TK03、TK04#罐穹頂氣頂升安全專項施工方案-溫州LNG項目

中國建筑一局（集團）有限公司溫州LNG項目TK03、TK04#罐穹頂氣頂升安全專項施工方案附表三：計算書（一）鼓風系統(tǒng)1、風壓的確定從理論上講，只要拱頂所受空氣浮力與自身重力達到平衡，拱頂即可穩(wěn)定向上升起。所以理想狀態(tài)下氣頂升的風壓與大氣壓的差值為罐頂自重與罐內(nèi)空間水平橫截面積之比。但實際中由于存在風量損失、罐頂與預(yù)應(yīng)力混凝土墻之間的摩擦力等因素的影響，頂升壓力的計算必須考慮附加系數(shù)，其計算公式如為：P升＝kG/S式中，Ｇ為頂升穹頂自身重量，單位ＮS為罐體橫截面積，單位㎡K為附加系數(shù)，取1.05。穹頂所受重力G=866.6t×1000kg/t×9.8N/kg=8492680N穹頂安裝后水平橫截面半徑R1=44m，面積S=πR12=6079.04㎡帶入公式，經(jīng)計算，得P升≈1467Pa≈147mm水柱2、風量的確定風機風量的確定是指在頂升最后一圈時間內(nèi)，罐體內(nèi)腔充滿使罐體頂升，具有一定壓力氣體的風量；考慮到漏風損失，需對風機風量進行修正。根據(jù)氣體方程，溫度一定的情況下壓力與體積的乘積等于恒量，則有：Ｑ＝（P升Ｖ-P０Ｖ０）／P０式中，Ｑ為進風量,m3P０為標準大氣壓，101325PaＶ為頂升后儲罐內(nèi)總?cè)莘e，m3Ｖ０為頂升前罐頂內(nèi)的初始容積，m3考慮到頂升過程中的風量損失,計算進風量Ｑ時需要加上一個泄漏系數(shù)Ｋ，Ｋ=1.2，即風量的計算式為：Ｑ＝Ｋ（P升Ｖ-P０Ｖ０）／P０帶入公式，經(jīng)計算，得V0=πh2*(R-h/3)=3.14×13.665^2×（87.994-13.665/3）≈48923m3V=V0+πr2H=48923+3.14×44^2×39.703≈290279m3Ｑ=1.2×[（1467+101325）×290279-101325×48923]/101325≈294671m33、進風系統(tǒng)風機選型安裝頂升速度按照v=310mm/min~400mm/min考慮，在最大速度下，氣頂升所需時間：t=H/v=39703/0.4=99.3min。則最大進風流量：q=Q/t=294671/99.3=2967.5m3/min=178049m3/h因此，選用鼓風機的參數(shù)如下：流量：97472～56877m3/h全壓：2279～3617Pa，（22.79-36.17cmH2O）轉(zhuǎn)數(shù)：990轉(zhuǎn)/min功率：90KW數(shù)量：3臺風機同時工作，另有1臺風機備用。發(fā)電機選用參數(shù)：功率：300KW（二）平衡系統(tǒng)1、鋼絲繩的校核：鋼絲繩的預(yù)緊力，實際按經(jīng)驗值9kN的力來預(yù)緊。拱頂在上升的過程中，升頂?shù)闹亓颗c氣壓形成平衡,鋼絲繩基本不受力，只有在拱頂發(fā)生傾斜時，平衡鋼絲繩才會調(diào)節(jié)其平衡而受力。平衡鋼絲繩在拱頂上升的過程中，主要是受風壓和升頂重量之差的力與導(dǎo)向裝置摩擦產(chǎn)生的動摩擦力。F總=F預(yù)+F摩=9+μ(P×S-Q×g)/N=9+0.15×(1467×6079/1000-866.6×9.8)/26≈11.45KN其中：F總為鋼絲繩最大受力；F預(yù)為鋼絲繩預(yù)緊力；F摩為鋼絲繩滑動摩擦力；P為需求壓力，1467Pa；S為升頂面積，6079m2；Q為升頂重量，866.6t；N為鋼絲繩組數(shù)，26；g為重力加速度，取9.8N/kg；μ為動摩擦系數(shù)0.15，選擇公稱直徑Φ18mm型號為6×37+FC-1670纖維芯鋼絲繩，最小破斷拉力為Fb=179kN。