三腔罐的结构优化，结构设计真有这么神奇吗？
1. 需要设计三腔罐
很多时候，工厂需要立式圆筒形储罐进行原料或者介质储存。
有一种情况是，工厂好几种原料，都需要用到储罐。而每种的量不是很多，这时候为了这3-4种原料，做三四个储罐是非常不经济的，甚至由于场地的限制，为每种原料做个单独的储罐根本不可能。
此时聪明的工艺人员想到一个方法：
正如不是每个人都能住一套房，囊中羞涩的时候，和人合租也是可以的。
为什么不做一种储罐，然后中间用隔板隔开成三四个腔，每个腔都可以存放不同的介质，这样不就只用一个储罐解决问题了吗。
场地，成本都大大降低！
至于怎么设计，那就不归工艺管了，这是设备应该考虑的事情。
工艺，事了拂衣去，深藏身与名。
2. 设备专业如何考虑
设备接到手，抗议无效后，发愁了，这种结构没有见过啊，应该如何设计，如何计算呢？
第一时间考虑的布置如下图所示，中间三块隔板弄到一起。
由于平板受力不好，所以在隔板上再加上扁钢或者角钢加强。
设备弄了个奔驰结构：
但是这种结构有个问题，中间三块隔板相连的地方，焊接重合在一起，此处容易失效，焊接，检测都有很大的问题。
如何解决这个问题呢？
设计人又想到一个主意，在中间加上一个立柱不就行了吗？
用钢管做立柱，分隔板焊接在立柱上。分隔板再用型钢加强，隔板加筋板可以用材料力学的算法解决。
通过计算发现，需要加的型钢量多又大，由于都是不锈钢的，结构焊接量多，材料也用的多。
虽然能做，但是总觉得不够优美！
这时业主问了一个问题，分隔板能否不用型钢加强？
原因之一是降低造价，尽量减少焊接量，另一个是型钢与中心管焊接或者罐壁板焊接，都不是很好焊，而且遇到热胀冷缩可能会有问题。
3. 三腔罐的结构设计
不加型钢应该如何设计？
大多数设计人只会根据已有的结构来设计，如果要自己想结构，并将其合理化，这个难度是相当大的。
这时有位同事说道，这种结构我见过，无论两腔，三腔，四腔，采用这种结构都非常合适，可以完美解决需求，而且结构很稳定，造价还便宜。
结构设计真有这么神奇吗？
说完，他找出了照片：
矩形的中间立柱，中间折过的（瓦楞）波纹板，边缘用倒扣的C型钢板，类似于槽钢。
经过折弯的波纹板，其刚度非常大，足以抵抗液柱静压。波纹板与中心管以及C型板焊接，都是90°垂直焊接，焊接效果很好。
参考以前的图纸，10米直径的4腔罐，不锈钢波纹隔板厚度只有10mm。
5m的三腔罐，中间用6边形立柱，波纹隔板厚度只有6mm。
真是太神奇了。
4. 分析验证
既然已经有了参考，那么方案很快定了下来。
除了参考以前的设计，还有必要做个分析验证一下结构合理性。
先建立整体模型。
剖开如下图
波纹隔板详图如下：
划分网格
边界条件：
1.基础底板下表面固定约束
2. 分别给一腔（两腔，三腔）施加到包边角钢的液柱静压力，介质密度为1000kg/m3.
3. 施加重力载荷，重力加速度为g=9.8m/s2
4. 罐顶考虑最大外载荷，施加均布载荷1250Pa（0.00125MPa）。
下图为一腔施加液柱静压力：
一腔充液的薄膜应力云图
给一腔施加载荷的一次加二次的应力云图。
最大应力位置 |
应力强度及 组合应力强度 |
应力强度 计算值 |
应力强度 许用值 |
最下层壁板和隔板相连处 |
SⅡ(PL) |
77.69 |
177 |
隔板和中心柱焊接处 |
SⅣ(PL+Pb+Q) |
273.53 |
354 |
接着计算两腔施加载荷，应力分布如下，评定结果为合格：
三腔同时施加载荷，按照推理来说，应该是受力最好的，根据计算结果，验证了猜测。
最大应力位置 |
应力强度及 组合应力强度 |
应力强度 计算值 |
应力强度 许用值 |
最下层壁板和隔板相连处 |
SⅡ(PL) |
38.11 |
177 |
隔板和中心柱焊接处 |
SⅣ(PL+Pb+Q) |
54.579 |
354 |
5. 结论
通过计算发现波纹板效果非常好，通过中心管和边缘的C型板的设置，降低了集中应力，将载荷比较均匀地分散到罐壁，立柱，使得获得比较好的应力分布。
根据文献，波纹板本身可以用等效的平板代替，用等效的弹性常数代替平板的常数。这也给我们采用公式计算提供了一个途径，可以用等效弹性模量等参数，采用平板模型，估算波纹板厚度。
https://www.doc88.com/p-7819635638132.html
这个故事也告诉我们：
良好、合理的结构设计，比计算更为重要。
