本站原创本文是一篇石油行业论文范文,石油行业方面大学毕业论文,关于大型储罐常用网壳结构型式的对比相关毕业论文范文。适合石油行业及网壳结构及子午线方面的的大学硕士和本科毕业论文以及石油行业相关开题报告范文和职称论文写作参考文献资料下载。
摘 要：文章主要介绍了成品油库中大型储罐罐顶网壳结构的几种类型,对最常用的双向子午线网壳和三角形网壳从结构型式及特点、非线性屈曲研究结论、实际应用情况、耗钢量、施工难度、施工周期、工程投资等多方面进行了综合分析比较,为今后大型储罐罐顶结构的选取提供了设计依据.
关 键 词：大型储罐网壳双向子午线网壳三角形网壳
1.前言
球面拱顶是立式圆筒形储罐中使用很广的一种罐顶型式,常用容积范围为100～5×104m3.球面拱顶是球的一部分,它由中心顶板、扇形顶板组成.当储罐直径较大、顶板较薄时,顶板内侧（或外侧）还焊有加强肋或采用球面网壳.
网壳顶是构架支撑式的自支撑式拱顶,由空间杆件预制成为球面网架,然后在球面网架上面铺设钢板形成球壳,组成完整的密封罐顶.罐顶上的外部载荷全部由网架承受,球壳只是起密封作用的蒙皮,在设计中不考虑球壳板的承载能力.大型储罐的罐顶经常采用网壳顶结构.
目前,随着成品油库建设规模的不断增大,所要求的储罐单罐容量也不断扩大,储罐罐顶除了采用带肋球壳之外,单层网壳结构正在得到广泛应用.尤其是当大型储罐拱顶的曲率半径大于40米时,采用带肋式球壳结构在受力性能和用料方面已不能满足规范等各方面的要求,必须采用球面网壳结构才能满足结构及安全的要求.
2.网壳的结构型式及特点
大型储罐罐顶网壳常用的结构型式有经纬向网壳、双向子午线网壳、三角形网壳等,目前在中石油、中石化等项目中经常使用的有两种结构,即三角形网壳和双向子午线网壳.两种网壳的结构特点如下：
三角形网壳：采用装配式短程线单层球形网壳（网格呈平面三角形）,三角形网壳的网架杆件,在空间全部组成三角形,三角形的三个顶点位于球面上,其网杆为直杆,节点型式是杆件端头由一组螺栓孔并通过钢板制成的板式节点连接而组成空间三角形结构体系.
双向子午线网壳：网格呈空间四边形,网壳由双向连续的子午线网杆相交而成,所有网格均接近正方形,大小也比较接近,其网杆为连续的圆弧形曲杆,上下网杆之间的节点采用全焊接结构,形成刚节点.
3.研究内容
假设网壳的节点均为刚性节点,从网壳稳定性、实际应用情况、耗钢量、工程投资、施工难度以及施工周期等方面对5×104m3储罐、3×104m3储罐、2×104m3储罐等三种罐型的三角形网壳和双向子午线网壳进行对比分析,主要内容如下：
（1）网壳的非线性屈曲研究结论.
（2）网壳的实际应用情况总结与对比分析.
（3）网壳的耗钢量、施工难度、施工周期以及工程投资对比分析.
（4）根据三角形网壳和双向子午线网壳的不同特点,总结和归纳网壳选择的依据.
3.1网壳的非线性屈曲研究结论
通过采用非线性屈曲研究等力学分析方法,得到了以下结论：
（1）三角形网壳的失稳变形过程中,分网壳的连接处在变形过程形最大,首先发生失稳,最终导致网壳整体失稳.三角形网壳失稳时分网壳连接处向下凹,形成8个波谷,并以网壳中心线为轴,呈对称分布,而网壳顶则向上凸,形成波峰.
子午线网壳的失稳变形过程中,变形最大处共4个点,其中两处为波谷,两处为波峰,波谷与波峰相间分布,并以网壳中心线为轴,呈对称分布.
（2）三角形网壳的安全系数平均为6.7,子午线网壳的安全系数平均为1.3.相同直径时,三角形网壳的承载能力远大于子午线网壳,三角形网壳承载能力是子午线网壳承载能力的5倍.