實際工況中，每根鋼絲繩受力不會完全相同，實際工況受力可再乘以不均勻系數(shù)1.35F實際=F總×1.35=15.46kN＜179kN，鋼絲繩抗拉力滿足要求。同時拱頂在上升過程中同時承受預(yù)緊力和儲罐傾斜導(dǎo)致的張力，假設(shè)拱頂傾斜量為ΔL時，受力最大的鋼絲繩破斷，則：ΔL=2（Fb-Fp）L/EA式中：Fb——鋼絲繩破斷拉力，KN；Fp——鋼絲繩預(yù)緊力，KN；L——鋼絲繩長度,m；E——鋼絲繩彈性模量，6股鋼絲繩取100GPa；A——鋼絲繩截面積，mm2。公稱直徑Φ18mm型號為6×37+FC-1670纖維芯鋼絲繩，最小破斷拉力為Fb=179kN，鋼絲繩截面積為254mm2，單根鋼絲繩所需長度135m，鋼絲繩預(yù)緊力9kN。根據(jù)上式計算，ΔL=1.81m。由于儲罐升頂時，需要用配重將拱頂水平度調(diào)整至0.2m以內(nèi)，因此鋼絲繩能夠滿足要求，鋼絲繩的安全系數(shù)為1.81/0.2=9.05，滿足纜風繩安全系數(shù)3.5倍要求。即鋼絲繩滿足升頂過程中偏移，傾斜而引起的附加拉力。2、底部鎖架的校核：(1)吊耳板強度校核吊耳板材質(zhì)：Q235B吊耳板厚度：t=12mm卸扣銷軸直徑：d=50mm吊耳板許用拉應(yīng)力［σ］=113MPa相應(yīng)的吊耳板許用剪應(yīng)力［τ］=0.6×［σ］=67.8MPa許用擠壓應(yīng)力[σc]=1.4［σ］=158.2MPa綜合影響系數(shù)K：1.35吊耳按照受力30.92KN進行校核，即，F(xiàn)1=F實際=30.92KN=30920N豎向載荷：FV=F1×sin63°=30920×sin63°≈27550N橫向載荷：FH=F1×cos63°=30920×cos63°≈14038N徑向彎矩：M=FV×L=27550×275=7576250N·mm吊耳板鋼索方向的最大拉應(yīng)力（偏保守）：σ1=F1/［（2R-D）·t］=30920/［（2×75-50）×12］=25.77MPaσ1＜［σ］，滿足要求。吊耳板鋼索方向的最大剪應(yīng)力：τ1=F1/［（R-D/2）·t］=51.53MPaτ1＜［τ］，滿足要求。吊孔擠壓應(yīng)力σc=F1/（d·t）=30920/（50×12）=51.53MPaσc＜[σc]，滿足要求。綜上，吊耳板強度符合要求。(2)焊縫強度校核按照角焊縫考慮，焊縫面積A=l·h·k式中：l――焊縫長度，2H=300mmh――焊縫高度，12mmk――折減系數(shù)，取k=0.7帶入數(shù)據(jù)計算得A=2520mm2角焊縫拉應(yīng)力；σa=FH/A=14038/2520=5.571MPa角焊縫剪應(yīng)力；τa=Fv/A=27550/2520=10.933MPa角焊縫彎曲應(yīng)力；σb=6M/（t·H2）=6×7576250/(12×2×1502）=84.18MPa組合應(yīng)力σab=（σσab＜［σ］，滿足要求綜上，焊縫強度滿足安全要求。3、T型架校核(1)立柱受壓校核查標準知，立柱HW150×150×7×10截面積為A=39.64cm2，屈服強度ReH=235MPa，安全系數(shù)取n=1.5立柱受到的壓力F壓=2F實際=61.84kN=61840N立柱最大允許受力F許=A·REh/n=39.64×10^2×235/1.5≈621026.7N因F壓＜F許，故立柱受壓狀態(tài)安全。(2)橫梁受彎校核查標準知，Wnx=216cm3，γx=1.05，f=215MPa已知F實際=30.92kN，L=655mm計算可知：Mx=F實際·L=20252600N·mm進一步計算，Mxγ因此，橫梁受彎狀態(tài)安全。