МК_Справочник_том_2

Для герметизации пространства под плавающей крышей в зазоре устанавливают специальные уплотняющие затворы мягкого или жесткого типа, способные нормально работать при наибольшем или наименьшем фактическом зазоре в пределах допусков на изготовление и монтаж, оговоренных СНиП 3.03.01-87. Чтобы придать открытой сверху стенке резервуара необходимую жесткость и устойчивость, в пределах верхнего пояса устанавливается кольцо жесткости, которое одновременно является и площадкой для обслуживания резервуара в процессе эксплуатации.

Для подъема на кольцевую площадку снаружи резервуара устанавливают шахтную лестницу. А для спуска на плавающую крышу и подъема на ходовую площадку устанавливают катучую лестницу, нижний конец которой вместе с плавающей крышей поднимается или опускается, катаясь по рельсам, установленным на плавающей крыше. Верхний конец лестницы шарнирно прикреплен к стенке резервуара. Атмосферные осадки удаляются с плавающей крыши через водоспуск, находящийся под плавающей крышей резервуара и прикрепленный к

ååцентру снизу.

15.3.ÐАСЧЕТ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ

15.3.1.Общие указания. Несущие элементы стальных конструкций резервуаров рассчитывают по предельным состояниям в соответствии со строительными нормами и правилами (СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования и СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования). Нормативные нагрузки, действующие на конструкции резервуаров, а также коэффициенты надежности по нагрузке принимаются в соответствии со СНиП 2.01.07-85.

15.3.2.Расчет стенки резервуаров на прочность. На высоте õ от днища на стенку резервуара действует гидростатическое давление (рис.15.5):

411

ãäå kñò = E × tñò — коэффициент «постели» стенки. r 2

На рис.15.6 приводятся расчетная схема резервуара объемом 20 тыс.мÇ и эпюры давления, кольцевых усилий, кольцевых напряжений и радиальных перемещений (прогибов).

Рис.15.6. Расчетная схема резервуара объемом 20 тыс.м3

à– эпюра давления; á – эпюра кольцевых усилий; â – эпюра кольцевых напряжений;

ã– ýпюра радиальных перемещений (прогибов)

Расчеты напряженно-деформированного состояния корпуса резервуара на прочность с помощью ЭВМ могут проводиться с использованием специальных программ, составленных на основе численных методов расчета нелинейного на- пряженно-деформированного состояния тонкой симметричной оболочки методом конечного элемента [20].

15.3.3. Расчет стенки резервуаров на устойчивость. Нагрузки, действующие на стационарное покрытие резервуара и на стенку (снеговая, ветровая, теплоизоляция, собственная масса, избыточное давление и вакуум), в разных сочетаниях вызывают в стенке осевое и поперечное сжатие, вследствие чего стенка в некоторых случаях может потерять устойчивость.

На осевое сжатие (вдоль образующих) стенку рассчитывают согласно СНиП II-23-81*. Устойчивость стенки проверяют по формуле

s1 £ gñ scr1 ,

ãäå s1 – расчетное напряжение в оболочке, scr1 – критическое напряжение, равное меньшему из значений yRy èëè cEt/r (здесь r – радиус срединной поверхности оболочки, t – толщина оболочки).

Значения коэффициентов y при 0 £ r/t £ 300 следует определять по формуле

412

Расчет на устойчивость замкнутой круговой цилиндрической оболочки вращения при действии внешнего равномерного давления ð, нормального к боковой поверхности, следует выполнять по формуле

s2 £ g c scr 2 ,

ãäå s2 =pr/t – расчетное кольцевое напряжение в оболочке; sc r2 пряжение, определяемое по формулам: при 0,5 £ l/r £ 10, sc r 2

ïðè l/r ³ 20, sc r2 = 0,17E(t/r)2; ïðè 10 < l/r < 20 напряжение sc r 2 линейной интерполяцией.

Здесь l длина цилиндрической оболочки.

Та же оболочка, но укрепленная кольцевыми ребрами, расположенными с шагом S ³ 0,5r между осями, должна быть рассчитана на устойчивость по выше приведенным формулам с подстановкой в них значения S вместо l.

Замкнутая круговая цилиндрическая оболочка, подверженная одновременному действию нагрузок, вызывающих осевое и поперечное сжатие, проверяется на устойчивость по формуле

s1 scr1 +s2 scr 2 £ g c .

15.3.4. Расчет сопряжения стенки резервуаров с днищем. В вертикальном цилиндрическом резервуаре, залитом до расчетного уровня жидкостью, имеющей плотность g в сопряжении стенки с днищем возникают изгибающий момент X1(M0) и поперечная сила X2(Q0).

Расчетная схема сопряжения приведена на рис.15.7, основная система – íà ðèñ.15.8.

413

Лишние неизвестные X1 è X2 определяются методом сил из решения канониче- ского уравнения:

ãäå d11, d12 = d21 è d22 – единичные перемещения от X1=1 è X2 = 1, à D1p, D2p, – грузовые члены, зависящие от внешних нагрузок, воздействующих на сопря-

жение.

