CN101367464B - 一种大型应力蒙皮网壳立式储罐 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种大型应力蒙皮网壳立式储罐，属于立式储油罐，它包括底板和壁板，还包括网壳，网壳在外层，底板和壁板在内层；网壳是由杆件和节点连接而成的空间杆系结构，采用锥体单元或者交叉桁架体系；网壳与底板和壁板均通过节点焊接在一起。本发明将底板、罐壁表皮和网壳结合起来共同工作，利用网壳的抗拉、抗弯性能好的特点，有效地减少底板和罐壁的板材厚度，利于储罐降低造价，适用于制造储量大于15万方或直径大于100米以上的大型储罐。同时，本发明外观独特、优美。

Description

一种大型应力蒙皮网壳立式储罐

一、技术领域：

本发明涉及的是立式储油罐，具体涉及的是大型应力蒙皮网壳立式储罐。

二、背景技术：

目前立式储罐正在朝着大型化发展。传统的立式储罐的底板和壁板一般采用钢板制作。这类储罐比较适合建造中小型储罐，具有设计与制作简便等优点。对于储量大于15万方或直径大于100米以上的大型储罐，传统的立式储罐结构暴露出很多缺点：一是整体结构的刚度变差。刚度变差导致的直接后果就是抗风性能变差，很容易发生施工或空罐工况的失稳现象，还会导致地震下大型储罐自振周期与液体晃动周期耦合，进一步加速大型储罐结构和浮顶结构的破坏。二是板材厚度超限，对材料和施工技术要求严格。对于储量大于15万方或直径大于100米以上的大型储罐，壁板根部的钢板厚度一般超过45毫米。国内外对于厚壁板的材料要求类似，都要求满足z方向的性能测试，防止出现层状撕裂现象。国产的厚壁板一般很难满足该技术要求，若采用进口钢材，将导致大型储罐造价大幅度提高。此外，厚壁板的焊接要求对接焊缝，需要严格按照双面、多道分区焊接，以保证焊接质量和减少焊接变形，导致建造周期加长。

三、发明内容：

本发明的目的是提供一种大型应力蒙皮网壳立式储罐，用于解决采用普通钢板不能建造大型储罐的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大型应力蒙皮网壳立式储罐包括底板和壁板，还包括网壳，网壳在外层，底板和壁板在内层；网壳是由杆件和节点连接而成的空间杆系结构，可采用锥体单元或者交叉桁架体系；网壳与底板和壁板均通过节点焊接在一起。

上述方案中网壳的杆件为钢管或角钢、槽钢、工字钢等其他型材，网壳的外围节点采用焊接空心球或钢板节点等其他形式，与底板和壁板连接的节点为半球形节点或全球形节点以及钢板节点。

上述方案中网壳的锥体单元为三角锥或四角锥或六角锥，交叉桁架体系可采用两向或者三向型。

上述方案中，钢板壁板与外层的网壳的高度可以相等，此时钢板壁板的抗风圈为局部加厚的三层网壳形式，也可采用单榀立体桁架加固。钢板壁板与外层的网壳的高度也可不等，若小于钢板壁板的高度，此时钢板壁板的抗风圈可采用单榀立体桁架形式，这样可以进一步降低成本。

更进一步的是上述方案中网壳的厚度与直径之比的合理范围在1/50-1/40之间，以保证整体结构的抗压、抗弯性能。

有益效果：

(1)可避免板材厚度超限

由于设计中需要考虑底板和罐壁表皮与网壳结合起来共同工作，本发明可以充分利用网壳的抗拉、抗弯性能好的特点，有效地减少底板和罐壁的板材厚度，利于降低造价。若在下节点处将钢板底板局部抬高，还将易于减少下节点处的应力集中现象，达到进一步提高材料利用率、施工速度和施工质量的目的。

(2)整体结构刚度具有可控性

网壳的抗拉、抗弯刚度与网壳的结构形式、网壳的厚度、网格尺寸有关。网壳的结构形式选定后，本发明可以通过改变网壳的厚度和网格尺寸达到控制大型储罐整体结构刚度的目的。

(3)外形美观

本发明具有外观独特、优美，视觉效果好的优点。

(4)施工简便、建造速度快

这种应力蒙皮网壳立式油罐的建造可采用模块化施工，安装速度快。建造时可以先建造网壳，网壳采用模块化施工方法。网壳建成后可以作为储罐底板和壁板建造的支架，利于后续底板和壁板的拼接与焊接。

四、附图说明：

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是图1中壁板外网壳展开图；

图3是本发明实施例2的结构示意图；

图4是图3中壁板外网壳展开图；

图5是本发明实施例3的结构示意图；

图6是图5中壁板外网壳展开图。

图7是本发明实施例4的结构示意图；

1底板  2壁板  3网壳  4杆件  5节点

五、具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

实施例1：

结合图1、图2所示，这种实施方式的大型应力蒙皮网壳立式储罐为圆柱形敞口罐，钢板底板1和钢板壁板2在内层，钢板底板1和钢板壁板2外各有一层网壳3，网壳3与钢板壁板2等高，为全部采用网壳3的钢板壁板结构，网壳3从下到上为等截面的，当然也可采用变截面的，即下厚上薄；网壳3与底板1和壁板2连接的节点5为半球形节点，该节点也可以设计为全球形节点，网壳3与底板1和壁板2均通过半球形节点焊接在一起。网壳3是由杆件4和节点5连接而成的空间杆系结构，网壳3的厚度与直径之比1/50，网壳3采用锥体单元，本实施方式中为四角锥，还可以设计为三角锥、六角锥以及交叉桁架体系等，这些单元可工厂预制，现场与钢板安装；本实施方式中网壳3的杆件4为圆钢管，网壳3的外围节点5采用焊接空心球形式。壁板2的抗风圈为局部加厚的三层网壳形式，也可采用单榀立体桁架加固。

