Стальной вертикальный цилиндрический резервуар емкостью 5000 м3 (стр. 2 из 2)
Третий пояс (элемент 925)
Пояс 4 (элемент 949)
Аналогично выполнен расчет и других поясов. Расчет поясов стенки сведен в таблицу.
Таблица 4.1 Расчет поясов стенки резервуара
| Номер пояса | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Напряжения в поясе σ, МПа | 81,3 | 159,2 | 143 | 116 | 89,6 | 65,3 | 40,4 | 15,2 |
Проверяем напряжения в нижнем поясе стенки резервуара с учетом действия краевого момента Мк. Изгибающий момент в месте сопряжения корпуса с плоским днищем при упругом защемлении стенки определяем по формуле
где Р — внутреннее давление в месте сопряжения корпуса с днищем
4.2. Расчет конструктивных элементов щитов покрытия
Расчет конструкций покрытия производим на два вида нагрузок: Нагрузка, направленная внутрь резервуара — собственный вес и вакуум, снег; нагрузки, направленные наружу — избыточное давление.
Нагрузки, действующие сверху вниз, кПа
| постоянная | |
| листовой настил t = 2,5 мм | 78,5∙0,0025∙1,05 = 0,206 |
| балки (осредненно) | 0,15∙1,05 = 0,157 |
| вакуум (разрежение) | 0,25∙1,15 = 0,288 |
| Итого g = 0,65 | |
| временная снеговая | Ps = 1,12 |
| Всего g + Ps = 1,77 |
Расчет настила
Предельный относительный прогиб настила fu/l = 1/150 = 1/no [3].
Из условия заданного предельного прогиба определяем отношение наибольшего пролета настила к его толщине l/t по формуле, предложенной А.Л. Телояном (8.5 [5]).
где
— цилиндрическая жидкость; 
При t = 2,5 мм пролет настила допустим l ≤1037∙2,5 = 2592 мм.
По конструктивным соображениям расстояние между ребрами принято 1,25 м.
Расчет поперечных ребер щита
Максимальный расчетный пролет ребра принят l = 2,67 м; равномерно распределенная нагрузка при шаге поперечных ребер b = 1,25 м составит:
Изгибающий момент, как в свободно опертой балке,
Требуемый момент сопротивления сечения составляет
По сортаменту принят [ 8, Wx = 22,4 см3, Jx = 89,4 см4
Относительный прогиб ребра составляет
где qn = 1,296∙1,25 = 1,62 кН/м
Ребро пролетом l = 2,01 м
По сортаменту принят швеллер 6,5 , Wx = 15 см3.
Все остальные ребра с пролетом меньше 2 м также приняты из [ 6,5.
Расчет продольной балки щита
Пролет балки при свободном опирании на стенку резервуара и оголовок (зонт) трубчатой стойки равен 10 м. Сечение балки I 30 (А = 46,5 см2, Wx=472 см3).С учетом упругого защемления на опорах максимальный изгибающий момент от вертикальных нагрузок составляет М = 27,11 кНм при осевой растягивающей силе N = 10,07 кН (элемент 73).
Напряжения в балке проверяем как во внецентренно-растянутом элементе по формуле
Расчет элементов покрытия на вторую комбинацию нагрузок (избыточное давление изнутри резервуара наружу) производим на комбинацию усилий М = – 34,54 кНм и N = 50,96 кН.
Максимальный прогиб продольной балки от нормативных нагрузок составляет (см. приложение 1)
что меньше предельного прогиба
Повышенная несущая способность продольной балки щита покрытия объясняется учетом пространственной работы системы с включением в работу настила.
4.3. Расчет центральной стойки
Расчет центральной стойки (элемент 1019) производим на центрально приложенную осевую силу.
По конструктивным соображениям, с учетом опирания щитов покрытия и использования стойки для рулонирования элементов резервуара принята стойка из труб диаметром 426 мм со стенкой толщиной 7 мм по ГОСТ 10704–91, А = 92,1 см2, радиус инерции сечения i =14,8 см, сталь ст20сп по ГОСТ 8731-87, Ry =225 МПа (табл. 51,а [4]).
Гибкость стойки
По таблице 16.2 [4] находим φ =0,689.Предельное усилие, которое может воспринять стойка при сжатии осевой силой
что значительно больше расчетного усилия (см. приложение 2, элемент 1020).
Оголовок (зонт) и база стойки запроектированы одинакового диаметра 2660 мм с расчетом возможности ее использования для рулонирования стеки или отправочной части днища резервуара на заводе-изготовителе.
4.4. Проверка устойчивости положения покрытия при действии избыточного давления Ро = 2 кПа.
Общий вес покрытия и стойки без учета временной нагрузки составляет 247,5 кН (лист 4 [6]).
