鞍座位置分析

鞍座位置A系指鞍座形心至邻近封头切线的距离，对非对称型鞍座通常以地脚螺栓孔中心线至封头切线的距离作为A’ 
鞍座位置是否适当对容器受力情况影响颇大，它是影响容器设计合理与否的一个重要因素。 
为使封头对鞍座处的圆筒起加强作用，可取A<0．5Rm,当需调整容器受力状况,，则可适当变动鞍座位置，但A值最大不得大于0．25L，通常不应大于0．2L。一般设计时，可设定A<0．5Rm；但当鞍座平面上设有加强圈，或容器压力较高壁厚较大时、或容器长径比较大时，则A值可较大。 
如容器的配管或安装无特殊要求，则鞍座位置最好不要在设计前预先加以限定，以便使其位置设计得较合理。 
某卧式容器，内径为3000mm，圆筒长度(切线至切线)为18780mm，长径比为6．26，且设有加强圈，因而其A值取得较大。设内加强圈时，A=3600mm，A／L=0．192；设外加强圈时，A=3040mm，A／L=0．162。 
现分析鞍座位置与轴向应力、切向剪应力和周向应力的关系。 
(1)鞍座位置与轴向应力的关系 
筒体轴向应力系由压力和轴向弯矩产生的两项轴向应力组合而成，而鞍座位置的变化，直接影响到弯矩的变化。当A值增大时，圆筒中间处截面的弯矩M1减小，鞍座处截面上的弯矩M2增加。当A=0．2L时，M1和M2值将趋于接近。 
由于鞍座位置的变化，还将引起鞍座平面上圆筒承受轴向弯矩的有效截面积的变化。当封头邻近鞍座即A<0.5Rm时，由于封头“挺性”的作用，使鞍座截面处的圆筒保持圆形，因而圆筒的整个截面皆可承受弯矩M2的作用；当鞍座远离封头即A>0．5Rm时，封头“挺性”不足以使圆筒在鞍座位置处仍保持圆形，而在切向剪力产生的周向弯矩作用下，使该处圆筒的上部“塌陷”，从而使圆筒有效抗弯截面减小，此时，圆筒有效抗弯截面所对应的圆弧角，等于鞍座包角加上未被鞍座包容的圆筒圆弧角的六分之一。若不考虑鞍座位置的变化对弯矩M2的影响，则因圆筒有效抗弯截面的减小，将使鞍座截面上靠近水平中心线处的圆筒轴向弯曲应力增大约八倍，而鞍座平面横截面最低点处的圆筒轴向弯曲应力将增大约四倍。因而在轴向弯矩引起的轴向应力值较大的情况下，应取A4<0。5Rm。以充分利用封头的“挺性”对圆筒起加强作用，从而有效地降低圆筒轴向应力。 
(2)鞍座位置与切向剪应力的关系。 
当封头对圆筒起加强作用时(即A<0．5Rm)，圆筒上靠近鞍座边角处的最大剪应力值不随A值变化而变化。在鞍座平面处的圆筒由于剪应力引起的变形受到封头“挺性”的约束，亦即该截面上圆筒仍能保持圆形。 
当鞍座远离封头(即A>0．5Rm)，且在鞍座平面处无加强圈时，鞍座处的圆筒因无封头“挺性”的支持，在剪应力的作用下，使该处圆筒上部发生“塌陷”丧失承载能力，从而使剪力分布相应调整：趋向于集中在鞍座边角处附近，且最大剪应力出现在鞍座边角处附近。 
(3)鞍座位置与周向应力的关系 
由于周向压缩力和周向弯矩的作用，在鞍座边缘处和鞍座加强板边缘处产生周向应力。 
对无加强圈的卧式容器，其鞍座平面上的周向弯矩尚难从理论上推导。GB150式(8-19)—(8-22)中的后一项即为由周向弯矩产生的周向应力，其弯矩值按在鞍座平面上有加强圈时的周向弯矩取值。但实际上，无加强圈时的周向弯矩比有加强圈时的周向弯矩为小，为了使计算应力与实际应力相接近，因而假定圆筒有一较大的宽度承受这一假想的弯矩，该宽度为下列二者值中的较小值：圆筒平均直径的两倍或筒体长度的二分之一。 
鞍座中心距封头切线之间的距离不同，封头对圆筒的加强效应也有所不同，因而周向弯矩也随之变化。为此在式(8—19)—(8—22)中引入了系数足K6，以对周向弯矩加以修正。 
当A值在0．5Rm~Rm范围内变化时，由周向弯矩引起的周向应力随A的增加呈线性增加；而若A<0．5Rm或A>Rm，该项应力不随A值而变化，但A>Rm时弯矩引起的周向应力为A<0．5Rm时的四倍。为使鞍座边角处和鞍座加强板边缘处的周向应力值较低，应使A<0．5Rm。 
周向应力σ5、σ7、σ8与A值无关。 
大量的卧式容器工程设计计算表明，鞍座边角处和鞍座加强板边缘处的周向应力往往是容器计算中起控制作用的应力。为了降低该两处的周向应力，使A<0．5Rm，是一有效的途径。 
综上述鞍座位置对卧式容器受力的影响，可得如下结论。 
(1)鞍座邻近封头，可降低鞍座截面处圆筒轴向应力、鞍座边角处和鞍座加强板边缘处的周向应力； 
(2)增大鞍座与封头之间的距离，有利于降低圆筒中间处的轴向应力； 
(3)在鞍座远离封头(A>0．5Rm)的情况下，A值的变化对剪应力大小的影响与容器长径比有关。