（3）通过对网壳不同规格的网杆进行屈曲分析,对于三角形网壳,可适当降低网杆的规格,减少用钢量,降低使用成本.对双向子午线网壳,应适当提高网杆规格,增大子午线网壳的安全系数,提高在使用中的安全性.
3.2网壳的实际应用情况
从两种网壳应用情况的柱形图可以看到：
（1）从总的使用数量来对比,双向子午线网壳的实际应用数量大,而三角形网壳实际应用数量较少.
（2）从应用领域来对比,三角形网壳和双向子午线网壳均是在中石化及化工行业中应用较多,而在中石油行业中则应用相对较少；在中石化及化工行业双向子午线网壳的应用数量大于三角形网壳,在中石油行业双向子午线网壳的应用数量同样业多于三角形网壳.
（3）从网壳直径来对比,对于直径46米、37米的网壳,两种网壳在中石油领域应用基本相当,而在中石化行业双向子午线网壳应用较多.对直径60米规格的网壳,双向子午线网壳应用明显多于三角形网壳.
4.结论
通过对网壳的屈曲应力计算、现场应用情况、耗钢量及投资对比、施工周期等因素的分析,得到以下结论：
4.1三角形网壳
（1）空间三向传力,具有良好的稳定性,其结构本身具有自动成形、自动找圆功能,可以更好地控制安装质量和成形度.
（2）三角形网壳零部件可以实现工厂化、标准化生产,所有零件的质量、加工精度都可以由专用模板和工装模具来保证,零部件加工质量好、精度高.
（3）现场施工方便、快捷、效率高,基本无焊接操作,无防腐操作,可节省大量现场施工周期并实现不动火施工.
（4）现场施工简单,不需要大型起重设备.
（5）可以根据用户要求而选用不同的网壳及蒙皮板的材质.蒙皮板可以呈三角形铺设在网杆上,与网壳没有焊接.材质可以为不锈钢、碳钢、铝合金.
（6）尤其适用于老罐改造的场合,不需动火.
（7）37米以上的三角形网壳在中石油行业应用为48台,其中60米以上大直径网壳的实际应用业绩不多,仅为2台.因此对于60米以上三角形网壳的实际使用情况应进行实地考察和现场追踪调研.
（8）在安全系数相同时,三角形网壳的耗钢量及工程投资较少.
（9）在网壳质量基本相等的前提下,短程线三角形网壳屈曲分析得到的安全系数较高,但是必须要保证其节点必须为刚性节点.其网壳节点依靠多个螺栓抗剪来传递内力是否为刚性节点,需要通过以后的应力分析进行进一步验证.
（10）由于成千个螺栓孔的积累误差使安装很难避免强力组装与应力集中.采用三角形网格网壳的罐顶一旦失稳往往发生大范围坍塌,修复工作量及难度也比较大,因此对于大直径网壳在选择厂家时应进行多方考察,同时在相应的规格书及数据单中提出对网杆及螺栓孔加工精度的详细要求.若加工精度不能保证,则很难保证节点为刚性节点.
4.2双向子午线网壳
（1）采用两向连续网杆相交形成相贯节点,沿交接面采用连续焊,在节点处无任何削弱,符合刚接要求.
（2）网杆在工厂进行预制,拉运至现场进行防腐、焊接,焊接后再对节点部位进行二次防腐,现场施工的工程量较大.
（3）37米以上的子午线网壳在中石油行业应用为76台,其中60米以上大直径网壳的实际应用为24台.尤其对于60米以上子午线网壳的实际使用数量大于三角形网壳.
（4）在中石油行业的使用数量居多,得到较普遍的认可.
（5）在技术规格书及数据单中应提供详细的载荷情况,对其安全系数提出具体要求,以满足规范的要求.
（6）在安全系数相同时,子午线网壳的耗钢量及工程投资较高.
（7）采用连续网杆相贯节点的双向子午线网壳,对局部凹瘪修复比较容易.因此对于大直径网壳在选择厂家时应进行多方考察,同时在相应的规格书及数据单中提出对网杆安全系数或型号的要求.