GB/150-2011钢制压力容器。
[0112]从以下计算实例可以看出结构是稳定可靠的，各节点是平衡的，且应力都在规范定的许可应力方位内，斜拉装置2能有效地增强结构的刚度，有效地传递水平方向的压力。
[0113]计算斜拉杆22的使用数量和各斜拉杆22的截面积，一般要经过2-3次迭代，计算得出，在初次设计时可假设fi=0.1-Scm2，常取0.8-4cm2例如取4cm--，由经验公式估算，
总载荷Xmt
斜拉杆22的根数X彡—[S.】—,m3为设计经验数据，m3=l.1-1.5，。如本案例，总载荷
=10240X9.8 (N), [ 6 】=137，m3=l.2，x= (10240X0.098X1.2)/ (137 X 4) =2.2，取 2 或 3都行。按照斜拉装置2的三角形的载荷确定各斜拉杆22的分布位置。
[0114](实施例2)
[0115]本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于:见图13，本实施例的各斜拉装置2包括4根斜拉杆22，除实施例1中的第一斜拉杆22-1和第二斜拉杆22-2外，还设有相当于BF杆的第三斜拉杆、相当于BG杆的第四斜拉杆，第三斜拉杆的斜上端由其开口处插入容器主体I的内胆12处的翻边12-3并焊接连接，第三斜拉杆的斜下端由其开口处插入连接板23的主板部23-1中并焊接连接，且第三斜拉杆位于第二斜拉杆22-2的下方，第三斜拉杆的斜上端距离底板11的垂直距离为140mm，第三斜拉杆与底板11的夹角为5° ;第四斜拉杆的斜上端距离支撑立柱15-1的上端的垂直距离为300mm ;第四斜拉杆的的斜上端由其开口处插入容器主体I的内胆12处的翻边12-3并焊接连接，第四斜拉杆的斜下端由其开口处插入连接板23的主板部23-1中并焊接连接，且第四斜拉杆位于第一斜拉杆22-1的上方，第四斜拉杆的斜上端距离支撑立柱15-1的上端的垂直距离为300mm。所有斜拉杆22的轴线在同一平面内并且与斜压梁21的轴线交汇于斜拉杆22的轴线与底板11的厚度方向的中心线的交点处，斜压梁21的轴线与支撑立柱15-1的轴线相交。
[0116]由上，AG的长度为30cm，FC的长度为14cm，杆BF的截面积fF=3cm2，杆BG的截面积fe=2 cm2，见图13和图14，把分布的线载荷等效地移至节点A、G、E、D、F、C，按分块的重心位置，把每块的总载荷按杠杆比分到节点，而不附加产生弯矩，这样得到A、G、E、D、F、C各点X方向(即水平方向)的节点载荷:
[0117]AGG1 块载荷 Pxaggi=0.5X6X9.8X 30=90X9.8 (N),
[0118]由杠杆比 A 点得 1/3X90X9.8=30X9.8 (N),G 点得 2/3X90X9.8=60X9.8 (N)；
[0119]GG1EE1 块载荷 PXGG1EE1=6X90X9.8=540X9.8 (N),
[0120]由杠杆比G 点得 270X9.8 (N)，E 点得 270X9.8 (N)；
[0121]63品块载荷卩5((；1咖2=1/2\18\9.8\90=810\9.8 (N),
[0122]由杠杆比G 点得 270X9.8 (N)，E 点得 540X9.8 (N)；
[0123]EE2D1D 块载荷 PXEE2D1D=24X9.8X110=2640X9.8 (N),
[0124]由杠杆比E 点得 1/2X 1320X9.8X2 = 1320X9.8 (N), D 点得1/2X1320X9.8X2=1320X9.8 (N);
[0125]E2D1D2块载荷PXE2D1D2=1/2X22X110X9.8X2=1210X9.8 (N),
[0126]由杠杆比E 点得 1/3X 1210X9.8=403.34X9.8 (N), D 点得2/3 X 1210 X 9.8=806.68 X 9.8 (N);
[0127]DD2F1F 块载荷 PXDD2F1F=46 X 76 X 9.8=3496 X 9.8 (N),
[0128]由杠杆比D 点得 1748X9.8 (N)，F 点得 1748X9.8 (N)；
[0129]D2F2F1 块载荷 Pm2F2F1=l/2X (61.2-46) X76X9.8=577.6X9.8 (N),
[0130]由杠杆比D 点得 1/3X 577.6X9.8 = 192.53X9.8= (N), F 点得2/3 X 577.6X9.8=385.07 X 9.8= (N);
[0131]FF2C1C 块载荷 Pxff2cic= 61.2 X 9.8 X 14=856.8 X 9.8 (N),
