Расчет толщины металла для емкости
Обновлено: 05.05.2024
− применять прогрессивные конструкции (пространственные системы из стандартных элементов; конструкции, совмещающие несущие и ограждающие функции; предварительно напряженные, вантовые, тонколистовые и комбинированные конструкции из разных сталей);
− предусматривать технологичность изготовления и монтажа конструкций;
− применять конструкции, обеспечивающие наименьшую трудоемкость их изготовления, транспортирования и монтажа;
− предусматривать, как правило, поточное изготовление конструкций и их конвейерный или крупноблочный монтаж;
− предусматривать применение заводских соединений прогрессивных типов (автоматической и полуавтоматической сварки, соединений фланцевых, с фрезерованными торцами, на болтах, в том числе на высокопрочных и др.);
− предусматривать, как правило, монтажные соединения на болтах, в том числе на высокопрочных; сварные монтажные соединения допускаются при соответствующем обосновании;
− выполнять требования государственных стандартов на конструкции соответствующего вида.
В данной курсовой работе мы попробуем рассчитать резервуар вертикальный стальной с понтоном.
Все расчеты выполнены по методу предельных состояний по СНиП 2-23-81* и СНиП 2.01.07-85 Нормы позволяют выбрать класс сталей для элементов резервуаров, рекомендуют вид сварки и сварочных материалов, метод монтажа, конструктивные решения, типы фундаментов и оснований. Здесь же даются указания по защите резервуаров от коррозии, охране окружающей среды, противопожарным мероприятиям.
1. Определение оптимальных параметров резервуара по критерию минимальности металла, затраченного на сооружение
Проверим возможно ли сооружать заданный резервуар с постоянной толщиной стенки:
гдеπ = 3,14 – трансцендентное число «пи»;
tко = 5 мм – минимальная, конструктивно необходимая толщина нижнего пояса стенки, согласно таблице 3.3 ПБ 03-605-03;
ρ = 765 кг/м 3 – плотность хранимой жидкости ,
g = 9,8067 м/с 2 – ускорение свободного падения,
Ry = расчетное сопротивление стали (листового проката) при сжатии, растяжении по пределу текучести.
Δдк =1,8 см =Оптимальная высота резервуара:
γс = 0,8 – коэффициент условий работы конструкции, при расчете стенки резервуара на прочность согласно ПБ 03-605-03 пункту 3.5.3.1.
При полистовой сборке,Находим количество поясов:
hл΄ = hл – 0,01 (строжка листов по ширине – 10 мм (таблица 1))
где hл – высота листа (по условию – 2м);
hл΄– высота листа с учетом строжки листа или подготовки листа под сварку.
hл΄ = 2 м – 0,01 м = 1,99 м,
Уточненная высота резервуара Н:
Радиус резервуара оптимальный:
Количество листов в каждом поясе при полистовой сборке:
Тогда число листов либо 15,5 либо 16.
Тогда число листов либо 15 либо 15,5.
Рассчитаем возможные радиусы резервуара:
Фактический (строительный) объем резервуара:
Проверим соответствие геометрического объема резервуара номинальному:
·2. Расчет толщины стенки резервуара
2.1 Расчет высоты налива и объема жидкости в резервуаре
Нн – высота налива жидкости, м. Высота налива (допустимый (максимальный) аварийный уровень налива жидкости) определяется для РВС с пеногенераторами встроенными в стенку РВС нижним краем пеногенератора минус 0,3м (предусматривается АСКП – автоматическая система комбинированного пожаротушения).
Применяемое оборудование: Камера низкократной пены модели "Афрос", размеры – 340мм х 340мм.Место установки Камеры мод. "Афрос" монтируются на верхнем поясе около крыши резервуара на штатных технологических люках. Камера состоит из собственно пеногенератора, который соединяется с цилиндрическим корпусом, имеющем съемное дно. Это дно служит для проведения ревизии разрывной предохранительной мембраны и ее замены. Цилиндрический корпус имеет стыковочный фланец, в котором установлена предохранительная разрывная мембрана, которая одновременно изолирует полость корпуса с пеногенератором от внутренней полости резервуара. Во внутренний объем резервуара выходит цилиндрический наконечник, заканчивающийся щелевым насадком, формирующем веерную струю пены.
Рис. 1. Камера низкократной пены модели "Афрос"
Рис.2. Схема монтажа «Афрос»
Допустимый (максимальный) аварийный уровень налива жидкости:
Далее находим объём жидкости в резервуаре:
где i = 1:75 (уклон днища)
Находим высоту конуса днища резервуара:
1. Zi – расстояние от днища резервуара до нижней кромки i – го пояса:
Прямоугольный резервуар (бак, емкость) расчет?