为了便于清油，底板网壳3采用了正锥形式，即底板中心处位于下节点之下。为了减少下节点处的应力集中现象，提高材料利用率，将下节点处将钢板底板局部抬高，参见图1。进一步地，还可钢板底板用膜材料或FRP材料替换。

本发明将钢板与网壳巧妙组合形成了一种新型立式储罐结构，钢板底板1和钢板壁板2与网壳3结合起来共同工作，利用网壳3的抗拉、抗弯性能好的特点，有效地减低钢板底板1和钢板壁板2的板材厚度，利于降低造价，同时使整体储罐的抗拉、抗弯性能更好，故称为应力蒙皮网壳立式油罐，适用于制造储量大于15万方或直径大于100米以上的大型储罐。该类储罐设计中可充分利用钢板底板1和钢板壁板2的强度，实际上是将飞机机翼的设计原理应用立式油罐。

实施例2：

结合图3、图4所示，本实施方式的结构与实施例1不同之处在于，采用抽空四角锥网壳的壁板结构，图中为单格抽空形式，亦可根据需要采用其他抽空形式；网壳3的厚度与直径之比1/45。此时上部钢板壁板2的抗风圈采用单榀立体桁架加固。其它结构与实施例1相同。

实施例3：

结合图5、图6所示，本实施方式为部分采用网壳的壁板结构，钢板壁板2外的网壳3的高度小于钢板壁板2的高度，此时，可根据设计与构造要求，确定网壳3的覆盖高度；整个钢板底板1外有一层网壳3。网壳3采用锥体单元为四角锥，这些单元可工厂预制，现场与钢板安装；网壳3采用正放四角锥形式，网壳3的厚度与直径之比1/40。此时上部钢板壁板2的抗风圈可采用单榀立体桁架形式。

实施例4：

图7是本发明实施例4的结构示意图，如图所示，本实施例中钢板底板1与钢板壁板2之间采用直角连接，这种连接方式的要求类似传统储罐中二者的连接方式。

本发明对于直径特别大(200米以上)的储罐，网壳3形式宜采用三向型或者三角锥体系。此外，本发明的壁板2还可以设计为不等厚的，采取从上到下均匀增厚或阶梯状一段一段增厚的方式。进一步地，还可将钢板底板用膜材料或FRP材料加以替换，达到防腐和节约的双重目的。

Claims (9)

1.一种大型应力蒙皮网壳立式储罐，这种大型应力蒙皮网壳立式储罐包括底板(1)和钢板壁板(2)，其特征在于：它还包括网壳(3)，网壳(3)在外层，底板(1)和钢板壁板(2)在内层；网壳(3)是由杆件(4)和节点(5)连接而成的空间杆系结构，采用锥体单元或者交叉桁架体系；网壳(3)与底板(1)和钢板壁板(2)均通过节点(5)焊接在一起。

2.根据权利要求1所述的大型应力蒙皮网壳立式储罐，其特征在于：所述的网壳(3)与钢板壁板(2)等高，网壳(3)从下到上为等截面的；网壳的杆件(4)为钢管或角钢或槽钢或工字钢，网壳的外围节点(5)采用螺栓球或焊接空心球或钢板节点，与底板(1)和钢板壁板(2)连接的节点(5)为半球形节点或全球形节点或钢板节点。

3.根据权利要求1所述的大型应力蒙皮网壳立式储罐，其特征在于：所述的网壳(3)与钢板壁板(2)等高，网壳(3)从下到上为变截面的，采取下厚上薄的方式；网壳的杆件(4)为钢管或角钢或槽钢或工字钢，网壳的外围节点(5)采用螺栓球或焊接空心球或钢板节点，与底板(1)和钢板壁板(2)连接的节点(5)为半球形节点或全球形节点或钢板节点。

4.根据权利要求1所述的大型应力蒙皮网壳立式储罐，其特征在于：所述的钢板壁板(2)与外层的网壳(3)的高度相等，此时钢板壁板(2)的抗风圈为局部加厚的三层网壳形式，或采用单榀立体桁架加固。

5.根据权利要求1所述的大型应力蒙皮网壳立式储罐，其特征在于：所述的钢板壁板(2)与外层的网壳(3)的高度不等，外层的网壳(3)的高度小于钢板壁板(2)的高度，钢板壁板(2)的抗风圈可采用单榀立体桁架形式。

6.根据权利要求1所述的大型应力蒙皮网壳立式储罐，其特征在于：所述的钢板壁板(2)为等厚的。

7.根据权利要求1所述的大型应力蒙皮网壳立式储罐，其特征在于：所述的钢板壁板(2)为不等厚的，采取从上到下均匀增厚或阶梯状一段一段增厚的方式。

8.根据权利要求1所述的大型应力蒙皮网壳立式储罐，其特征在于：所述的底板(1)由钢板制作或用膜材料制作或用FRP材料制作。

9.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的大型应力蒙皮网壳立式储罐，其特征在于：所述的网壳(3)的厚度与直径之比的合理范围在1/50-1/40之间；网壳(3)的锥体单元为三角锥或四角锥或六角锥。

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