3.3. Расчет стенки резервуара на устойчивость

Нагрузки, действующие на покрытие и стенку резервуара, могут вызывать в ней кольцевые и меридиональные напряжения сжатия, способные вызвать потерю устойчивости стенки. Проверку устойчивости стенки производят

Таблица 6

Толщины поясов стенки

i	yi, м	γ ∙ γf2 ∙ yi, КПа	Pизб ∙ γf3, КПа	γ ∙ γf2 ∙ yi + Pизб ∙ γf3, КПа	Sст треб., мм	Sст округл., мм	Sст окончат., мм	Марка стали
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	1,19 1,19	11,5 11,5	2,4 2,4	13,9 13,9	1,3 0,8	4 4	7 7	ВСт3пс 09Г2С
2								ВСт3пс 09Г2С
…
9								ВСт3пс 09Г2С

по формуле:

(13)

где и - соответственно критические меридиональные и кольцевые напряжения;

- коэффициент условий работы для стенки (см. табл. 5);

σ₁ и σ₂ - соответственно расчетные меридиональное и кольцевое напряжения в стенке.

Меридиональные критические напряжения определяются по формуле (14)

где S_min - минимальная толщина верхних поясов стенки, мм;

С - коэффициент, зависящий от соотношения r/S_min берется по

табл. 7;

r – радиус резервуара, мм;

Е - модуль упругости материала стенки, МПа.

Таблица 7

Данные по коэффициенту С

r/Smin	300	400	600	800	1000	1500	2500	3000 и более
С	0,16	0,14	0,11	0,09	0,08	0,07	0,06	0,055

Кольцевые критические напряжения

(15)

где h – высота стенки. При стенке постоянной толщины h = H. При стенке с переменной толщиной за высоту стенки принимается h = H - 0,33∙h_пер ( h_пер – высота участка стенки с переменной толщиной поясов). Если стенка укреплена кольцевыми между ними, мм.

S_cr – средняя толщина стенки на расчетном участке, мм;

Определим σ₂.

Технологический вакуум Р_вак вызывает в стенке одновременно кольцевое и меридиональное сжатие. Кроме технологического вакуума, нагрузкой, вызывающей в стенке сжимающие кольцевые напряжения, является воздействие ветра (рис. З), которое образует на стенке (вследствие обтекания) неравномерную эпюру сил. При этом на небольшом протяжении периметра действует сжатие, а на большей части его - растяжение, вызванное отсосом.

Расчет на воздействие ветра при сложной эпюре затруднителен, поэтому для стенки принимается значение ветровой нагрузки в виде равномерного сжатия, равное q_в и умноженное на аэродинамический коэффициент С₂ = 0,5, характеризующий "условный вакуум". Величина q_в берется по табл. 8.

Суммарное кольцевое усилие сжатия:

(16),

где n_c = 0,9 – коэффициент сочетания.

Кольцевые напряжения растяжения:

(17)

Определяем σ₁.

Нагрузками, которые необходимо учитывать при определении меридиональных сжимающих напряжений σ₁ являются: собственный вес крыши q_кр, который предварительно можно взять по табл. 9, а затем уточнить после расчета кровли; нагрузка от снега Р_сн (табл.10), вакуум технологический Р_вак и воздействие ветра на крышу q_в (рис.4). Аэродинамический коэффициент С₁ для определения интенсивности ветровой нагрузки может приниматься в зависимости от ношения Н/D по формуле:

(18)

Суммарная нагрузка на единицу горизонтальной поверхности кровли:

(19)

Таблица 8

Ветровая нагрузка

Районы России	1	2	3	4	5	6	7
Ветровая нагрузка кН/м2	0,27	0,35	0,45	0,55	0,70	0,85	1,0

• Примечание. Районы России принимаются по карте 3 [4]. Средняя полоса европейской части России, в т.ч. Удмуртии, относится к 1 району.

Таблица 9

Все крыши

V, м3	3000	5000	8000	1200	1600
qкр, кН/м2	0,30	0,35	0,40	0,50	0,60

Таблица 10

Снеговая нагрузка

Районы России	1	2	3	4	5	6
Нагрузка от снега, кН/м2	0,5	0,7	1,0	1,5	2,0	2,5

• Примечание. Районы СССР принимаются по карте 1 [4]. Средняя полоса европейской части РСФСР относится к 3 району. Удм. АССР – к 4 району.

Вся нагрузка на кровлю должна уравновешиваться усилиями, действующими в кольцевом сечении стенки рассматриваемого пояса, откуда получим:

(20)

Устойчивость стенки следует рассматривать для нижнего пояса участка стенки с постоянной минимальной толщиной. В этом случае к Р₁ нужно добавить собственный вес стенки вышерасположенных поясов. Тогда:

(21)

где ;

- плотность стали ( 7850 кг/м³);

g - ускорение свободного падения (9,8 м/с²);

b - ширина пояса, м;

n - количество поясов с S_ст = S_min.

Если условие устойчивости (13) не выполняется, но превышение над γ_с2=1невелико, целесообразно несколько увеличить S_ст в верхней зоне, что уменьшит σ₁ и σ₂ и увеличит σ_сr1 и σ_сr2. Если превышение значительно (в 1,5 – 2,5), эффективнее постановка кольцевых ребер жесткости, что приводит к резкому увеличению σ_сr2. В ряде случаев возможно комбинированное решение. Экономический расчет ведется в соответствии с[8].