100Листовые конструкции: обычная характеристика, виды листовых конструкций

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Листовыми называются конструкции, состоящие в основном из металлических листов и предназначенные для хранения или транспортирования жидкостей, газов и сыпучих материалов. К листовым конструкциям относятся: резервуары для хранения нефтепродуктов, воды и других жидкостей; газгольдеры для хранения и распределения газов; бункера и силосы для хранения и перегрузки сыпучих материалов; трубопроводы больших диаметров для транспортирования жидкостей, газов и размельченных или разжиженных твердых веществ; специальные конструкции металлургической, химической и других отраслей промышленности (кожухи доменных печей, воздухонагревателей, пылеуловителей, электрофильтров, сосуды химической и нефтегазовой аппаратуры и т. д.); дымовые и вентиляционные трубы, сплошностенчатые башни, градирни; защитные сооружения-оболочки АЭС. В большинстве случаев листовые конструкции представляют собой емкостные конструкции в виде тонкостенных сплошных оболочек. Условия работы листовых конструкций весьма разнообразны: они могут быть надземными, наземными, полузаглубленными, подземными, подводными; могут воспринимать статические и динамические нагрузки, работать под низким, средним и высоким давлением, под вакуумом, под воздействием низких, средних и высоких температур, нейтральных или агрессивных сред и т. д.

Основными особенностями листовых конструкций, отличающими их от других металлических конструкций, являются следующие. Для них характерно двухосное напряженное состояние, а в местах сопряжения различных оболочек, на участках защемлений их у колец жесткости, крыш и днищ возникают местные напряжения, быстро затухающие по мере удаления от этих участков (явление краевого эффекта). Листовые конструкции почти всегда совмещают несущие и ограждающие функции.

101.Основы расчета листовых конструкций на устойчивость.

Расчет на устойчивость листовых конструкций выполняется с учетом особенностей их конструктивных форм и нагрузок. Для цилиндрических оболочек вращения, равномерно сжатых вдоль образующих, потеря устойчивости стенки происходит в меридиональном направлении и расчетные напряжения определяются по формуле

, где - расчетное меридиональное напряжение в оболочке; - критическое напряжение

Расчет на устойчивость цилиндрических оболочек вращения при действии внешнего равномерного давления Р

, где - расчетное кольцевое напряжение в оболочке

Расчет на устойчивость цилиндрической оболочки вращения, подверженной одновременному действию сжимающих нагрузок, равномерно распределенных вдоль образующих, и внешнего равномерного давления Р

Расчет на устойчивость сферической оболочки при r/t 750 и действии внешнего равномерного давления Р, нормального к ее поверхности

.где - расчетное напряжение в оболочке; - критическое напряжение, принимаемое не более R

Расчет на устойчивость конической оболочки вращения, подверженной одновременному действию нагрузки N вдоль ее оси и внешнего равномерного давления Р, нормального к боковой поверхности

,где

- расчетное кольцевое напряжение в оболочке,

- критическое кольцевое напряжение в оболочке

Основы расчета листовых конструкций на прочность

Листовые конструкции рассчитывают на прочность, устойчивость и выносливость. В местах изменения геометрической формы или толщины оболочек, а также изменения нагрузки должны быть учтены местные напряжения (краевой эффект). Расчет на прочность листовых конструкций (оболочек вращения), находящихся в безмоментном напряженном состоянии, выполняется по формуле

где сигма 1 и сигма 2 — нормальные напряжения по двум взаимно перпендикулярным направлениям; тау s — касательные напряжения; R — расчетное сопротивление металла по пределу текучести.

Расчет стенки резервуара на прочность

Стенка корпуса является несущим элементом резервуара и рассчитывается по методу предельных состояний в соответствии с требованиями СНиП П-23-81. Нормативные нагрузки, действующие на стенку резервуара, а также коэффициенты перегрузки принимают в соответствии со СНиП П-6-74. Кроме этого, принимают дополнительные коэффициенты перегрузок и условий работы, не содержащиеся в СНиП: для избыточного давления и вакуума n2=1,2; при расчете подъема стенки резервуара от избыточного давления и отсоса от ветровой нагрузки n3 = 0,9; при расчете стенок на прочность гамма = 0,8; при расчете стенок на устойчивость гамма= 1; при расчете сопряжения стенок с днищем и других зон краевого эффекта гамма n=1,6.