Бак должен соответствовать Правилам устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением. Сталь чёрная или нержавейка? Срок службы сосуда?
Бак случаем не для аккумулирования холода для системы холодоснабжения?
Если да, то это самая поганая схема, которую можно предложить на сегодняшний день .
Я обычно ставлю оборудование фирмы CIAT (Cristopia).
З.Ы. А 10 атм не дох. пардон, не многовато ли??
Спасибо за ответ. Действительно должен соответствовать, но пока что все таки вопрос ближайший только расчет и ко мне в том числе со стороны руководства, как говориться сказали птичка бурундук нехр.. крылья искать) ..вообщем находил эти правила но читать пока что не приходилось, времени только на расчет и очень быстрый и чем точнее тем лучше. Срок службы максимальный который есть. Сталь желательно черная.
Нет, схема судя потому как объяснили примерно в вопросе так и озвучил: магистраль х.в. в этот самый бак и из него в здание по этажам, да в принципе не суть дела( как они там дальше будут насосы поплавки датчики это не мой пока вопрос), а вопрос опять же все таки надо рассчитать( на прочность чтобы не порвало эту емкость) на это самое большое действительно давление судя по переводу на кгс/м2 получается 10 атм-100т/м2 если конечно я не ошибаюсь, это же просто очень дох.
Спасибо Вам всем за ответ, ну вот такая пока что задача (только расчет и все) помогите пожалуйста если есть такая возможность(может чертежи сами есть для решения подобного вопроса и расчет), примерный бачок который должен получиться нашел здесь прикреплю попробую фото не много погодя
. необходимо сделать расчет прочностной. резервуара прямоугольного . 1,5x1,5x2 из листовой стали. при. давлении 10 атм.
Расчет КОНСТРУКЦИИ производится ПОСЛЕ предварительного конструирования. Из вашего описания конструкция неясна - одни листы на голой угловой сварке что ли? Если так, то для давления в 10 атм при Ваших размерах понадобятся листы толщиной порядка 20. 30 мм. Вряд ли кто-то предполагает такую конструкцию.
Делают или шары, или цилиндры или каркас на худой конец:
Это расчет в геометрической нелинейке и не быстрый.
Если в линейке (с кучей лишего металла), то опять не быстрый.
А вот это зря! По предварительным прикидкам, с учётом испытаний на 12,5 атм., толщину листов нужно брать не менее 8 мм, если удачно разработать рёбра. Бака хватит лет на 30. Правда, пузцы между рёбрами после испытаний скорее всего останутся.
Спасибо за ответ
Все таки хотя бы какой то есть метод расчета пускай хоть грубый будет, времени совсем мало. Спасибо.
да может быть и зря, для себя только если почитать ..программы нашел PVP_Design и Passat но там опять же цилиндрического очертания, может есть другие какие для прямоугольного? чет совсем нечего не получается с литературой Спасибо за ответ
Если можно выложите пожалуйста этот расчет (хоть предварительный, примерный пускай) как это получилось при 12,5 атм. Спасибо
Грубо можно прикинуть так - находите нарузку на каждую грань (см. рис - вода весом несущественно давит, вся нагрузка от избыточного давления, т.е. грубо 100 т/кв.м., умножаем на коэфф. надежности (или исп.) типа 1,25. 1,4).
Считаете, что лист опирается шарнирно на все четыре стороны, и находите максимальный изгибающий момент (например по Гореву, т.1, гл. 8.31., стр 478,479), и находите толщину листа из условия прочности. Поверяете прогиб.
Получив офигенную толщину, ставите ребро, например разделив на 2 части по горизонтали. Повторяете расчеты.
Если все еще не комильфо, делите опять ребрами на участи (можно и по вертикали). И так, пока Вас не устроит толщина листа.
Затем высчитываете нагрузку на самое нагруженное ребро (по грузовой площади в упрощенной форме), и вычисляете требуемые W и I из условия прочности и гибкости (выгиба).
Далее чертите, по полученным чертежам исполняемого на практике резервуара проверяете все заново. Проверяете швы.
Примерно так.
Если можно выложите пожалуйста этот расчет (хоть предварительный, примерный пускай) как это получилось при 12,5 атм. Спасибо
Взял самый нагруженный (2х1,5 метра) лист, принял его абсолютно жёстким, нагрузил его 12,5 атм, посчитал необходимую толщину на срез (по контуру), добавил коррозии на 30 лет, округлил до большей толщины стандартного листа с учётом его минусового допуска. Теперь рёбрами жёсткости нужно приблизить жёсткость к абсолютной. Поскольку это не удастся, то между рёбрами возможны пузообразные выдавки.
Когда-то делал аналогичный бак, так рёбра считал так (применительно к листу 2х1,5):
1. Рёбра принял короткие, т.е. 1,5 м.