Все перечисленные перемещения состоят из двух слагаемых, выражающих со-

В рассматриваемом методе расчета принято, что днище абсолютно жесткое на растяжение, т.е.

d12äí = däí21 = däí22 = Däí2 p = 0 .

Поэтому в развернутом виде каноническое уравнение имеет вид

Единичные перемещения и грузовые члены имеют следующие значения:

приводятся в работе [3].

При решении канонических уравнений необходимо учесть, что грузовой член Däí1p включает перемещения днища, возникающие от воздействия на него равно-

414

мерно распределенного гидростатического давления жидкости q0 и сосредоточенного давления на днище q1 массы покрытия и стенки.

Поэтому

Уравнения прогибов y, углов поворота ϕ, изгибающих моментов Ì и попереч- ных сил Q в стенке и днище, начиная от сопряжения по стенке вверх и по днищу вправо, выражаются формулами (рис.15.7, рис.15.8)

Напряжения в самом сопряжении от изгибающего момента X1 = M определяются формулами:

вуара в зоне краевого эффекта, учитывающий пластический момент сопротивления.

При решении конкретных задач следует использовать таблицы приведенных здесь функций и примеры расчета, опубликованные в литературе и справочниках [14, 15, 21].

15.4.ÐАСЧЕТ СТАЦИОНАРНЫХ КРЫШ РЕЗЕРВУАРОВ

15.4.1.Расчет конической щитовой крыши. Расчет несущих радиальных балок щитов при наличии центральной стойки выполняется по схеме простой балки на двух опорах (стенки и центральной стойки), воспринимающей нагрузки от грузовой площади в виде треугольника или трапеции с криволинейным основанием по наружному контуру покрытия. Поперечные балки щитов также рассчитывают по схеме простых балок, опирающихся на несущие радиальные балки щитов.

При распорной системе без центральной стойки расчет сводится к решению однажды статически неопределимой системы, если рассматривать несущие радиальные балки двух диаметрально противоположных щитов как одну ломаную балку, опирающуюся в наружных концах на стенку резервуара. Эта балка воспринимает все вертикальные нагрузки (снеговую, от вакуума, массы крыши, оборудования, теплоизоляции и др.).

415

Неизвестный распор H = X1 определяется по формуле

Õ1 = − 1p δ11 ,

ãäå δ11 – сумма единичных перемещений от всех нагрузок; 1p – грузовой член также от всех нагрузок.

Перемещения определяются по известным формулам строительной механики:

моменты.

15.4.2. Расчет сферического щитового покрытия с радиальными ребрами жесткости. Сферическое покрытие с радиальными ребрами жесткости на осесимметричную равномерно распределенную нагрузку может быть рассчитано следующим упрощенным способом, дающим удовлетворительный для практических, целей результат. Сферическое покрытие расчленяется на отдельные плоские арки, вклю- чающие по два диаметрально противоположных криволинейных щита. Поскольку сферическое покрытие имеет по наружному контуру общее для всех щитов кольцо жесткости, воспринимающее распор в арках, то оно может рассматриваться как общая затяжка для всех арок. Поэтому каждую арку можно рассчитать как плоскую двухшарнирную арку с условной затяжкой. На рис.15.10 и 15.11 приводятся расчетные схемы такой двухшарнирной арки.

416

Площадь сечения условной затяжки определяется таким образом, чтобы ее упругие деформации были равны упругим деформациям опорного кольца в диаметральном направлении, возникающим от воздействия горизонтальных реакций всех опор арок. Увеличение диаметра кольца от единичных распоров всех ребер по закону Гука:

ãäå Nk =pr =nHr1/2pr1 =n/2p – осевое усилие от Í = 1; p – равномерное давление в кольце от всех распоров, Í – распор; n – число ребер в куполе.

Удлинение условной затяжки от единичного распора одной арки составит:

Dç = 1× 2r1 ,

EFç

ãäå Fç – площадь сечения условной затяжки. Из условия Dê = Dç получается

Fç = 2pnFê .

Задача является однажды статически неопределимой с одним неизвестным

x1 = H (распором).

За основную систему принимается арка с разрезанной затяжкой, к которой приложена единичная сила X1 = 1.

В арке от воздействия силы X1 = 1 возникают изгибающий момент Ì1, продольная сила N1, поперечная сила Q1, определяемые формулами:

M1 = -y; N1 = - cos j; Q1 = sin j ,

а в затяжке только сила Í1 = 1.

Основное неизвестное x1 = H определяется из решения канонического уравнения. Для определения ординат и балочных моментов уравнение оси круговой арки

принимается в параметрическом виде:

x = l2 - r sin j; y = f - r(1 - cos j) ,

где начало координат – на левой опоре арки. Приняты обозначения: f – стрелка арки, l – пролет арки; r – радиус кривизны арки.

