电解槽专题
电解槽专题
无配筋树脂混凝土电解槽工程试点的目的，是为了探讨利用呋喃树脂具有较高抗拉强度的特点，以制作无筋电解槽的可能性，因此，仅对电解槽进行强度复核，而未作刚度验算和温度验算。
一、铜电解槽的几何尺寸和计算资料
（一）几何尺寸
铜电解槽的几何尺寸如图1。
（二）计算资料
铜电解液含硫酸和铜等金属离子，温度55℃，比重为1240kg/ 。
铜电解槽侧壁挂铜阳极板39块，每块重200kg,，共7800kg。按均布荷载计。
=7800÷3.4=2300kgf/m=22.56kN/m
呋喃树脂混凝土抗拉强度Rt为5MPa，弹性模量E为3.5×10MPa。
二、验算假定及公式
（一）根据铜电解槽使用情况，该槽纵向侧壁为主要承重构件。对于平面内垂直盒子啊来说，由于槽深h为100mm，槽 支点艰巨l为2760mm，l/h=2760/1100=2.51＜5。因此，再采用普通公式计算就不合适了，而采用简支深梁来近似计算，如图2。
深梁（l/h＜5）的受力特点与一般梁不同。一般梁可视为由若干根水平压杆和拉杆组成，只承受水平向的压应力和拉应力，各层杆之间不存在竖向挤压应力，而深梁的上一层杆与下一层杆之间则存在竖向应压力。
由于L/H=2700/1200=2.25，当 =1， =1时，深梁各点的应力系数列于表1。
表一
深梁各点的应力系数
|
点号 |
σx |
σy |
σxy |
点号 |
σx |
σy |
σxy |
|
1 |
-3.165 |
-1.000 |
0.000 |
10 |
0.702 |
-1.000 |
0.000 |
|
2 |
-2.040 |
0.970 |
0.000 |
11 |
3.840 |
-0.980 |
-0.749 |
|
3 |
-1.220 |
-0.860 |
0.000 |
12 |
2.330 |
-0.910 |
-1.294 |
|
4 |
-0.649 |
-0.700 |
0.000 |
13 |
1.095 |
-0.710 |
-1.679 |
|
5 |
-0.191 |
-0.500 |
0.000 |
14 |
-0.191 |
-0.500 |
-1.725 |
|
6 |
0.265 |
-0.305 |
0.000 |
15 |
-1.480 |
-0.300 |
-1.680 |
|
7 |
0.842 |
-0.145 |
0.000 |
16 |
-2.710 |
-0.096 |
-1.288 |
|
8 |
1.800 |
-0.035 |
0.000 |
17 |
-4.210 |
-0.030 |
-0.754 |
|
9 |
2.783 |
0.000 |
0.000 |
18 |
-7.400 |
0.000 |
0.000 |
（二）由于电解液对槽体的侧压力，槽体纵向侧板的平面外弯矩 、 ,根据弹性理论，按三边固定一边自由的双向板计算（见图3）。
当 =1时，板内各点的弯矩系数如表2所列。按受平面内垂直荷载的情况来看，仅可计算1,5,9,10,14,18各点。Ly/Lx=1100/3400=0.32。
（三）槽底按固定在纵向侧板上计算，简图如图4。
表2
双向板各点的弯矩系数
|
点号 |
1 |
5 |
9 |
10 |
14 |
18 |
|
M |
|
0.0031 |
||||
|
M |
0.0000 |
0.0005 |
-0.0132 |
0.0000 |
0.0000 |
0.0000 |
三、槽体静力计算
（一）槽体纵向侧板在垂直荷载作用下各点受力情况
1、纵向侧板的垂直荷载
q1=2.3+(0.6×0.08×2.5)=2.42t/m=24.2kg/cm
q2=1.36+(0.6×0.08×2.5)+(0.58×0.1×2.5)=9.45kg/cm
2、纵向侧板各点的受力情况，见表3.
表3
纵向侧板各点的受力情况
|
点号 |
Nxi(kg/cm) |
Nyi(kg/cm) |
|
1 |
24.2(-3.165)+9.45(-2.783)=-102.9 |
24.2(-1)=-24.2 |
|
5 |
24.2(-0.191)+9.45×0.191=-2.82 |
24.2（-0.5）+9.45×0.5=-7.375 |
|
9 |
24.2×2.783+9.45×3.165=97.25 |
24.2×0+9.45×0.5=-7.375 |
|
10 |
24.2×7.02+9.45×7.4=289.81 |
-24.2 |
|
14 |
24.2×（-0.191）+9.45×0.191=-3.82 |
24.2（-0.5）+9.45×0.5=-7.375 |
|
18 |
24.2（-7.4）+9.45（-7.02）=-245.42 |
24.2×0+9.45×（-1）=-9.45 |
（二）槽体纵向侧板平面外弯矩
q3= G=0.1364 3402=15767.84
槽体纵向侧板各点平面外弯矩M
计算结果列于表4.
表4
槽体纵向侧板各点平面外弯矩
|
点号 |
1 |
5 |
9 |
10 |
14 |
18 |
|
|
48.9 |
14.19 |
0.00 |
-157.70 |
-82.00 |
0.00 |
|
|
0.00 |
7.88 |
-208 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
(三)槽体端板（横向侧板）因受电解液的侧压力而对纵向侧板在X方向上产生拉力（图5）。
四、槽体纵向侧板应力组合
计算主拉应力方向按下列公式验算。
根据组合应力，其最大的主拉应力为
六、验算结论
1、铜电解槽主要承重构件为纵向侧板，其最大拉应力处，在点号10处（即电解槽支撑点上部），为4.47MPa，小于呋喃树脂混凝土抗拉强度 。而其他部位的最大主拉应力 。所以，可不配钢筋。
2、槽底的拉应力 ，而 则更小。所以槽底可以减薄为7~~8cm。
3、为更安全起见，在槽体支撑点，上口部位放置1 12，1=1000mm的钢筋四根，增强槽体使用强度。
4、槽体横向侧板，由于 mm，可不验算，视为安全。
备注：选自《中国腐蚀与防护学会建筑工程专业委员会第二次学术会议论文选编》