2. Посчитал максимальный момент в середине листа и определил необходимый в этом месте момент сопротивления (лист защемлённый с обеих сторон).
3. Определил необходимое сечение ребра жёсткости в этой части с учётом уже имеющегося листа. Сделать скидку на то, что по размеру 2 метра уже есть стенки и рёбер не нужно.
4. Толщину полученного ребра разделил на несколько листов, т.е., сделал несколько рёбер, поэтому ребро нужно конструктивно подобрать с оптимальным соотношением высоты и толщины.
5. Посчитал напряжения в листе между новыми рёбрами (защемлёнными с обеих сторон). Этот расчёт можно сделать заранее, чтоб определить необходимый шаг рёбер и исходя из этого подобрать оптимальное соотношение высоты и толщины ребра по п. 4. Возможно, будет смысл сделать рёбра, перпендикулярные полутораметровым.
Для других стенок подойдут эти же рёбра, с тем же шагом.
У меня было давление намного меньше, а бак намного больше. Уже года четыре работает без замечаний.
В "Правилах", которые нужно всё-таки почитать, говорится о люках, лестницах, разработке, изготовлению, регистрации, эксплуатации и т.д.
9. Расчет конструкций резервуара
Расчет конструкций резервуаров выполняется по методике предельных состояний в соответствии с ГОСТ 27751 - по предельным состояниям первой и второй групп.
Условные обозначения и размерности используемых величин приведены в Приложении П.1.
9.1.1. Нагрузки и воздействия
9.1.1.1. В процессе строительства и в течение расчетного срока службы резервуар должен выдерживать заданные при проектировании нагрузки и воздействия.
9.1.1.2. Классификация, нормативные и расчетные значения нагрузок и воздействий, а также учет их неблагоприятных сочетаний осуществляется исходя из климатических и сейсмических условий, а также технологических особенностей эксплуатации резервуара и в соответствии со СНиП 2.01.07-85*.
9.1.1.3. Расчетное значение нагрузки следует определять как произведение ее нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузке, соответствующий рассматриваемому предельному состоянию и принимаемый по СНиП 2.01.07-85*.
9.1.1.4. К постоянным нагрузкам относятся нагрузки от собственного веса элементов конструкций резервуаров.
9.1.1.5. К временным длительным нагрузкам относятся:
- нагрузка от веса стационарного оборудования;
- гидростатическое давление хранимого продукта;
- избыточное внутреннее давление или относительное разряжение в газовом пространстве;
- снеговые нагрузки с пониженным нормативным значением;
- нагрузка от веса теплоизоляции;
- воздействия от деформаций основания, не сопровождающиеся коренным изменением структуры грунта.
9.1.1.6. К временным кратковременным нагрузкам относятся:
- снеговые нагрузки с полным нормативным значением;
- нагрузки от веса людей, инструментов, ремонтных материалов;
- нагрузки, возникающие при изготовлении, хранении, транспортировке и монтаже конструкций резервуара.
9.1.1.7. К особым нагрузкам относятся:
- аварийные нагрузки, связанные с нарушением технологического процесса;
- воздействия от деформаций основания, сопровождающиеся коренным изменением структуры грунта;
- нагрузки, возникающие в процессе стихийного бедствия.
9.1.1.8. При определении нагрузки от собственного веса элементов конструкций резервуара следует использовать значения номинальной толщины элементов t. При проверке несущей способности элементов конструкций резервуара используются значения расчетной толщины элементов (t-Δtc-Δtm).
9.1.1.9. Нагрузки и их сочетания, используемые при расчете резервуаров, приведены в Приложении П.4.
9.1.2. Учет уровня ответственности
9.1.2.1. Уровень ответственности (класс опасности) резервуаров при расчете прочности и устойчивости основных несущих конструкций должен учитываться снижением расчетного сопротивления стали на коэффициент надежности по ответственности γn, значения которого приведены в таблице 9.1.
Таблица 9.1
9.1.2.2. Определение нагрузок на фундамент резервуара, а также его проверка на опрокидывание должны производиться с исходными технологическими, климатическими и сейсмическими нагрузками, умноженными на коэффициент надежности по ответственности γn.
9.1.3. Учет условий работы
Отклонения условий эксплуатации элементов конструкций от нормальных учитываются коэффициентами условий работы γс, приведенными в таблицах 9.2, 9.3.
Таблица 9.2
Таблица 9.3
9.1.4. Учет температуры эксплуатации
Для условий эксплуатации резервуаров при температуре выше плюс 100°С необходимо учитывать снижение расчетного сопротивления стали путем введения коэффициента γt, назначаемого в зависимости от максимальной расчетной температуры металла Т по формулам:
[σ]T, [σ]20 - допускаемые напряжения стали при температуре соответственно Т и 20°С, определяемые по ГОСТ Р 52857.1-2007. В случае применения сталей, не указанных в ГОСТ Р 52857.1-2007, допускаемые напряжения [σ]T, [σ]20 принимаются по согласованию с Заказчиком.