Стенку резервуара рассчитывают на прочность по безмоментной теории как цилиндрическую оболочку, работающую на растяжение от действия гидростатического давления жидкости и избыточного давления

газа. Расчетное давление на глубине х от днища резервуара (рис. 22.5) равно:

где n1 = 1,1—коэффициент перегрузки для гидростатического давления; n2=1,2 — коэффициент перегрузки для избыточного давления в паровоздушной смеси; гамма ж — удельный вес жидкости.

В цилиндрической оболочке кольцевые напряжения в 2 раза больше

меридиональных, поэтому, исходя из формулы B1.7), можно определить

толщину цилиндрической стенки корпуса резервуара на расстояниях х

от днища:

Прогиб стенки (радиальное перемещение) определяется по нормативному давлению

Сферические резервуары

102. вертикальные цилиндрические резервуары, элементы резервуара, типы кровель, их применение

Вертикальный цилиндрический резервуар - наземное строительное сооружение, предназначенное для приема, хранения и выдачи жидкости, нефтепродуктов и т.д. ВЦР изготавливается серийно, различной емкости, наиболее распространенные из них: 5, 10, 15, 20, 30, 50, 100, 200 тыс.м³, также существуют ВЦР объемом 300, 400, 700, 1000 м³.

Вертикальные цилиндрические резервуары состоят из: основания; днища; корпуса; крыша (куполообразная и треугольная); понтон.

По конструктивным особенностям вертикальные цилиндрические резервуары делятся на следующие типы: резервуар со стационарной крышей без понтона; резервуар со стационарной крышей с понтоном; резервуар с плавающей крышей.

Возможно изготовление резервуара вертикального стального РВС из: - нержавеющей стали - резервуар вертикальный из нержавеющей стали (нержавейки); - малоуглеродистой стали - резервуар вертикальный из малоуглеродистой стал; - низколегированной стали - резервуар вертикальный из низколегированной стали.

По условиям работы металлические резервуары относятся к сильно нагруженным ответственным металлоконструкциям, работающим при разных температурных режимах внутри и снаружи сооружения в зимний период и различных ветровых нагрузках. Вследствие этого к металлу резервуара предъявляются особые требования.

Стенки ВЦР состоят из металлических листов, как правило, размером 1,5×3 м или 1,5×6 м. Причем толщина нижнего пояса резервуара колеблется в пределах от 6 мм (РВС-1000) до 25 мм (РВС-120000) в зависимости от вместимости резервуара. Толщина верхнего пояса составляет от 4 до 10 мм. Верхний сварной шов с крышей резервуара выполняется ослабленным с целью предотвращения разрушения резервуара при взрыве паровоздушной смеси внутри замкнутого объема резервуара. Также для устойчивости в верхнем обрезе корпуса устраивается кольцо жесткости.

Крышу вертикальных цилиндрических резервуаров можно выполнить плоской, конической и сферической. Крыша ВЦР состоит из отдельных сегментов. Вертикальный цилиндрический резервуар низкого давления имеет коническую щитовую кровлю. Щитовую коническую кровлю применяют в резервуарах низкого давления с внутренним избыточным давлением в газовой подушке до 200 мм водного столба (2 кПа) и вакуум до 25 мм вод. ст. (0,25 МПа). Коническая крыша состоит из жестких щитов, покрытых стальной оболочкой и опирающихся на центральную стойку с кольцом, а по периметру — на стенку корпуса. Каркас щитов выполнен из двутавра 30, швеллеров 8 и 6,5 и уголков 90х56х5,5. Листы кровли толщиной t = 2,5 мм крепятся на каркас щита с напуском с одной стороны на ширину нахлестки.