Расчет элементов резервуара (стр. 4 из 4)

Двухшарнирная арка.

s_к=1843,519/225,6 + 692,56/15388=8,22 кн/см² <23*0,9=20,7 кн/см²;

Проверка выполнена.

Трехшарнирная арка.

s_к=3423,78/225,6 + 1286,2/15388 =15,26 кн/см²<20,7 кн/см².

Проверка выполнена.

Устойчивость кольца.

Расчет ведется по первому сочетанию нагрузок (в случае, если величина N_к отрицательная величина).

s_к= - - <=s_crg_c ; g_c=0,9;

s_cr= (кн/см²) ; Е=2,1*10⁴.

Двухшарнирная арка.

s_cr=3*21000*659377/1995³ = 5,23 кн/см² ;

s_к= - 392,25/225,6 – 1454,38/15388 = 2,68 кн/см²<5,23 кн/см²;

Устойчивость обеспечена.

Трехшарнирная арка.

s_к= - 728,49/225,6 – 2701,08/15388 =3,4 кн/см²<5,23 кн/см²;

Устойчивость обеспечена.

Расчет промежуточного кольца жесткости.

Промежуточные кольца жесткости устанавливаются на корпусе для обеспечения устойчивости стенки.

Расчет кольца на суммарное давление ветра и вакуума.

В данном случае кольцо работает на сжатие и его следует проверить на устойчивость по формуле:

Р₀ <= ; где

Р₀ = Р_вак *1,2 + 1,4*w₀*0,5*C=0,000025*1,2+1,4*(0,3/10000)*0,5*1 =0,000051 кн/см²;

Р_вак=0,000025 кн/см² ; w₀ =0,3 кн/м² – скоростной напор ветра в районе Днепропетровска.

С=1;

y₀=894 cм – ширина оболочки, с которой передается ветровая нагрузка на кольцо.

I_y – момент инерции сечения ребра отнсительно оси проходящей через центр тяжести сечения.

I_y= I_угол+F_угол*а²+F _- *(x – y)² 39,53+7,39*4,79^2 + 30*4,79^2= 897,41 см⁴;

S₁₁=F_угол*x =7,39*5,98=44,192 см³;

х=75-z₀+t_ст/2 =7,5-2,02+0,5 =5,98 см ;

у= S₁₁/F = 44,192/37,39=1,181 см;

Проверка :

Р₀ =0,0000051 кн/см²< = 0,00000796 кн/см².

Проверка выполнена.

Радиальный момент в стенке в месте промежуточного ребра.

M_к= = 4,66493056 ;

m_cт=( )^(1/4) = 0,0288;

Р= =0,537410341 ;

s₁ = = 18,64 < 23*1 кн/см²;

Напряжение s₂ (в кольце и стенке)

s₂= =9,4220785 кн/см² < 23*1 кн/см²;

S=0,6(R*t_ст)^(1/2) = 26,8 ;

Проверка выполнена.

Сравнение вариантов.

Стенка.

Для выбора варианта сравним массы стенок.

№ п/п	Тип стенки	Толщины поясов	Масса стенки, т	Относительная масса,%
1	Однослойная из стали С 255	25+18+17+16+14+12+11+5*10	238,98	100 %
2	Однослойная из стали С 345	17+2*14+12+11+7*10	202,33	84,664 %
3	Однослойная комбинированная (С 255/С 345)	17+2*14+12+11+7*10	202,33	84,644 %
4	Двухслойная стенка (С 255)	12/6+11/6+3*10/6+7*10	224,32	93,8656 %
5	Преднапряженная стенка	16+2*14+3*12+11+5*10	206,73	86,5051 %

Как видно из таблицы, наиболее выгодными являются 2 и 3 варианты, но 2 вариант дороже из-за того, что стенка изготовлена полностью из стали С 345, поэтому принимаем 3 вариант – однослойную комбинированную стенку из сталей С 345 и С 255.

Крыша.

Сравним массы ребер купола:

Расчетная схема	Сечение ребра	Масса ребер, т	Относительная масса , %
3-хшарнирная арка.	Двутавр № 20а.	38,04	66,96 %
2-хшарнирная арка .	Двутавр № 27а.	56,81	100 %

Принимаем сечение ребра - двутавр № 20а.

Определение максимальной нагрузки «р=g Н», при которой будет достигнуто предельное состояние в зоне «нижнего узла».

В зоне «нижнего узла» напряженное состояние определяется изгибающим моментом «М₁» (вдоль образующей), N₂ - кольцевое растягивающее усилие, N₁ – меридиональное сжимающее усилие.

Момент «М₁» определяется методом сил по общеизвестной методике, соответственно следующей расчетной схеме:

N₂ =g*y*r

N₁=p*r/2

Для резервуара V=20000 м³ (при Н=1788 см, t_c=1,6 см,r=1995 см,р=1,54 кг/см²)

M₁=459 кгсм; Q₁=0,45 кн.

Если предположить, что стенка жестко защемлена (нет ни угла поворота, нисмещения вдоль днища), то

М₁=(1-by)

=1555 кгсм;

b=

=0,02275;

m=0,3; r=1995; t_c=1,6; p=1,54.

Q=

(2b - 1/H) = 69,8 кг/см;

Напряжение в нижней части стенки

s₁= -

- =2067<3780;

s_т=3300 ст.09Г2С-12

Чтобы s₁=s_т (на краю) надо приложить нагрузку

Р_пр=р*к=1,61*3300/s₁=2,81 кн/см.

Однако, теоретически, несущая способность стенки не исчерпаема.Она будет исчерпана, когда s=s_т по всему сечению,т.е. будет иметь место пластический шарнир:

Причем этому предельному состоянию будет соответствовать предельный момент:

М_т=3300*1,6^2/4=2112 кгсм.

На расстоянии «S» от края будет иметь место максимальное усилие:

N₂=3300*1.6=5280кн/см;

q_пр=5280/1995=2,628 кг/см².

Рассмотрим несколько предельных состояний :

В реальном резервуаре «предельное состояние» находится между 1 и 2. Если бы были известны S, P, и Q, то мы знали бы «точно» 1 и 2 предельнные состояния.

При расчете использована методика, изложенная в книге « Листовые конструкции». Приняты следующие допущения:

N₂^т и М₁^т – не зависят друг от друга;

Вместо реальной диаграммы принята диаграмма Прандля.

N₂^т=s_т*t; M₁^т=s_т*t²/4; q_пр= N₂^т/r.

Для каждой из схем 1 и 2 рассмотрим условие:

Первая схема.

1. åМ_а=0; М₁^т -

+ = 0;

2. å_х =0;

+Q – pS = 0;

3. åD=0; d_Q*Q - d_p*P - d_м*М₁^т=0.

Вторая схема.

1. 2*М₁^т -

+ = 0;

2.

+Q – pS = 0;

3. d_Q*Q - d_p*P - d_м*М₁^т=0.

Эти системы позволяют найти «р», «S» и «Q».

1 схема: р=4,17 кг/см²; Q=125кг; S=44 см.

2 схема: р=16,7 кг/см²; Q=355,8 кг; S=23,1 см.

В обеих схемах М₁^т 2112 кгсм.

Тогда в реальном резервуаре:

S=39,5 см; р=10,5 кг/см²; Q=240 кг; М₁^т=2112 кгсм.

Таким образом, если не учитывать опасность хрупкого разрушения, опасность малоцикловой усталости, то можно считать, что теоретический коэффициент запаса равен:

К_з=

;

Какой коэффициент запаса на самом деле с учетом вышеуказанных факторов пока сказать нельзя.

[В.В.1]