9.1.5. Нормативные и расчетные характеристики материалов
9.1.5.1. Нормативные значения характеристик сталей Rуn принимаются по соответствующим ГОСТ и техническим условиям.
9.1.5.2. Расчетные сопротивления сварных соединений следует определять по СНиП II-23-81*.
9.1.5.3. Расчетные сопротивления металлопроката для растяжения, сжатия, изгиба и сдвига следует определять по СНиП II-23-81* с учетом коэффициента надежности по материалу γm, принимаемого равным:
- для сталей по ГОСТ 27772, ГОСТ 19281 (Rу < 380 МПа) - γm = 1,05;
- для сталей по ГОСТ 19281 (Rу ≥ 380 МПа) - γm = 1,1.
9.2 Расчет стенки
Настоящий раздел содержит указания по расчету толщин стенки резервуара для расчетных сочетаний нагрузок 1-3 (таблица П. 4.1 Приложения П.4).
9.2.1 Общие указания
9.2.1.1. Номинальные толщины поясов стенки резервуара назначаются по итогам выполнения следующих расчетов:
а) определение толщины поясов из условия прочности стенки при действии статических нагрузок в условиях эксплуатации и гидравлических испытаний;
б) проверка устойчивости стенки;
в) проверка прочности и устойчивости стенки при сейсмическом воздействии (в сейсмически опасных районах).
9.2.1.2. Толщины стенки, назначенные в результате расчета по п. 9.2.1.1б, не должны быть меньше толщин, назначенных по п. 9.2.1.1а. Толщины стенки, назначенные в результате расчета по п. 9.2.1.1 в, не должны быть меньше толщин, назначенных по п. 9.2.1.1б.
9.2.1.3. Назначение толщин стенки из условия прочности при статическом нагружении в условиях эксплуатации и гидро- пневмоиспытаний производится в п. 9.2.2 при действии нагрузки от веса хранимого продукта и избыточного давления.
9.2.1.4. Устойчивость стенки при статическом нагружении проверяется в соответствии с требованиями п. 9.2.3 при действии нагрузок от веса конструкций и теплоизоляции, от веса снегового покрова, от ветровой нагрузки и относительного разрежения (относительного вакуума) в газовом пространстве.
9.2.1.5. Прочность и устойчивость стенки при сейсмическом нагружении проверяется в соответствии с требованиями п. 9.6 при действии нагрузок - сейсмической, от веса хранимого продукта, от веса конструкций и теплоизоляции, от избыточного давления, от веса снегового покрова.
9.2.2. Расчет стенки резервуара на прочность
9.2.2.1. Толщины поясов стенки вычисляются по кольцевым напряжениям, определяемым в срединной поверхности цилиндрической оболочки на уровне с координатой xL, в котором радиальные перемещения стенки в пределах пояса являются максимальными.
9.2.2.2. В процессе прочностного расчета стенки учитывается коэффициент надежности для избыточного давления, равный 1,2 для режима эксплуатации и 1,25 для режима гидро- пневмоиспытаний.
9.2.2.3. Номинальная толщина стенки t в каждом поясе резервуара должна назначаться по формулам:
По согласованию с Заказчиком допускается принимать xL = 0.
Здесь и далее обозначено:
Индексы U, L относятся к параметрам поясов, примыкающих соответственно сверху и снизу к i-му стыку (рис. 9.1). Расчет производится последовательно от нижнего пояса к верхнему. При вычислении толщины первого пояса следует принять xL = 0.
Допускается использовать толщины поясов tL, полученные по результатам расчета стенки на устойчивость (п. 9.2.3) и сейсмостойкость (п. 9.6).
9.2.2.4. Результаты расчета толщины t для каждого пояса стенки следует округлить до целого числа в большую сторону в соответствии с толщинами проката по ГОСТ 19903-74, если не указаны специальные условия поставки листового проката.
9.2.2.5. Пример расчета стенки резервуаров из условия прочности приведен в Приложении П.5.
9.2.2.6. По согласованию с Заказчиком допускается назначать толщины стенки резервуара на основе конечно-элементного расчета составной цилиндрической оболочки с учетом ее моментного состояния. При этом в расчетную модель должна быть включена окрайка днища, связанная с основанием односторонними связями, не сопротивляющимися отрыву днища от фундамента. Коэффициенты условий работы для поясов стенки в режиме эксплуатации принимаются в этом случае такими же, как для режима гидравлических испытаний.
