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第8期 宋波等：大型反应器加劲薄钢板结构屈曲性能 .1097. 043x10096I0000144a00199 0241×10'0724x10306012070001t00002173 图5矩形开孔周围有加劲时的等效应力云图(a)与变形云图(b) Fig 5 Equi-stress nephogrm (a)and defomation nephognm (b)of the thn plate w ith a rectangular hole stiffened with ribs 23板厚对加劲板的屈曲性能的影响 式中，为板的厚度，E为弹性模量，为泊松比，其 根据小变形理论，得到单向均匀受压简支板的 弹性屈曲荷载为： 中nB π‘D P.=k B 由公式(3)可知，对于单向均匀受压矩形板，当 (2) 边界条件确定时，其宽厚比对临界屈曲荷载值起决 式中，k为屈曲系数，b为板的宽度，且k= mb+ 定作用，宽厚比的平方与临界屈曲荷载值成反比 关系， 2 mb ,取决于板的长度和宽度方向的比值a么m 实际中，反应器主体外板加劲间距为0.975~ 1.015m,加劲肋为L140mm×90mm×10mm角钢， 为板屈曲的半波数，D为单位宽板的抗弯刚度，对 外板壁厚6mm,带加劲肋的薄钢板的计算模型如 于设计工作来说，需要的是k系数的最小值.令a么= 图6所示，加载方式为单向均布线荷载，与矩形开 a,取偏导令其等于零，解得α=m时，k。=4因此 孔板加载方式相同，分析板厚和加劲肋形式对带加 四边简支的单板单向受压时的临界应力为： 劲肋的薄钢板屈曲稳定性的影响 o..-Nw-4r'D_Et 2 t 1b (3) L形加劲防 L形加劲助 T形加动肋 板格1 板格2 93 图6加劲肋的薄钢板平面图（单位：m) Fig 6 Plane graph ics of the thn steel sheet w ith ribbed stiffeners(unit m) 当加劲形式和加劲肋间距不变时，研究板厚对 的宽厚比的减小，影响会越来越大，实际工程中的 带加劲肋的薄钢板的弹性屈曲临界荷载值的影响， 反应器，不仅会受到面内压力，还可能作用有面外均 加劲肋为T120mm×110mm×10mm,板厚分别取 布荷载，两者共同作用下对带加劲肋的薄钢板的屈 =5,67,8mm板的边界条件亦为两横边固结， 曲特征值随板厚的变化如图8所示 两纵边对称边界， 分别计算只加载单向均匀面内压力，以及既有 如图7，从计算结果发现，板厚对屈曲特征值的 单向均匀面内压力，又有面外均布压力作用下，板厚 影响非常明显，板厚5mm时的特征值为89.4kN· 为5~8mm时弹性屈曲临界荷载值.从图上可以看 m,约为板厚为6mm时的680%.另外，从图上 出，面外力对临界屈曲荷载值的影响很大，就本文 可以看出，其他条件相同时，加载边固结还是简支对 讨论的反应器结构而言，板厚6mm,有面外均布压 屈曲特征值的影响比较小，但随着板厚的增加，即板 力5800Pa时特征值屈曲荷载值为仅受单向面内压第 8期 宋 波等： 大型反应器加劲薄钢板结构屈曲性能 图 5 矩形开孔周围有加劲时的等效应力云图 （ａ）与变形云图 （ｂ） Ｆｉｇ．5 Ｅｑｕｉ-ｓｔｒｅｓｓｎｅｐｈｏｇｒａｍ （ａ） ａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｎｅｐｈｏｇｒａｍ （ｂ） ｏｆｔｈｅｔｈｉｎｐｌａｔｅｗｉｔｈａｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｈｏｌｅｓｔｉｆｆｅｎｅｄｗｉｔｈｒｉｂｓ 2．3 板厚对加劲板的屈曲性能的影响 根据小变形理论得到单向均匀受压简支板的 弹性屈曲荷载为： Ｐｃｒｘ＝ｋ π 2Ｄ ｂ 2 （2） 式中ｋ为屈曲系数ｂ为板的宽度且 ｋ＝ ｍｂ ａ ＋ ａ ｍｂ 2 取决于板的长度和宽度方向的比值 ａ／ｂｍ 为板屈曲的半波数Ｄ为单位宽板的抗弯刚度．对 于设计工作来说需要的是 ｋ系数的最小值．令 ａ／ｂ＝ α取偏导令其等于零解得 α＝ｍ时ｋｍｉｎ＝4．因此 四边简支的单板单向受压时的临界应力为： σｃｒ＝ Ｎｃｒ ｔ ＝ 4π 2Ｄ ｔｂ 2 ＝ π 2Ｅ 1—ν 2 ｔ ｂ 2 （3） 式中ｔ为板的厚度Ｅ为弹性模量ν为泊松比其 中 Ｄ＝ Ｅｔ 3 12（1—ν 2 ） ． 由公式 （3）可知对于单向均匀受压矩形板当 边界条件确定时其宽厚比对临界屈曲荷载值起决 定作用宽厚比的平方与临界屈曲荷载值成反比 关系． 实际中反应器主体外板加劲间距为 0∙975～ 1∙015ｍ加劲肋为 Ｌ140ｍｍ×90ｍｍ×10ｍｍ角钢 外板壁厚 6ｍｍ．带加劲肋的薄钢板的计算模型如 图 6所示．加载方式为单向均布线荷载与矩形开 孔板加载方式相同．分析板厚和加劲肋形式对带加 劲肋的薄钢板屈曲稳定性的影响． 图 6 加劲肋的薄钢板平面图 （单位：ｍ） Ｆｉｇ．6 Ｐｌａｎｅｇｒａｐｈｉｃｓｏｆｔｈｅｔｈｉｎｓｔｅｅｌｓｈｅｅｔｗｉｔｈｒｉｂｂｅｄｓｔｉｆｆｅｎｅｒｓ（ｕｎｉｔ：ｍ） 当加劲形式和加劲肋间距不变时研究板厚对 带加劲肋的薄钢板的弹性屈曲临界荷载值的影响． 加劲肋为 Ｔ120ｍｍ×110ｍｍ×10ｍｍ板厚分别取 ｒ＝5678ｍｍ．板的边界条件亦为两横边固结 两纵边对称边界． 如图 7从计算结果发现板厚对屈曲特征值的 影响非常明显板厚 5ｍｍ时的特征值为 89∙4ｋＮ· ｍ —1约为板厚为 6ｍｍ时的 68．0％．另外从图上 可以看出其他条件相同时加载边固结还是简支对 屈曲特征值的影响比较小但随着板厚的增加即板 的宽厚比的减小影响会越来越大．实际工程中的 反应器不仅会受到面内压力还可能作用有面外均 布荷载两者共同作用下对带加劲肋的薄钢板的屈 曲特征值随板厚的变化如图 8所示． 分别计算只加载单向均匀面内压力以及既有 单向均匀面内压力又有面外均布压力作用下板厚 为 5～8ｍｍ时弹性屈曲临界荷载值．从图上可以看 出面外力对临界屈曲荷载值的影响很大．就本文 讨论的反应器结构而言板厚 6ｍｍ有面外均布压 力 5800Ｐａ时特征值屈曲荷载值为仅受单向面内压 ·1097·