Усилие изнутри резервуара вверх при Ро = 2 кПа составит
Так как Ne = 940 кН > N = 247,5 кН проектом предусмотрено крепление щитов покрытия к каркасу и стойке резервуара. Окаймляющие щиты уголки привариваются к каркасу угловыми швами с катетом Кf = 6 мм, а к оголовку (зонту) стойки каждый щит закрепляется временным болтом М16 с последующей приваркой его к кольцу стойки. Обшивки смежных щитов покрытия соединяются на монтаже по всей длине угловыми швами Кf = 25 мм.
Общая нагрузка от веса резервуара без учета нагрузки от веса днища Jc = 722,8 кН (лист 4 [4]).
Усилие, отрывающее корпус от днища
Проверяем напряжения в швах, прикрепляющих нижний пояс стенки к днищу, при действии усилия отрыва
где
Rwf — расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу шва (табл. 56 [2]);
βf = 0,7 — коэффициент для ручной сварки, принимаемый по табл. 34* [2].
Стойка приваривается к днищу по контуру опорного кольца.
Пригрузка стойки производится путем обетонирования ее по контуру опорного ребра на высоту 1,5 м. Объем бетона 8,3 м3, вес пригруза 19,3 т.
4.5. Проверка устойчивости корпуса резервуара при совместном действии вертикальных и горизонтальных (боковых) сжимающих усилий выполняем согласно рекомендациям п. 8.5 … 8.9 [3] по формуле
где σ1 и σ2 — соответственно абсолютные значения расчетных продольных и кольцевого сжимающих напряжений;
σcr1 и σcr2 — соответственно критические напряжения при раздельном равномерном действии осевого и радиального сжатия;
γс = 1.
Проверяем устойчивость формы резервуара для четвертого пояса, где t = 6 мм.
Продольное и кольцевое сжимающие напряжения в элементе 949 (приложение 2) от постоянной, снеговой нагрузок и вакуума (загружения 1, 4, 5) соответственно равны σ1 = 1,41 МПа и σ2 = 0,5 МПа.
Определяем критические напряжения по пп. 8.5 и 8.7 [3].При равномерном сжатии вдоль образующей цилиндрической оболочки σcr1 принимается равной меньшей из величин.
где ψ, с — коэффициенты, принимаемые по п. 8.5 [3].
При r/t = 1140/0,6 = 1900 > 300 коэффициент ψ не учитывается, а коэффициент
с = 0,066 (по интерполяции).
Тогда
При Н/r = 12/11,4 = 1,05 σcr2 определяем по формуле
Проверяем устойчивость по формуле
т.е. устойчивость корпуса обеспечена.
5. Указания по изготовлению и монтажу резервуара
Конструктивные элементы резервуара (днище, стенку, щиты покрытия, стойку и шахтную лестницу) изготовляют на заводе и доставляют на место строительства в виде укрупненных элементов.
Днище сваривают из полос и разбивают на два элемента — половины днища. Стенку также сваривают из ранее подготовленных полос, а затем сворачивают на стенде в рулон вокруг стойки или шахтной лестницы и в таком виде доставляют на стройку. Аналогично доставляют и половины днища, которые соединяют затем внахлестку. После монтажа днища в центре устанавливают вертикально рулоны корпуса и с помощью специального устройства разворачивают до заданного диаметра. Монтажный стык корпуса выполняют равнопрочным основному металлу. Щиты покрытия укладывают на зонт стойки и стенку резервуара по мере разворачивания рулона корпуса. Для фиксирования положения на внешней стороне щитов предусматривают ловители из полосовой стали. После приварки стенки к днищу и устройства всех монтажных швов корпуса проверяют качество сварки физическими или химическими способами, обеспечивая непроницаемость соединений.
Список литературы
1. СНиП 2.01.07–85. Нагрузки и воздействия/Госстрой СССР. — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. — 36 с.
2. СНиП 2.01.07–85. Нагрузки и воздействия. (Дополнения. Раздел 10. Прогибы и перемещения)/Госстрой СССР. — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. — 8 с.
3. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции/Госстрой СССР. — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990 — 96 с.
4. Металлические конструкции. В 3 т. Т 1. Общая часть (справочник проектировщика)/ Под общей ред. В.В. Кузнецова)(ЦНИИпроектстальконструкция им. Н.П. Мельникова) — М.: издательство АСВ, 1988, 576 с.
5. Металлические конструкции. В 3 т. Т 1. Элементы стальных конструкций. Учебн. для строит. вузов/под ред. В.В. Гареева. — М.: Высш. шк.., 1997. — 527 с.
6. Стальной вертикальный цилиндрический резервуар для нефти и нефтепродуктов емкостью 5000 м3. Альбом 1. Типовой проект 704–1–57. (Корректировка 2000 г.).