(3)T型架穩(wěn)定性校核查標準知，Ix=1620cm4，Iy=563cm4；取彈性模量E=206GPa回轉(zhuǎn)半徑：Ry=（Iy/A）1/2=3.772cm長細比：λ=μL/Ry=2×1580/（3.772×10）≈83.78λu=(a-σu)/b=(304-235)/1.12≈61.6λp=π（E/σp）1/2=3.14×（206/200）1/2≈101λu＜λ＜λp,為中長桿,因此，根據(jù)經(jīng)驗公式：Fcr=σcr·A=210.2×39.64×10^2≈833233N通過計算和比較可知，F(xiàn)壓<<Fcr，故T型架穩(wěn)定性滿足要求。4、T型架預(yù)埋件抗拉強度計算鋼絲繩與T型架下部預(yù)埋件吊耳板連接，吊耳板與錨筋焊接，焊角為10mm；鋼絲繩受力F總=30.92kN，焊縫長度L總=600mm；(1)吊耳板強度校核吊耳板材質(zhì)：Q235B吊耳板厚度：t=12mm吊耳孔直徑：d=30mm吊耳板外徑：r=60mm吊耳板許用拉應(yīng)力［σ］=113MPa相應(yīng)的吊耳板許用剪應(yīng)力［τ］=0.6×［σ］=67.8MPa綜合影響系數(shù)K：1.35吊耳板受到的拉應(yīng)力：σ2=F總/［（2r-d）·t］=30.92×1000/［（2×60-30）×12］=28.63MPaσ2＜［σ］，滿足要求。吊耳板受到的剪應(yīng)力：τ2=F總/［（r-d/2）·t］=30.92×1000/［（60-30/2）×12］=57.26MPaτ2＜［τ］，滿足要求。綜上，吊耳板強度符合要求。(2)焊縫校核按照角焊縫考慮，焊縫面積A=l·h·k式中：l――焊縫長度，=150×4=600mmh――焊縫高度，12mmk――折減系數(shù)，取k=0.7帶入數(shù)據(jù)計算得A=5040mm2角焊縫拉應(yīng)力；σa=F總/A=30920/5040=6.14MPaσa＜［σ］預(yù)埋板與錨筋焊接強度滿足要求。(3)錨筋校核錨筋是利用長度L錨筋=700mm、直徑d=φ25mm的HRB400鋼筋埋在儲罐外墻混凝土內(nèi)（混凝土等級為C50），鋼筋末端焊接錨板，整體與混凝土內(nèi)的鋼絲網(wǎng)片連接在一起。本次校核采用保守計算法，將錨筋視為單獨鋼筋直接埋在混凝土中，計算如下：鋼筋錨固長度查標準知，鋼筋抗拉強度為360MPa。查16G101-1，鋼筋錨固長度la=la＜L錨筋，鋼筋錨固長度滿足鋼筋抗拉力F抗拉=360×3.14×252/4=176.625KNF總＜F抗拉，鋼筋抗拉力滿足要求。綜上，錨筋滿足要求。（三）密封系統(tǒng)1、臨時門洞封堵校核(1)大門洞受力：F1=P升·l1·h1=1467×6.32×4.225≈39172Nσ大=F1/l1′·h1′·k=39172/（3.919×6×0.7）≈2.38MPaσ大＜［σ］=113MPa焊縫強度符合要求，大門洞封堵滿足要求。(2)小門洞受力：F2=P升·l2·h2=1467×2.658×3.28≈12790Nσ小=F2/l2′·h2′·k=12790/（2.399×6×0.7）≈1.269MPaσ?。迹郐遥?113MPa焊縫強度符合要求，小門洞封堵滿足要求。綜上，臨時門洞封堵滿足要求。（四）頂升結(jié)束頂襯板與抗壓環(huán)焊接強度校核鋼穹頂頂襯板與抗壓環(huán)焊接完成打底層后，逐漸降低儲罐內(nèi)壓力，直至大氣壓力。為確保頂升結(jié)束后打底焊縫能夠滿足安全要求，需要對打底層焊縫的強度進行校核。根據(jù)圖紙，焊腳總高度設(shè)計值為6