[0132]由杠杆比F 点得 428.4X9.8 (N)，C 点得 428.4X9.8 (N)；
[0133]F2C1C2 块载荷 Pxf2cic2= 1/2X2.8X14X9.8=19.6X9.8 (N),
[0134]由杠杆比 F 点得 1/3 X 19.6 X 9.8=6.533 X 9.8 (N)，C 点得 13.067 X 9.8 (N);
[0135]由上合计等效移动后得到A、G、E、D、F、C各点x方向(即水平方向)的节点载荷:
[0136]A 点:Pxai =30X9.8 (N)，
[0137]G 点:PXG= (60+270+270) X9.8=600X9.8 (N)
[0138]E 点:PXE =2533.33X9.8 (N),
[0139]D 点:Pro=4067.19X9.8 (N),
[0140]F 点:PXF=2568.633X9.8 (N)，
[0141]C 点:Pxc=441.67X9.8 (N)，
[0142]P 总=0.SqniaxIiniax=0.5X64X320X9.8=10240X9.8 (N);
[0143]校核等效:
[0144]P 总，=Σ Pxi= (30+600+2533.33+4067.19+2568.633+441.67) X 9.8=10240.22X9.8
(N)
[0145]误差=PS-P总’ =0.22X9.8 (N) ^ O,
[0146]由上校核是平衡的。
[0147]约束反力:ΡΧΑ2=3413.34X9.8Ν (总载的 1/3)，
[0148]Pffi=6826.66X9.8Ν (总载的 2/3)，
[0149]本实施例的斜拉装置2的载荷刚度分配系数如下表1:
点I外载 PxIsingiIcosgiIai Ibi Il IliIKFiIfi |j (查表得)
A 30X9.8_0.447177_0.89435_O / / /__/___
G 600X9.8_0.483033_0.875558_30_ 290 320 331.21 0.8044_2_ 55.92_
E 2533.33X9.8_0.624707_0.78088_ 120 200 320 256.12 0.9893_ 3.6 55.92_
P 4067.19X9.8_0.871602_0.490216_ 230 90_ 320 183.57 0.9938_ 4.3 55.92_
F 2568.633X9.8_0.99620_0.08717_ 306 14_ 320 160.61 0.86416_3.0 55.92_
C 441.67X9.8__1_O__IIII__/__I I_
[0150]表I
[0151]说明:在二次迭代计算中，如Λ KFi相差彡0.01，则为合格，轴力可不重复计算。
[0152]斜拉杆22的内力强度计算表如下表2:
[0153]
杆号杆截面积(cm2)许用应力【6】(查表得)应力6 (Mpa) 强度剩余
内力說=:----- (N)
通Pi
BG_991.19X9.8_2_137_49_2^8_
BE ' 4011.84X9.8^ 3.6137109.2' 1.25
BD ' 4637.4X9.8^ 4.3137105.68' 1.3
BF ' 2228.17X9.8— 3.013772.78' 1.88
[0154]表2
[0155]斜压梁21即AB由B点的y方向平衡方程得:
4
[0156]0-89435 ^Njb +，,N1as =O ,求得
I
[0157]NAB=- (999.19X9.8X0.87558+4011.84X0.78088X9.8+4637.4X9.8X0.490216+2228.17X9.8X0.08717) /0.89435=-7240X9.8 (N),
[0158]而斜压梁21的许用欧拉载荷为? , IB1XfiT 9^7x2.1xlOs x]63.15 一，丄上、"、，
[0159][P]==-3x357s2-= S804.8x9.8Af , m1>m2>J 均查机械设计
【P】
手册中的相关表得到，则斜压梁21的强度剩余系数H= 7 =8804/7240=1.22彡0.95，斜
押Jtrf
拉梁21的强度满足强度需求。
[0160]综上所述，本实用新型的斜拉装置2的结构是稳定可靠的，力是平衡的，各组件的强度满足强度要求。
[0161](实施例3)
[0162]本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于:容器主体I的横截面呈包括圆形在内的正多边形，所述正多边形的边数为偶数、且边数大于5，例如正六边形、正八边形，本实施例无边角立柱15-2，每组水平衡梁16均设置在相邻的2根支撑立柱15-1之间。
