地脚螺栓座的尺寸一般是依据NB/T47041-2014《塔容器》标准的解读来设计的。
尺寸表如下:
某工程中,直径5200钢结构地脚螺栓标准,重量1000吨的高塔采用M80的地脚螺栓,在地脚螺栓的设计中发现,如果按照标准尺寸进行设计,会出现比较大的问题。
由于塔架风致地震弯矩较大,要求裙座厚度较大,底板、加劲肋、垫块、盖板厚度较大。
根据标准,角焊缝的高度需要为较薄部分厚度的 0.7 倍。规定的厚度未考虑焊接角度间距。
例如,按照规范要求M80的底板U型槽开孔尺寸为120mm,两筋间距为140,筋的焊脚高度需要为19mm,实际能达到的焊脚尺寸为(140-120)/2=10mm,与要求的焊脚高度相差甚远,会造成强度不足,造成安全隐患。
我们来检查一下锚栓座各肋之间的间距,使得焊脚高度满足要求L3>d4+1.4δG。
从上表可以看出M56以上尺寸的锚栓座尺寸基本不足以保证焊接结构,特别是M72以上尺寸,焊脚高度差异还是比较大的,如果人工加厚肋板或者底板,也可能会出现这种情况。
实际设计时,一般有两种解决办法:一是通过增大筋间距来保证焊脚高度;二是通过开坡口焊接来保证焊缝强度,如下图所示,或者开内坡口。
除了肋间距问题外,大直径也会给锚栓圈带来问题。
例如上图中的M80锚栓座。
规范中锚栓圆直径为Dis+2δns+2B,代入M80锚栓计算得出的锚栓圆直径为5208+2*28+2*105=5474mm。
若考虑焊脚高,则锚栓圆周应为Dis+2δns+L4+2*焊脚高=5208+2*28+150+2*(20+43)=5540mm。
锚栓座标准尺寸,会造成锚栓中心圆相对较小的问题。
设计人员应根据实际需要考虑地脚螺栓座的实际尺寸,进行合理计算。
标准规范在推荐尺寸时应该提醒设计师这一点,或者简单地将尺寸调整到适当的水平。
项目中,焊接完成后,主管发现焊脚高度不够,解决办法也很有限,没来得及重新焊接,又怕切割重焊变形过大,影响设备螺栓孔对位,最后只好增加外焊脚高度,才勉强接受。
当螺栓座基础环板无筋板时,基础环可近似看作悬臂梁,它承受着均布载荷σc1,若在底板上取单位长度,则每单位长度所受的力为P=σc1*B*1,此力产生的弯矩为M=PB/2,此力小于许用应力,即:
按上述公式计算的底板厚度为标准公式(87)
将带有肋板的基础环板视为均布载荷,两侧由肋板简支,裙边端固定支撑,另一侧为自由矩形板。
螺栓座的筋板与盖板、底环板、裙壳焊接在一起,计算时不考虑裙壳的加强筋,将筋板看作两端铰接的压杆来计算其稳定性。
螺栓座盖板与裙壳及三边两块筋板焊接在一起,在进行近似计算时钢结构地脚螺栓标准,将盖板看作四边简支的矩形板,将螺栓受力折算成均布荷载,采用均布荷载简支梁公式计算弯曲正应力,并放宽25%的余量。
当肋条间距较小时,相当于减少了简支梁的长度,有利于减少盖板上的弯矩,从受力角度考虑,如果可能的话,坡口焊是最佳方案。