平板開孔補(bǔ)強(qiáng)
①平板開孔補(bǔ)強(qiáng)準(zhǔn)則 平板在壓力(內(nèi)壓或外壓)作用下，板中產(chǎn)生的應(yīng)力為彎曲應(yīng)力，即一次彎曲應(yīng)力。平板開孔以后，由于抗彎截面系數(shù)的減小，抗彎強(qiáng)度受到削弱。
為此板的補(bǔ)強(qiáng)準(zhǔn)則為：補(bǔ)強(qiáng)后平板的彎曲強(qiáng)度與開孔前相等。當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)材料與平板的材料相同時(shí)，即為補(bǔ)強(qiáng)后的抗彎截面系數(shù)保持不變。這是平板開孔與殼體開孔補(bǔ)強(qiáng)要求的不同之處。由于補(bǔ)強(qiáng)準(zhǔn)則不同，所需的補(bǔ)強(qiáng)面積也不同。
② 平板開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 根據(jù)上述平板開孔補(bǔ)強(qiáng)的準(zhǔn)則，在平板開孔有效補(bǔ)強(qiáng)范圍為2倍開孔直徑的情況下，可推導(dǎo)出平板所需補(bǔ)強(qiáng)面積僅需開孔削弱強(qiáng)度面積的0.414 倍。
為此GB 150.3 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定平板所需補(bǔ)強(qiáng)面積為0.5 倍的被削弱強(qiáng)度面積，這實(shí)際上是偏安全的。
外壓容器開孔補(bǔ)強(qiáng)
外壓容器在失穩(wěn)時(shí)由薄膜應(yīng)力狀態(tài)突變?yōu)閺澢鷳?yīng)力狀態(tài)，因此為防止失穩(wěn)，外壓容器的開孔補(bǔ)強(qiáng)也以抗彎強(qiáng)度作為補(bǔ)強(qiáng)準(zhǔn)則，與平板相同。因此，外壓容器開孔補(bǔ)強(qiáng)面積僅取為0.5 倍的被削弱強(qiáng)度面積。
不需另行補(bǔ)強(qiáng)的條件
① 根據(jù)GB150.3 規(guī)定，當(dāng)殼體上的開孔滿足下述全部要求時(shí)，可不另行補(bǔ)強(qiáng)。
a . 設(shè)計(jì)壓力小于或等于2.5MPa。
b. 兩相鄰開孔中心的間距(對(duì)曲面間距以弧長(zhǎng)計(jì)算)應(yīng)不小于兩孔直徑之和；對(duì)于三個(gè)或以上相鄰開孔，任意兩孔中心的間距(對(duì)曲面間距以弧長(zhǎng)計(jì)算)應(yīng)不小于該兩孔直徑之和的2.5倍。
c. 接管公稱外徑小于或等于89 mm。
d. 接管最小壁厚滿足表4-1的要求。
②當(dāng)設(shè)計(jì)中考慮到設(shè)備材料的供應(yīng)、制造等因素后而采取增加殼體整體厚度的方法，已滿足補(bǔ)強(qiáng)面積要求時(shí)，可不另設(shè)補(bǔ)強(qiáng)元件。
接管的壁厚要求
根據(jù)容器的受載條件，接管除必須要有相應(yīng)的厚度以承受載荷外，為了限制開孔接管區(qū)的應(yīng)力集中系數(shù)，必須對(duì)接管的厚度進(jìn)行規(guī)定。
接管的厚度除要考慮上述要求外，還需考慮焊接方法、焊接參數(shù)、加工條件、施焊位置等制造上的因素及運(yùn)輸、安裝中的剛性要求。
一般情況下，接管的壁厚不宜小于殼體厚度的一半，否則，應(yīng)采用厚壁管或整體鍛件，以保證接管與殼體相焊部分厚度的匹配。
承受外載荷接管的補(bǔ)強(qiáng)
在常規(guī)的開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算中，僅考慮在介質(zhì)壓力作用下的補(bǔ)強(qiáng)，而并未考慮接管同時(shí)承受外載荷(力、力矩、扭矩)的工況。但有時(shí)當(dāng)開孔接管上承受的外載荷較大時(shí)，會(huì)在接管或殼體中產(chǎn)生較高的局部應(yīng)力，此時(shí)的開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算不僅要考慮內(nèi)壓的作用，同時(shí)要考慮外載荷對(duì)殼體的作用。
由于外載荷的多樣性及局部應(yīng)力計(jì)算的復(fù)雜性，目前的壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中還沒(méi)能給出較為簡(jiǎn)單易行的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。目前廣為國(guó)際工程界應(yīng)用的計(jì)算方法有美國(guó)焊接研究協(xié)會(huì)的第107 號(hào)公報(bào)和第297 號(hào)公報(bào)，以及英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)PD 5500 的附錄G 等。
在國(guó)內(nèi)，由全國(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站編制的SW6- 2011，就是采用了WRC- 107 及WRC-297 公告的計(jì)算方法， 同時(shí)增加了介質(zhì)壓力對(duì)計(jì)算的影響。
開孔位置
原則上講，任何形式的開孔，凡符合開孔補(bǔ)強(qiáng)的要求，均可位于焊縫上。但對(duì)于滿足“不需另行補(bǔ)強(qiáng)的條件”的規(guī)定而不需要補(bǔ)強(qiáng)的開孔，不允許設(shè)置在A 類焊縫上。在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，接管開孔不論是否補(bǔ)強(qiáng)均應(yīng)盡可能避開焊縫，否則對(duì)焊縫規(guī)定的區(qū)域進(jìn)行100 % 無(wú)損檢測(cè)。
由于容器設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員無(wú)法知道制造中開孔是否通過(guò)焊縫，從安全角度考慮，GB 150.3的開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算中是將開孔通過(guò)焊縫進(jìn)行考慮的。為此，在開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積A 的計(jì)算中，殼體計(jì)算厚度計(jì)算時(shí)計(jì)及了焊接接頭系數(shù)φ。
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