[0163]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本实用新型的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。
【权利要求】
1.一种具有斜拉装置的常压容器，其特征在于:包括容器主体(I)和设置在容器主体(I)内的η个斜拉装置(2)，η为正整数； 容器主体(I)包括底板(11)、内胆(12)、外壳(13)、顶板(14)，内胆(12)从上方焊接连接在底板(11)上，外壳(13)的形状与内胆(12)的形状对应，外壳(13)位于底板(11)的上方，且外壳(13)将内胆(12)包覆，且外壳(13)与内胆(12)之间存在间隙；顶板(14)设置在内胆(12)、外壳(13)的上方； 容器主体(I)还包括上顶横梁件(17 )和数量与斜拉装置(2 )的数量一致的支撑立柱(15_1);η根支撑立柱(15-1)均铅垂设置在内胆(12)与外壳(13)之间的空间内，同侧的支撑立柱(15-1)等间距设置，且支撑立柱(15-1)与内胆(12)、外壳(13)均固定连接；上顶横梁件(17)是由矩形管焊接而成的一体件，上顶横梁件(17)的外周形状与内胆(12)的内部空间的横截面的大小对应，上顶横梁件(17)的周向边缘设有η个上顶横梁(17-1);上顶横梁件(17)焊接在顶板(14)的下端面上，且位于内胆(12)内；上顶横梁件(17)的各上顶横梁(17-1)分别与相应的支撑立柱(15-1)处于同一铅垂平面内；支撑立柱(15-1)、内胆(12)均与顶板(14)固定连接； 每个斜拉装置(2 )包括斜压梁(21)、I至25根斜拉杆(22 )、连接板(23 )和底部加强板(24);每个斜拉装置(2)对应I根支撑立柱(15-1);斜压梁(21)的斜上端与内胆(12)的内侧顶端边缘固定连接，斜压梁(21)的斜上端还与上顶横梁件(17)的相应的上顶横梁(17-1)固定连接，底部加强板(24)固定连接在容器主体(I)的底板(11)上，斜压梁(21)的斜下端与底部加强板(24)固定连接，且斜压梁(21)与相应I根支撑立柱(15-1)处于同一铅垂平面内，斜压梁(21)的轴线与支撑立柱(15-1)的轴线相交，从而斜压梁(21)与相应的支撑立柱(15-1 )、底板(11)呈直角三角形状连接；连接板(23)与底部加强板(24)垂直固定连接，连接板(23)的轴线与相应的支撑立柱(15-1)相交，且连接板(23)与斜压梁(21)的斜下端固定连接；所有斜拉杆(22)的斜上端分别与内胆(12)固定连接，所有斜拉杆(22)的斜下端分别与连接板(23)固定连接，则所有斜拉杆(22)分上下设置在斜压梁(21)与底板(11)之间，所有斜拉杆(22 )的轴线在同一平面内，所有斜拉杆(22 )的轴线交汇于斜压梁(21)的轴线与底板(11)的厚度方向的中心线的交点处。
2.根据权利要求1所述的一种具有斜拉装置的常压容器，其特征在于:容器主体(I)的内胆(12)采用内胆钢板(12-1)焊接制成，每块内胆钢板(12-1)包括板主体(12-2)和垂直连接在板主体(12-2)的周向边缘同侧的翻边(12-3)，相邻的内胆钢板(12-1)由各自的翻边(12-3)紧靠在一起并将翻边(12-3)焊接连接，从而制成上下贯通的内胆(12); 底部加强板(24)焊接在容器主体(I)的底板(11)上，底部加强板(24)的中央轴线与相应的支撑立柱(15-1)相交；连接板(23)垂直焊接在底部加强板(24)上并平分底部加强板(24)，且位于底部加强板(24)的上部中央；支撑立柱(15-1)是矩形管； 斜压梁(21)是一根矩形管，斜压梁(21)的两端中部沿轴向均设有开口 ；斜拉杆(22)采用钢板制成，斜拉杆(22)的两端中部沿轴向均设有开口 ；连接板(23)包括主板部(23-1)和连接在主板部(23-1)下侧内端的凸部(23-2)，主板部(23-1)呈直角梯形状、凸部(23-2)呈平行四边形状，主板部(23-1)的斜边与凸部(23-1)的一边平行切合；主板部(23-1)的斜边与斜拉装置(2)的斜压梁(21)的轴线平行； 斜压梁(21)的斜下端由其开口插入连接板(23)的凸部(23-2)至斜压梁(21)的下端抵至底部加强板(24)上，斜压梁(21)的斜下端侧面与连接板(23 )的主板部(23-1)的斜边切合，且斜压梁(21)与底部加强板(24)、连接板(23)均焊接连接；斜压梁(21)的斜上端由其开口处插入容器主体(I)的内胆(12)处的翻边(12-3)并焊接连接；所有斜拉杆(22)的斜上端由其开口处插入容器主体(I)的内胆(12)处的翻边(12-3)并焊接连接，所有斜拉杆(22)的斜下端由其开口处插入连接板(23)的主板部(23-1)并焊接连接；连接板(23)与斜压梁(21)、斜拉杆(22)、底部加强板(24)之间均焊接连接。
