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[摘 要]根据API650标准设计的立式圆筒形钢制储罐，在内压、内压及风压共同作用或地震载荷作用下，往往需要加锚固螺栓才能满足标准要求。根据标准中相关计算确定锚固螺栓直径和数量后，还需要校核锚栓座应力是否满足要求来确定锚固螺栓长度。在推荐尺寸的基础上，介绍一种计算方法，计算锚栓座盖板厚度及焊缝强度，确定最终的结构尺寸。在整个储罐设计过程中还应考虑锚栓座位置对底圈罐壁接管、纵向焊缝的影响。
[关键词]API650；立式圆筒形储罐；锚栓座；结构设计；制造
中图分类号：TU741 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）23-0357-01
国外企业大多要求立式圆筒形钢制儲罐采用API650《焊接石油储罐》或者API620《大型焊接低压储罐的设计与制造》进行设计、制造。根据API650标准，若在设计过程中由于以下原因使得罐壁与罐底的连接处有离地升举倾向时，应当在储罐底部设置锚固螺栓：储罐内压产生的举升力大于罐壁、罐顶及其所支撑支撑构件的总重量；风压及设计内压组合产生的倾倒力矩大于罐体及附件重量产生的反倾倒力矩；抗震计算中锚固系数大于1.54，引起储罐不稳定。对于常压储罐，因其内压等于或接近于常压，由风载荷等外界载荷引起的提升力较储罐自重要小得多，因此一般不需设置锚固螺栓。而对于微内压储罐，则往往需要设置锚固螺栓才能满足标准要求。储罐加锚固螺栓后，根据标准规定确定锚固螺栓直径和数量，还需要校核锚固螺栓座是否能满足要求。
1 结构设计
当储罐需要设置锚栓时，举升力通过锚栓座作用于罐壁上。通常锚栓座由盖板和筋板组成，常用结构见图1。当储罐直径及罐体高度较大，提升力较大时，可在罐壁上焊接垫板，将锚栓座焊接到垫板上。确定锚固螺栓中心圆直径时，应使锚固螺栓与罐底板之间的距离尽量近，同时应确保两者之间存在一定间隙。
1.1 盖板
当锚固螺栓直径为38mm，其内部应力不大于83MPa以及锚固螺栓直径大于38mm，内部应力不大于103MPa时，盖板推荐尺寸见表1。
盖板最大应力位于锚固螺栓孔与盖板自由边之间，图2剖面线部分。为便于计算，将该部分假设成简支梁，锚固螺栓载荷的三分之一作用于梁上。则盖板厚度可按下式计算：
式中：P-设计载荷，MPa；取锚固螺栓许用载荷与1.5倍实际最大载荷两者较小值。-盖板材料的许用弯曲应力，MPa；d-锚固螺栓直径，盖板沿储罐径向可伸出筋板，但不应超过13mm。
1.2 锚栓座高度
锚栓座高度应确保作用于罐壁上的力不会超过罐壁的许用载荷。由于锚固螺栓中心线偏离罐壁中心面一段距离，锚栓座会在罐壁上产生附加弯矩。若盖板为一个连续的圆环，则最大应力沿竖直方向，为弯矩与拉应力的组合。盖板应力值可按下式进行近似计算。
此应力为产生于盖板的局部应力，并且作用时间很短，因此，S可以稍大于盖板材料的许用应力。但计算时不允许提高风载或地震载荷等瞬时载荷。通常，锚栓座高度h最小不得小于152mm，最大不得超过盖板周向宽度的3倍。当罐底板厚度不大于9.5mm时，锚栓座高度可取305mm，此时应考虑地震的影响，若风速大于161km/h，还应考虑风载的影响。如果计算的应力值S较大，则需要减小e值，或者增加锚固螺栓数量并减小锚固螺栓直径。若这两种方法均不可行，则采用连续支撑锚固结构。采用环形盖板锚固结构校核其周向应力时，假设作用于盖板环的均布集中载荷为Pe/h，并且将盖板环上下两侧各16倍罐壁厚度范围内的罐壁作为盖板环的一部分。罐底板也会受到与盖板环大小相同的作用力，方向为指向罐底圆心方向，由于其在罐底产生的应力较小，通常不用校核。
1.3 筋板
假设作用于筋板的力不会传递至罐壁上，为确保筋板平均应力不超过其许用压应力，筋板厚度可取13mm和0.04（h-c）两者较大值，并且jk≥P/25，。
2 制造
储罐一般需要现场制造，可先将锚栓座筋板与盖板焊好后运至现场与罐壁、罐底焊接。载荷最终通过焊缝传递到罐壁上，要保证锚栓座与罐壁间的焊缝有足够的强度。一般情况下，角焊缝焊脚尺寸不小于7mm即可满足要求。若锚固螺栓直径较大且锚栓座较低，则需要校核焊缝强度。锚栓座与罐壁连接处载荷分布，为校核焊缝尺寸，假设罐底板只受水平方向的作用力。焊缝载荷为水平方向及竖直方向力的组合，最大应力位于锚栓座顶部。竖直力Wv，水平力WH及焊缝载荷W按下述公式计算：若焊缝许用应力为Sa（N/mm），则焊缝单位长度许用载荷为0.707×Sa，假设焊脚尺寸为wl（mm），则W不应超过0.707×Sa×wl。应当注意，在进行焊缝强度校核时，载荷单位为N/mm。
3 结束语
按API650标准确定锚固螺栓直径和数量后，按计算方法确定锚栓座结构尺寸。在设计过程中还需要确定锚栓座位置，应注意使锚栓座避开底圈罐壁纵焊缝、罐壁接管及其补强圈。锚栓座应相对清扫孔中心两侧对称布置，可通过调整清扫孔所在罐壁板的长度，调整底圈罐壁板各纵焊缝的位置，使得锚栓座位置满足上述要求。
参考文献
[1] 立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范[S].GB 50341-2014.