9.2.3. Устойчивость стенки резервуара
Расчет стенки резервуара на устойчивость выполняется в соответствии с указаниями СНиП II-23-81* и включает проверку толщин поясов стенки, необходимость установки промежуточных ветровых колец, а также назначение мест установки и сечений колец, если таковые требуются.
9.2.3.1. Критерий устойчивости стенки
9.2.3.1.1. Устойчивость стенки резервуара обеспечена при выполнении следующего условия:
9.2.3.1.2. Редуцированная высота стенки вычисляется по формуле:
Показатель степени в формуле для величины Нr может быть изменен в меньшую сторону в случае применения уточненных методик расчета устойчивости цилиндрической оболочки переменной толщины.
При наличии ребра жесткости в пределах i-гo пояса в качестве hi берется расстояние от кромки этого пояса до ребра жесткости. В резервуарах с плавающей крышей для верхнего пояса в качестве hi берется расстояние от нижней кромки пояса до ветрового кольца.
9.2.3.1.3. Коэффициент С0 следует определять по формулам:
9.2.3.1.4. Меридиональные напряжения в i-ом поясе стенки вычисляются следующим образом:
а) для резервуаров со стационарной крышей:
б) для резервуаров с плавающей крышей:
9.2.3.1.5. Кольцевые напряжения в i-ом поясе стенки следует определять по формулам:
k - коэффициент учета изменения ветрового давления по высоте стенки z, определяемый по табл. 6 СНиП 2.01.07-85*, либо, если 5 м ≤ z ≤ 40 м, по формуле:
k = 0,365 ln (z) + 0,157.
9.2.3.1.6. Если Gt = 0, или pv = 0, или ps = 0 формулы 9.2.3.1.4-9.2.3.1.5 должны быть приведены в соответствие с полученным сочетанием нагрузок.
9.2.3.1.7. Коэффициент fs, учитывающий форму стационарной крыши, принимается равным:
- 0,7 для купольных крыш при ρr < D,
- 0,9 для купольных крыш при D ≤ ρr < 1,1D,
- 1,0 для конических и прочих купольных крыш.
9.2.3.1.8. При невыполнении условия 9.2.3.1.1 для обеспечения устойчивости стенки следует увеличить толщину верхних поясов, или установить промежуточное кольцо (кольца) или то и другое вместе. При этом место установки промежуточного кольца должно обеспечивать равенство величин HrL, HrU, полученных по формуле 9.2.3.1.2 для участков стенки ниже и выше кольца, и быть не ближе 150 мм от горизонтального сварного шва. Если условие HrL = НrU обеспечить невозможно, ветровое кольцо должно быть установлено на расстоянии 150 мм ниже или выше горизонтального сварного шва, для которого разница величин HrL, HrU будет минимальной.
9.2.3.1.9. После установки промежуточного ветрового кольца, участки стенки над кольцом и под ним должны быть устойчивы, то есть должны удовлетворять условию 9.2.3.1.1.
9.2.3.1.10. Допускается расчет на устойчивость стенки резервуара выполнять по формулам, выражающим критерий устойчивости через действующие и критические значения вертикальной (осевой) нагрузки и внешнего давления:
В качестве вертикальной нагрузки N следует принимать расчетное сочетание снеговой, весовой нагрузок и вакуума (при наличии стационарной крыши), передающихся на нижнюю отметку наиболее тонкого пояса стенки резервуара, а при одинаковой толщине нескольких поясов - на нижнюю отметку нижнего из них.
В качестве внешнего давления Р следует принимать расчетное сочетание проектного вакуума и статической составляющей ветровой нагрузки, отнесенной к уровню верха стенки резервуара. Коэффициенты сочетаний нагрузок принимаются по аналогии с пп. 9.2.3.1.4-9.2.3.1.6.
9.2.3.2. Ветровые кольца жесткости на стенке резервуара
9.2.3.2.1. Необходимое сечение ветрового кольца подбирается из условия восприятия изгибающего момента при действии ветрового давления на стенку опорожненного резервуара.
9.2.3.2.2. Требуемый минимальный момент сопротивления сечения верхнего кольца жесткости резервуаров с плавающей крышей должен определяться по следующей формуле:
где коэффициент 1,5 учитывает разряжение от ветра в резервуаре с открытым верхом.
Если верхнее кольцо жесткости приварено к стенке сплошным угловым швом, в момент сопротивления кольца включаются участки стенки с номинальной толщиной t и шириной 15(t - Δtc) вниз и, если возможно, вверх от места установки кольца.