3.根据权利要求2所述的一种具有斜拉装置的常压容器，其特征在于:上顶横梁(17-1)的外侧边缘呈楔形，楔形的夹角为α !； 斜拉装置(2)的斜压梁(21)的两端呈楔形，其上端的楔形的夹角为Ci2，下端的楔形的夹角为α1;斜压梁(21)与底板(11)的夹角为Ci1，斜压梁(21)与相应的支撑立柱(15-1)的夹角为α 2 ;斜拉杆(22)的斜上端呈楔形；斜压梁(21)的斜上端与上顶横梁件(17)的相应的上顶横梁(17-1)的边缘平整切合，斜压梁(21)的斜下端与底部加强板(24)的上端面平整切合；斜压梁(21)的斜上端、所有斜拉杆(22)的斜上端均与内胆(12)平整切合。
4.根据权利要求3所述的一种具有斜拉装置的常压容器，其特征在于:斜拉装置(2)还包括第一上加强板(25)和第二上加强板(26)； 第一上加强板(25)通过焊接的方式连接在斜压梁(21)的斜上端与上顶横梁件(17)的相应的上顶横梁(17-1)之间；第二上加强板(26)通过焊接的方式连接在斜压梁(21)的斜上端与内胆(12 )的相应的翻边(12-3 )之间。
5.根据权利要求1所述的一种具有斜拉装置的常压容器，其特征在于:容器主体(I)呈长方体壳形；容器主体(I)还包括4根边角立柱(15-2)和4m+mn根水平横梁(16)，m为整数，I < 20 ;支撑立柱(15-1)和边角立柱(15-2)是矩形管； η根支撑立柱(15-1)和4根边角立柱(15-2)均铅垂设置在内胆(12)与外壳(13)之间的空间内；4根边角立柱(15-2)分别设置在内胆(12)与外壳(13)之间的空间的四个角处；水平横梁(16)分成4+η组每组m根，每组的m根水平衡梁(16)设置在对应的支撑立柱(15-1)和边角立柱(15-2)之间或相邻的2根支撑立柱(15-1)之间，m根水平衡梁(16)上下间隔分布、间隔距离通过考虑斜拉装置(2)的载荷的三角形分布来确定，且所有水平横梁(16)均位于外壳(13)与内胆(12)之间的空间内，水平横梁(16)与支撑立柱(15-1)或边角立柱(15-2)焊接连接，水平横梁(16)与内胆(12)的外壁分段点焊连接，支撑立柱(15-1 )、边角立柱(15-2)均与内胆(12)的外壁分段点焊连接，外壳(13)通过螺钉与所有支撑立柱(15-1)、边角立柱(15-2)、水平横梁(16)固定连接；每根支撑立柱(15-1)在对应设有斜拉杆(22)的位置与内胆(12)的外壁焊接；顶板(14)与水平衡梁(16)焊接连接。
6.根据权利要求1所述的一种具有斜拉装置的常压容器，其特征在于:容器主体(I)的横截面呈包括圆形在内的正多边形，所述正多边形的边数为偶数、且边数大于5 ;容器主体(I)还包括mn根水平横梁(16)，m为整数，I彡m彡20 ; 水平横梁(16)分成η组每组m根，每组的m根水平衡梁(16)设置在相邻的2根支撑立柱(15-1)之间，m根水平衡梁(16)上下间隔分布、间隔距离通过考虑斜拉装置(2)的载荷的三角形分布来确定，所有水平横梁(16)均位于外壳(13)与内胆(12)之间的空间内，水平横梁(16)与支撑立柱(15-1)焊接连接，水平横梁(16)与内胆(12)的外壁分段点焊连接，支撑立柱(15-1)、边角立柱(15-2)均与内胆(12)的外壁分段点焊连接，外壳(13)通过螺钉与所有支撑立柱(15-1)、边角立柱(15-2)、水平横梁(16)固定连接；每根支撑立柱(15-1)在对应设有斜拉杆(22)的位置与内胆(12)的外壁焊接；外壳(13)通过螺钉与所有支撑立柱(15-1)、水平横梁(16)固定连接；顶板(14)与水平衡梁(16)焊接连接。
7.根据权利要求1至6之一所述的一种具有斜拉装置的常压容器，其特征在于:同侧相邻的2根支撑立柱(15-1)之间的距离为20cm至400cm ;斜拉装置(2)的位于最下方的斜拉杆(22)与底板(11)的最小距离为14cm，位于最上方的斜拉杆(22)与顶板(14)的最小距离为30cm ;位于最下方的斜拉杆(22)的轴线与相应的支撑立柱(15-1)的轴线的夹角的取值范围为25°至85°。
【文档编号】B65D90/08GK203975632SQ201420338381
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年6月23日 优先权日:2014年6月23日
【发明者】吴荣华, 杭海峰, 薛丽君, 杭听南 申请人:吴荣华, 杭听南