Формулы для балочного изгибающего момента и поперечной силы имеют вид:

417

15.5. ÎСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И РАСЧЕТ ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ

Потребность хранения большого объема сжиженных газов различного назначе- ния вызвала необходимость проектирования и строительства изотермических резервуаров. Пары сжиженных газов при температурах порядка +40°С обладают большой упругостью и поэтому резервуары для их хранения в обычных условиях должны выдерживать давление 18,0 МПа и более (в зависимости от хранимого газа). При искусственном снижении упругости паров за счет охлаждения эти газы можно хранить в обычных вертикальных резервуарах при давлении до 0,01 МПа, что дает возможность снизить расход металла в 8–15 раз в зависимости от объема резервуара.

Температура хранения некоторых сжиженных газов (ниже 0°С) составляет:

418

Институтом ЦНИИпроектстальконструкция им.Мельникова были разработаны проекты изотермических резервуаров для жидкого аммиака, пропана, пропилена, этилена, сжиженного природного газа, кислорода.

Изотермические резервуары имеют обычно двустенную конструкцию. Стенка и днище резервуаров имеют такую же конструкцию, как у обычных резервуаров для нефтепродуктов. Отличие заключается в конструкции крыши, которая принимается самонесущей в виде торосферической или сферической оболочки и решается как ребристо-кольцевой купол. Для предотвращения проникания холода в грунт изотермические резервуары устанавливаются на свайный железобетонный ростверк. На рис.15.13 приводится общий вид изотермического резервуара объемом 20 тыс.м3 с двойной стенкой, а на рис.15.14 – разрез, из которого видны все элементы, например кольца жесткости, анкеры, кровля внутреннего резервуара и наружного. В промежутке между резервуарами находится теплоизоляция (плиты из стекловаты между днищами и кровлями). На стенках устанавливаются изоляционные плиты, а пространство заполняется перлитом плотностью около 200 кг/м3.

419

откуда усилие в одном болте

N1 ³ g f1 pupr 2 - g f2Q , n

ãäå Q – масса кровли, стенки и части днища (примерно 0,5–1 м шириной), препятствующих подъему резервуара. По найденному значению N1 определяют сечение болтов и величину пригрузки (грунтовой засыпки); gf 1 è gf 2 коэффициенты надежности по нагрузке.

Расчет колец жесткости стенки на устойчивость. Кольца жесткости устанавливаются в случае, если устойчивость стенки, проверенная по формулам СНиП II-23-81*, не обеспечена или когда кольца жесткости требуются для обеспечения проектной формы резервуара. Расчет осуществляют на восприятие порожним резервуаром внешней равномерной нагрузки от вакуума, а также при воздействии эквивалентной равномерной ветровой нагрузки или при учете совместного воздействия вакуума и условной ветровой нагрузки [21]. Расчет в данном случае сводится к проверке устойчивости по формуле qcr £ 3EJs/r3, ãäå qcr – критическое давление равное pâs ; J – момент инерции кольцевого ребра жесткости относительно оси, параллельной образующей оболочки и совпадающей с ближайшей поверхностью; s – ширина оболочки, с которой передается внешняя нагрузка (шаг ребер); r – радиус оболочки.

При определении момента инерции ребра включают сечение оболочки шириной s, только если это существенно влияет на величину J. Если кольца (ребра) жесткости расположены на расстоянии s ³ 0,5r устойчивость оболочки проверяют по

формуле s2 = gf pâr/t £ scr 2, ãäå scr2 = 0,55E(r/s)(t/r)3/2, t – толщина оболочки. В кольцах жесткости под воздействием несимметричной относительно вертикальной

оси сосуда ветровой нагрузки возникают изгибающие моменты Mê, поперечные силы Qê и нормальные силы Nê, которые определяют по формулам [21]

нагрузке; q0 – скоростной напор ветра; k – коэффициент, учитывающий изменение ветровой нагрузки по высоте сооружения более 10 м; ñ2α – аэродинамический коэффициент, принимаемый по СНиП 2.01.07-85; s – шаг колец жесткости. Коэффициенты ñ2α , k1, k2 è k3 зависят от отношения h/D. Уточненные приемы расчета ребер на устойчивость и необходимые табличные данные приведены в работе [21].

15.6. ÊОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ

15.6.1. Конструкция горизонтальных цилиндрических резервуаров. Горизонтальные цилиндрические резервуары предназначены для хранения нефтепродуктов, сжиженных газов и других жидкостей под разным избыточным давлением. Нефтепродукты хранятся под избыточным давлением до 0,07 MПa, сжиженные газы – под давлением, доходящим до 1,8 МПа и более. Объем габаритных резервуаров для нефтепродуктов доходит до 100 м3, для сжиженных газов – äî 300 ì3.

Оболочка (стенка) резервуаров имеет ограниченный железнодорожными габаритами диаметр до 3,2 м, а в отдельных случаях по специальному согласованию может доходить до 4 м. Из горизонтальных резервуаров наибольшее распространение получили резервуары для нефтепродуктов объемом 5, 10, 25, 50, 75, и 100 м3. Горизонтальные резервуары при избыточном давлении до 0,04 МПа имеют плос-

420