9.2.3.2.3. В случае необходимости установки промежуточного ветрового кольца, оно должно иметь такую конструкцию, чтобы его поперечное сечение удовлетворяло требованиям:
- для резервуаров со стационарной крышей:
- для резервуаров с плавающей крышей:
где Нrmax - редуцированная высота участка стенки выше, или ниже промежуточного кольца (что больше) и определяемая по формуле 9.2.3.1.2.
9.2.3.2.4. В пунктах 9.2.3.2.2, 9.2.3.2.3 нормативное ветровое давление pw следует назначать не менее 1,2 кПа.
9.2.3.2.5. В момент сопротивления промежуточного кольца жесткости можно включать части стенки с номинальной толщиной t и шириной выше и ниже места установки кольца.
9.3. Расчет стационарных крыш
9.3.1. Общие положения расчета
9.3.1.1. Элементы и узлы крыши должны быть запроектированы таким образом, чтобы максимальные усилия и деформации в них не превышали предельных значений по прочности и устойчивости, регламентируемых СНиП II-23-81*, для всех расчетных нагрузок и их сочетаний, приведенных в таблицах П. 4.2, П. 4.3 Приложения П.4.
9.3.1.2. При расчете учитываются сочетания воздействий, в которых участвуют максимальные значения расчетных нагрузок, действующих на крышу «сверху вниз» (комбинации 1,3, таблица П. 4.2 Приложения П.4):
- от собственного веса элементов крыши в некоррозионном состоянии;
- от веса стационарного оборудования и площадок обслуживания на крыше;
- от собственного веса теплоизоляции на крыше;
- от веса снегового покрова при равномерном или неравномерном распределении снега на крыше;
- от внутреннего разрежения в газовоздушном пространстве резервуара.
9.3.1.3. В резервуарах, работающих с внутренним избыточным давлением, следует также учитывать сочетание нагрузок, в котором участвуют следующие воздействия (комбинация 2, таблица П. 4.2 Приложения П.4):
а) нагрузки, действующие на крышу «сверху вниз» и принимаемые с минимальными расчетными значениями:
- от собственного веса элементов крыши в корродированном состоянии,
- от веса стационарного оборудования и площадок обслуживания на крыше,
б) нагрузки, действующие на крышу «снизу вверх» и принимаемые с максимальными расчетными значениями:
- от избыточного давления с коэффициентом надежности по нагрузке 1,2;
- от отрицательного давления ветра.
9.3.1.4. Для сейсмоопасных районов строительства в проверку несущей способности элементов крыши необходимо включать расчет на особые сочетания нагрузок (комбинации 4, 5, 6 таблица П. 4.2 Приложения П.4) с учетом сейсмического воздействия, определяемого в соответствии со СНиП II-7-81*.
9.3.1.5. Номинальные толщины и геометрические характеристики листовых и прокатных элементов крыши назначаются с учетом припуска на коррозию в соответствии с п. 7.8 и Приложением П.6.
9.3.2 Учет снеговых нагрузок
Несущая способность крыши должна проверяться с учетом равномерного и неравномерного распределения снеговой нагрузки по ее поверхности.
9.3.2.1. Величина действующей на крышу снеговой нагрузки вычисляется по формуле: psr = μрs.
9.3.2.2. Коэффициент неравномерности распределения снегового покрова μ следует определять по таблице 9.5.
ПроСопромат.ру
Технический портал, посвященный Сопромату и истории его создания
Задача на расчет стенок прямоугольного вертикального резервуара
Прямоугольный резервуар представляет собой призматическую оболочку, для расчёта которой применяется вариационный метод В.З.Власова. Следуя этому методу, неизвестную функцию прогиба w (х,у) представляем в виде: w (х,у)= f (у)·φ(х). Одной из этих функций задаются. В данном случае в качестве функции φ(х) принимаем уравнение изогнутой оси элементарной рамы-полоски шириной dу под действием равномерной нагрузки q0, как показано на рисунке. Вторая же функция, f (у), является решением дифференциального уравнения, которое нам и предстоит отыскать. Коэффициенты этого уравнения определяются уже готовыми выражениями табл. «Значения коэффициентов А,В,С вычисленные для отношений b/a сторон прямоугольного контура» (см. рубрику «Таблицы»).В нашем примере при b/a =2:
Найдём: r=4,139 и s=4,766. Сравнивая их, констатируем, что s>r. Следовательно, все четыре корня характеристического уравнения являются комплексными числами, а параметры α и β – действительные положительные:Величинами α и β, а также безразмерной координатой и определяются значения специальных функций Ф1, Ф2, Ф3, Ф4 и их производных, через которые отыскиваются постоянные интегрирования С1÷С4 решением системы алгебраических уравнений :(1)
- Определение постоянных интегрирования.
Из первого уравнения выразим С4=-0,808С2, а из второго С3=0,587С1.