[关键词]API650；立式圆筒形储罐；锚栓座；结构设计；制造
中图分类号：TU741 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）23-0357-01
国外企业大多要求立式圆筒形钢制儲罐采用API650《焊接石油储罐》或者API620《大型焊接低压储罐的设计与制造》进行设计、制造。根据API650标准，若在设计过程中由于以下原因使得罐壁与罐底的连接处有离地升举倾向时，应当在储罐底部设置锚固螺栓：储罐内压产生的举升力大于罐壁、罐顶及其所支撑支撑构件的总重量；风压及设计内压组合产生的倾倒力矩大于罐体及附件重量产生的反倾倒力矩；抗震计算中锚固系数大于1.54，引起储罐不稳定。对于常压储罐，因其内压等于或接近于常压，由风载荷等外界载荷引起的提升力较储罐自重要小得多，因此一般不需设置锚固螺栓。而对于微内压储罐，则往往需要设置锚固螺栓才能满足标准要求。储罐加锚固螺栓后，根据标准规定确定锚固螺栓直径和数量，还需要校核锚固螺栓座是否能满足要求。
1 结构设计
当储罐需要设置锚栓时，举升力通过锚栓座作用于罐壁上。通常锚栓座由盖板和筋板组成，常用结构见图1。当储罐直径及罐体高度较大，提升力较大时，可在罐壁上焊接垫板，将锚栓座焊接到垫板上。确定锚固螺栓中心圆直径时，应使锚固螺栓与罐底板之间的距离尽量近，同时应确保两者之间存在一定间隙。
1.1 盖板
当锚固螺栓直径为38mm，其内部应力不大于83MPa以及锚固螺栓直径大于38mm，内部应力不大于103MPa时，盖板推荐尺寸见表1。
盖板最大应力位于锚固螺栓孔与盖板自由边之间，图2剖面线部分。为便于计算，将该部分假设成简支梁，锚固螺栓载荷的三分之一作用于梁上。则盖板厚度可按下式计算：
式中：P-设计载荷，MPa；取锚固螺栓许用载荷与1.5倍实际最大载荷两者较小值。-盖板材料的许用弯曲应力，MPa；d-锚固螺栓直径，盖板沿储罐径向可伸出筋板，但不应超过13mm。
1.2 锚栓座高度
锚栓座高度应确保作用于罐壁上的力不会超过罐壁的许用载荷。由于锚固螺栓中心线偏离罐壁中心面一段距离，锚栓座会在罐壁上产生附加弯矩。若盖板为一个连续的圆环，则最大应力沿竖直方向，为弯矩与拉应力的组合。盖板应力值可按下式进行近似计算。
此应力为产生于盖板的局部应力，并且作用时间很短，因此，S可以稍大于盖板材料的许用应力。但计算时不允许提高风载或地震载荷等瞬时载荷。通常，锚栓座高度h最小不得小于152mm，最大不得超过盖板周向宽度的3倍。当罐底板厚度不大于9.5mm时，锚栓座高度可取305mm，此时应考虑地震的影响，若风速大于161km/h，还应考虑风载的影响。如果计算的应力值S较大，则需要减小e值，或者增加锚固螺栓数量并减小锚固螺栓直径。若这两种方法均不可行，则采用连续支撑锚固结构。采用环形盖板锚固结构校核其周向应力时，假设作用于盖板环的均布集中载荷为Pe/h，并且将盖板环上下两侧各16倍罐壁厚度范围内的罐壁作为盖板环的一部分。罐底板也会受到与盖板环大小相同的作用力，方向为指向罐底圆心方向，由于其在罐底产生的应力较小，通常不用校核。
1.3 筋板
假设作用于筋板的力不会传递至罐壁上，为确保筋板平均应力不超过其许用压应力，筋板厚度可取13mm和0.04（h-c）两者较大值，并且jk≥P/25，。
2 制造
储罐一般需要现场制造，可先将锚栓座筋板与盖板焊好后运至现场与罐壁、罐底焊接。载荷最终通过焊缝传递到罐壁上，要保证锚栓座与罐壁间的焊缝有足够的强度。一般情况下，角焊缝焊脚尺寸不小于7mm即可满足要求。若锚固螺栓直径较大且锚栓座较低，则需要校核焊缝强度。锚栓座与罐壁连接处载荷分布，为校核焊缝尺寸，假设罐底板只受水平方向的作用力。焊缝载荷为水平方向及竖直方向力的组合，最大应力位于锚栓座顶部。竖直力Wv，水平力WH及焊缝载荷W按下述公式计算：若焊缝许用应力为Sa（N/mm），则焊缝单位长度许用载荷为0.707×Sa，假设焊脚尺寸为wl（mm），则W不应超过0.707×Sa×wl。应当注意，在进行焊缝强度校核时，载荷单位为N/mm。
3 结束语
按API650标准确定锚固螺栓直径和数量后，按计算方法确定锚栓座结构尺寸。在设计过程中还需要确定锚栓座位置，应注意使锚栓座避开底圈罐壁纵焊缝、罐壁接管及其补强圈。锚栓座应相对清扫孔中心两侧对称布置，可通过调整清扫孔所在罐壁板的长度，调整底圈罐壁板各纵焊缝的位置，使得锚栓座位置满足上述要求。
参考文献
[1] 立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范[S].GB 50341-2014.