電解槽專題
電解槽專題
無配筋樹脂混凝土電解槽工程試點的目的，是為了探討利用呋喃樹脂具有較高抗拉強度的特點，以制作無筋電解槽的可能性，因此，僅對電解槽進行強度復核，而未作剛度驗算和溫度驗算。
一、銅電解槽的幾何尺寸和計算資料
（一）幾何尺寸
銅電解槽的幾何尺寸如圖1。
（二）計算資料
銅電解液含硫酸和銅等金屬離子，溫度55℃，比重為1240kg/ 。
銅電解槽側壁掛銅陽極板39塊，每塊重200kg,，共7800kg。按均布荷載計。
=7800÷3.4=2300kgf/m=22.56kN/m
呋喃樹脂混凝土抗拉強度Rt為5MPa，彈性模量E為3.5×10MPa。
二、驗算假定及公式
（一）根據銅電解槽使用情況，該槽縱向側壁為主要承重構件。對于平面內垂直盒子啊來說，由于槽深h為100mm，槽 支點艱巨l為2760mm，l/h=2760/1100=2.51＜5。因此，再采用普通公式計算就不合適了，而采用簡支深梁來近似計算，如圖2。
深梁（l/h＜5）的受力特點與一般梁不同。一般梁可視為由若干根水平壓桿和拉桿組成，只承受水平向的壓應力和拉應力，各層桿之間不存在豎向擠壓應力，而深梁的上一層桿與下一層桿之間則存在豎向應壓力。
由于L/H=2700/1200=2.25，當 =1， =1時，深梁各點的應力系數列于表1。
表一
深梁各點的應力系數
|
點號 |
σx |
σy |
σxy |
點號 |
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）由于電解液對槽體的側壓力，槽體縱向側板的平面外彎矩 、 ,根據彈性理論，按三邊固定一邊自由的雙向板計算（見圖3）。
當 =1時，板內各點的彎矩系數如表2所列。按受平面內垂直荷載的情況來看，僅可計算1,5,9,10,14,18各點。Ly/Lx=1100/3400=0.32。
（三）槽底按固定在縱向側板上計算，簡圖如圖4。
表2
雙向板各點的彎矩系數
|
點號 |
1 |
5 |
9 |
10 |
14 |
18 |
|
M |
|
0.0031 |
||||
|
M |
0.0000 |
0.0005 |
-0.0132 |
0.0000 |
0.0000 |
0.0000 |
三、槽體靜力計算
（一）槽體縱向側板在垂直荷載作用下各點受力情況
1、縱向側板的垂直荷載
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、縱向側板各點的受力情況，見表3.
表3
縱向側板各點的受力情況
|
點號 |
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）槽體縱向側板平面外彎矩
q3= G=0.1364 3402=15767.84
槽體縱向側板各點平面外彎矩M
計算結果列于表4.
表4
槽體縱向側板各點平面外彎矩
|
點號 |
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)槽體端板（橫向側板）因受電解液的側壓力而對縱向側板在X方向上產生拉力（圖5）。
四、槽體縱向側板應力組合
計算主拉應力方向按下列公式驗算。
根據組合應力，其最大的主拉應力為
六、驗算結論
1、銅電解槽主要承重構件為縱向側板，其最大拉應力處，在點號10處（即電解槽支撐點上部），為4.47MPa，小于呋喃樹脂混凝土抗拉強度 。而其他部位的最大主拉應力 。所以，可不配鋼筋。
2、槽底的拉應力 ，而 則更小。所以槽底可以減薄為7~~8cm。
3、為更安全起見，在槽體支撐點，上口部位放置1 12，1=1000mm的鋼筋四根，增強槽體使用強度。
4、槽體橫向側板，由于 mm，可不驗算，視為安全。
備注：選自《中國腐蝕與防護學會建筑工程專業委員會第二次學術會議論文選編》