И тогда находим:
Искомая функция обобщенного прогиба f (η) примет вид и будет:
А функция прогиба произвольной точки стенок резервуара: w (х,у)=f (η)·φ(х),
а для граней шириной «b»:2.Определение усилий и построение их эпюр. Для определения усилий с целью построения их эпюр в характерных сечениях стенок резервуара выпишем выражения производных, входящих в формулы:
Для построения эпюры изгибающих моментов Му вычислим также значения функций f (η) и f˝(η) в трёх точках по высоте стенки:Тогда значения в исследуемых трех точках будут:Эпюра Му в середине длинной грани резервуара:
Построение эпюры
в горизонтальном сечении посередине высоты грани, при:
— для грани шириной «b», при а=2м, b=4мЭпюра Мх :
3. Определение наибольших напряжений и проверка прочности.
С целью проверки прочности резервуара вычислим главные напряжения и расчетное напряжение по IV теории прочности в двух наиболее напряженных точках:
1) в центре длинной грани, то есть в точке с координатами
Наиболее опасной является точке №2. Сравнивая расчётное напряжение в ней с допускаемым напряжением [σ]=210 МПа, констатируем, что условие прочности не удовлетворяется, так как 212 МПа >[σ]=210 МПа, имеется незначительное перенапряжение на 0,95%.
4.Построение эпюры прогибов стенки резервуара и оценка жёсткости.
Вычислим прогибы верхней и средней точек среднего сечения широкой грани по формуле:
По этим результатам строим эпюру прогибов:
Наибольшим оказывается прогиб в центре длинной грани, при
Цилиндрическая жёсткость
Допускаемая величина прогиба
Сравнивая, отмечаем, что maxw=0,0129>[w]=0,01м на 29%. Следовательно, жёсткость стенок резервуара недостаточна. Для уменьшения величины прогиба можно либо увеличить толщину стенки h, либо усилить среднее сечение грани уголком, приваренным с внешней или внутренней стороны грани.
Конструкция стенки и расчет на прочность
Стенка резервуара проектируется как в виде рулонированного полотнища заводского изготовления, так и виде отдельных листов, свальцованных по радиусу резервуара. Проектирование стенки в виде рулонов допускается для резервуаров объемом, не превышающем 3000 м 3 . Стенка резервуаров объемом свыше 3000 м 3 должна проектироваться с учетом их изготовления и монтажа из отдельных листов (полистовым методом)[3, 10]
Листы стенки должны совмещаться в одну линию по вертикали по своей внутренней или наружной плоскости. Вертикальные заводские и монтажные соединения на смежных поясах стенки должны быть смещены относительно друг друга. Вертикальны и горизонтальные швы стенки должны быть стыковыми с полным проплавлением кромок по толщине листа. При проектировании стенки резервуара необходимо учитывать требования:
— вертикальные соединения листов в смежных поясах стенки, включая резервуары сооружаемые методом рулонирования, должны быть смещены относительно друг друга на расстоянии не менее 500 мм;
— расстояния от вертикальных сварных швов первого пояса стенки до стыковых швов окраек днища должно составлять не менее 100 мм;
— расстояние от сварного шва приварки обечайки люка (патрубка) или шва приварки усиливающего листа люка или патрубка к стенке до вертикального стыкового шва стенки должно составлять не менее 150 мм, а до горизонтального шва стенки – не менее 100 мм (исключая случаи перекрытия швов стенки усиливающими листами или пересечения их обечайками патрубков). Смещение кромок в сваренных стыковых соединениях не должно превышать 10% от наименьшей толщины свариваемых листов, но не более 3 мм. [3, 21, 22]
Требования к расчету стенки на прочность включают:
— расчет прочности при статическом нагружении в условиях эксплуатации и гидроиспытаний;
— проверку прочности при сейсмических воздействиях;
— расчет малоцикловой прочности (при количестве циклов слива налива более 250 раз в году и необходимости определения срока службы резервуара).
Прочность стенки при статическом нагружении, в условиях эксплуатации, проверяется от действия нагрузки от веса хранимого продукта и избыточного давления. Коэффициент условий работы (γс) принимается в соответствии с таблицей 3.16.
Прочность стенки при статическом нагружении в условиях гидроиспытаний проверяется от действия нагрузки от веса воды. Коэффициент условий работы (γс ) принимается в соответствии с таблицей 3.17.
Таблица 3.16 - Значения коэффициента условий работы резервуара в условиях эксплуатации, γс
| № пояса | Коэффициент условий работы поясов стенки γс в условиях эксплуатации |
| 1-ый пояс | 0.7 |
| Все, кроме 1-ого | 0,8 |
| Узел соединения стенки с днищем (уторный узел) | 1,2 |
Прочность стенки при сейсмическом нагружении проверяется при действии нагрузок - сейсмической, от веса хранимого продукта, от веса конрукции и теплоизоляции, от избыточного давления, от веса снегового покрова.
