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电解槽专题

电解槽专题

呋喃树脂混凝土无筋铜电解槽强度验算

文字:[大][中][小] 2012-9-21  浏览次数:3311

    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》

 

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