Прочность стенки при циклическом нагружении проверяется в условиях эксплуатации. Коэффициент условий работы принимается равным для всех элементов стенки γс=1.
Расчетные значения толщины листов стенки определяются исходя из проектного уровня налива продукта или воды при гидроиспытании резервуара.
Таблица 3.17 - Значения коэффициента условий работы резервуара в условиях гидравлических испытаний, γс
| № пояса | Коэффициент условий работы поясов стенки, γс в условиях гидроиспытаний. |
| 1-ый пояс | 0,9 |
| Все, кроме 1-ого | 0,9 |
| Узел соединения стенки с днищем (уторный узел) | 1,2 |
Номинальная толщина и минусового допуска ∆ на прокат была не менее максимума из трех величин:
+ ;где с – припуск на коррозию; tк – минимальная конструктивно необходимая толщина.
Номинальные толщины стенок резервуаров определяют в три этапа:
— предварительный выбор толщин поясов;
— корректировка толщин при поверочном расчете на прочность, включая и расчет на сейсмическое воздействие;
— корректировка толщин при проведении расчета на устойчивость.
Толщины поясов вычисляются по кольцевым напряжениям, определяемым в срединной поверхности цилиндрической оболочки на уровне, в котором радиальные перемещения стенки в пределах пояса являются максимальными.
При проведении прочностного расчета стенки учитывается коэффициент надежности для избыточного давления, равный 1,2 для условий эксплуатации и 1,25 для условий гидроиспытаний.
Номинальная толщина стенки ti в каждом поясе резервуара должна назначаться по формулам: [2. 3]
для условий эксплуатации
для условий гидроиспытаний
Расчет производится последовательно от нижнего пояса к верхнему поясу.
Расчетные сочетания нагрузок при расчете стенки приведены в таблице 3.19.
Тогда требуемая величина стенки резервуара определяется по формуле
(3.65)
Таблица 3.18 - Значения толщин стенки резервуара в зависимости от диаметра и исполнения
| Диаметр резервуара D, мм | Толщина стенки tk, мм |
| Рулонное исполнение | Полистовое исполнение |
| Стационарная крыша | Плавающая крыша |
| D | |
| 16 D | |
| 25 < D | |
| D |
Таблица 3.19 - Сочетания нагрузок для расчета стенки резервуара на прочность и устойчивость
| Вид нагрузки | Сочетания нагрузок для расчета стенки | |||
| Условия эксплуатации | Гидравлические испытания | Устойчивостьпустого резервуара | Условия землетрясения | |
| Вес конструкций и теплоизоляции | - | - | + | + |
| Избыточное давление | + | + | - | + |
| Вакуум при опорожнении | - | - | + | - |
| Ветровая нагрузка | - | - | + | - |
| Вес снегового покрова | - | - | + | + |
| Сейсмическая нагрузка | - | - | - | + |
«+» - нагрузка учитывается, «-» - нагрузка не учитывается.
где – коэффициент надежности по нагрузке для избыточного давления паров нефтепродукта; = Результаты расчета толщины Минимальная расчетная толщина стенкиМинимальная расчетная толщина стенки в каждом поясе для условий гидравлических испытаний, мм
где g - высота налива при гидроиспытаниях;Проверочный расчет на прочность для каждого пояса стенки резервуара проводится для расчетной толщины поясов . минусового допуска на прокат и припуска на коррозию:
где – кольцевое напряжение; - коэффициент надежности по назначению для резервуаров первого класса опасности 1,1, второго 1,05, третьего 1.0.
Кольцевое напряжение σ2 вычисляется для нижней точки каждого пояса
Меридиональное напряжение
, (3.70)
где Gм – вес металлоконструкций выше расчетной точки; Go – вес стационарного оборудования выше расчетной точки; Gy – вес утеплителя выше расчетной точки; s – полное нормативное значение снеговой нагрузки.
После расчета толщины стенки резервуара по поясам составить таблицу 3.20, в которой окончательная толщина стенки резервуара (tоконч.) определится после проверки резервуара на устойчивость.
При проектировании стенки резервуара должны быть учтены и указаны в проекте предельно допустимые отклонения размеров и формы стенки смонтированного резервуара.
Таблица 3.20 - Определение толщины стенки резервуара
| Номер сечения | Высота столба продукта, м | γfρg× (H-z), кПа | Ризб.×γf3, кПа | (2)+(3), кПа | tp, мм | tприн., мм | tоконч.., мм | Марка стали |
Таблица 3.21 - Предельно допустимые отклонения размеров и формы стенки резервуара
Читайте также: