Инструкция по проектированию, изготовлению и монтажу вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов (часть 3)

9 РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ РЕЗЕРВУАРОВ

 

9.1 Основные положения и принципы расчета

Расчет строительных металлоконструкций резер­вуаров необходимо вести по методу предельных состояний первой и второй группы, определенному по ГОСТ 27751.

Предельные состояния конструкций резервуаров определяются:

а) первое предельное состояние - по несущей способности (прочности, устойчивости или выносли­вости материала), при достижении которого конст­рукция теряет способность сопротивляться внешним воздействиям или получает недопустимые остаточ­ные изменения своей формы;

б) второе предельное состояние - по развитию чрезмерных деформаций от статических или цик­лических нагрузок, при достижении которого в конст­рукции, сохраняющей прочность и устойчивость, появляются недопустимые деформации.

Допускается применение альтернативных мето­дов расчета, обеспечивающих прочность и устойчи­вость строительных металлоконструкций резервуа­ров, не ниже установленных расчетными положения­ми настоящего раздела.

При расчете металлоконструкций резервуаров необходимо учитывать усилия, возникающие в конст­рукции при ее взаимодействии с основанием.

Расчетные сопротивления проката, гнутых про­филей и труб для растяжения, сжатия и изгиба сле­дует определять по формулам:

где - расчетные сопротивления по пределу текучести и временному сопротивлению при растя­жении, сжатии и изгибе, МПа;

- нормативные сопротивления по пре­делу текучести и временному сопротивлению при растяжении, сжатии и изгибе, МПа ;

  - коэффициент надежности по материалу, принимае­мый в соответствии с таблицей 2 СНиП РК 5.04-23-2002.

Нормативные сопротивления при растяжении, сжатии и изгибе листового, широкополочного универ­сального проката и гнутых профилей следует принимать для стали обыкновенного качества по ГОСТ 14637, для стали повышенной прочности по ГОСТ 19281. По согласованию с Заказчиком и поставщиком стали, допускается применение ГОСТ 27772, ГОСТ 535, ГОСТ4543 и других.

Расчетное сопротивление проката, гнутых профи­лей и труб в случае смятия следует определять по формуле: 

где - расчетное сопротивление стали сдвига, МПа.

Изменение значений предела текучести стали разрыву при эксплуатации резервуара в условиях по­вышенных температур (выше 90°С) следует учиты­вать в соответствии с требованиями пункта 9.2.2.

Расчетное сопротивление растяжению фунда­ментных болтов R_ba следует определять по формуле:

где - расчетное сопротивление растяжению фундаментных болтов, МПа.

Расчетные сопротивления растяжению фун­даментных болтов приведены в таблице 60 СНиП РК 5.04-23-2002.

Расчетные сопротивления сварных соединений для различных типов этих соединений и напря­женных состояний следует определять по форму­лам, приведенным в таблице 9.1.

Значение нормативного сопротивления металла шва по временному сопротивлению R_wun следует принимать:

а) для швов, выполняемых ручной сваркой – равным значениям временного сопротивления ме­талла шва, указанным в ГОСТ 9467;

б) для швов, выполняемых автоматической свар­кой - по таблице 4 СНиП РК 5.04-23-2002.

Значения коэффициента надежности по материа­лу углового шва γ_wm следует принимать равным:

а) при значениях R_wun не более 490 МПа - 1.25;

б) при значениях R_wun равных 590 МПа и более - 1.35.

Расчетные сопротивления стыковых соединений элементов из сталей с разными нормативными соп­ротивлениями следует принимать как для стыковых соединений из стали с меньшим значением норма­тивного сопротивления.

При расчете элементов конструкций резервуаров следует учитывать коэффициенты условий работы γ_c принимаемые по таблице 9.2.

В зависимости от продолжительности действия нагрузок следует различать постоянные и временные (длительные, кратковременные, особые) нагрузки.

К постоянным нагрузкам следует относить собст­венный вес элементов строительных металло­конструкций резервуаров.

Сохраняющиеся в конструкции усилия от пред­варительного напряжения следует учитывать в расчетах, как усилия от постоянных нагрузок.

К длительным нагрузкам следует относить:

- гидростатическое давление хранимого продукта или воды, заполняющей резервуар при испытаниях; 

- избыточное внутреннее давление в газовом пространстве, возникающее при малых и больших «дыханиях»;

- разряжение воздуха (вакуум), возникающее при опорожнении резервуара;

- вес стационарного оборудования: приборов и ап­паратов, технологических устройств и приспособлений трубопроводов с арматурой и опорными частями, а так­же вес жидкостей, заполняющих оборудование;

- вес теплоизоляции;

- вес отложений производственной пыли;

- снеговые нагрузки с пониженным нормативным значением;

- воздействия, обусловленные деформациями ос­нования, не сопровождающимися коренным изме­нением структуры грунта.

К кратковременным нагрузкам следует относить:

- снеговые нагрузки с полным нормативным значением;

- ветровые нагрузки;

- вес людей, ремонтных материалов и инструмен­тов в зонах обслуживания и ремонта оборудования (лестницы, переходные площадки и площадки обс­луживания оборудования);

- нагрузки, возникающие при изготовлении, хра­нении и транспортировке элементов конструкций, а также при возведении резервуаров.

К особым нагрузкам следует относить:

- сейсмические воздействия;

- аварийные нагрузки, вызываемые резкими нару­шениями технологического процесса, временной не­исправностью или поломкой оборудования (аварий­ное избыточное внутреннее давление, разряжение воздуха - вакуум, температурные воздействия и пр.);

- воздействия, обусловленные деформациями ос­нования, сопровождающимися коренными измене­ниями структуры грунта (при замачивании просадоч­ных грунтов) или оседанием его в районах горных выработок и в карстовых грунтах.

При расчете конструкций резервуаров по пер­вому и второму предельным состояниям следует учитывать наиболее неблагоприятные сочетания нагрузок или соответствующие им усилия.

Эти сочетания устанавливаются на основе ана­лиза реальных вариантов одновременного действия различных нагрузок для рассматриваемой стадии работы конструкции резервуара, с учетом возможнос­ти появления различных схем приложения временных нагрузок или при отсутствии некоторых из нагрузок.

В зависимости от учитываемого состава нагрузок следует различать:

- основные сочетания нагрузок, состоящие из посто­янных, длительных, кратковременных;

- особые сочетания нагрузок, состоящие из посто­янных, длительных, кратковременных и одной из особых нагрузок.

Расчетные значения временных нагрузок следует умножать на коэффициенты сочетаний (ψ₁ и ψ₂), равные при постоянных и не менее двух временных нагрузок:

ψ₁ = 0.95 - в основных и особых сочетаниях для длительных нагрузок;

ψ₂ = 0.9 - в основных сочетаниях для крат­ковременных нагрузок;

ψ₂ = 0.8 - в особых сочетаниях для кратковре­менных нагрузок, при этом особую нагрузку следует принимать без снижения.

При постоянных и одной временной нагрузке (длительной или кратковременной), коэффициенты ψ₁ и ψ₂ вводить не следует.

Примечание - В основных сочетаниях при учете трех и более кратковременных нагрузок их расчетные значения допускается умножать на коэффициент ψ₂ , принимаемый для первой (по степени влияния) кратковременной нагруз­ки 1.0, для второй ‑ 0.8, для остальных ‑ 0.6.

Нормативные значения нагрузок следует опреде­лять следующим образом:

- собственный вес элементов строительных ме­таллоконструкций - по проектным размерам и удель­ному весу материалов с учетом их влажности в ус­ловиях возведения и эксплуатации резервуаров;

- нормативные значения гидростатического дав­ления, внутреннего избыточного давления, разря­жения воздуха (вакуум), веса стационарного обо­рудования, веса отложений производственной пыли и аварийных нагрузок - устанавливаются на осно­вании технологических решений;

- нормативное значение равномерно распреде­ленной нагрузки на лестницы, переходные площадки и площадки обслуживания оборудования от веса лю­дей, ремонтных материалов и инструментов прини­мается не менее 1.5 кПа;

- несущие элементы лестниц и площадок должны быть проверены на сосредоточенную вертикальную нагрузку не менее 1.5 кН, приложенную к элементу в неблагоприятном положении на квадратной площад­ке со сторонами не более 10 см (при отсутствии дру­гих временных нагрузок);

- нормативное значение горизонтальной сосредо­точенной нагрузки на поручни лестниц и площадок следует принимать не менее 0.3 кН, в любом месте по длине поручня;

- нормативное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, а также нормативного значения ветрового давления принима­ется в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85*.

Определение нагрузок от сейсмических воздейст­вий следует производить в соответствии с требова­ниями СНиП РК 2.03-04-2001 и п.9.25 настоящих норм.

В необходимых случаях, устанавливаемых в зависи­мости от условий возведения и эксплуатации резервуа­ров, следует учитывать прочие нагрузки не включенные в настоящие требования, но оговоренные в техническом за­дании. Например: специальные технологические нагрузки.

9.2 Расчет стенки резервуара

Номинальные толщины стенок резервуара опре­деляются в три этапа:

- предварительный выбор толщин поясов;

- корректировка толщин при поверочном расчете на прочность, включая расчет на сейсмическое воз­действие для сейсмоопасных районов;

- корректировка толщин при проведении расчета на устойчивость.

Предварительный выбор номинальных толщин поясов производится с помощью расчета на эксп­луатационные нагрузки, на нагрузку гидравлических испытаний и по конструктивным требованиям.

Все элементы и узлы стенки и днища резервуара должны быть запроектированы таким образом, чтобы максимальные напряжения в них не превышали рас­четных и обеспечивали устойчивость конструкции для всех расчетных сочетаний нагрузок.

Номинальные толщины листов стенки и днища резервуара назначаются с учетом минусового допус­ка на прокат и припуска на коррозию.

Расчеты стенки и крыши резервуара произво­дятся раздельно.

9.2.1 Нагрузки

Расчеты стенки и днища резервуара выполня­ются с учетом нагрузок и их сочетаний. Определение толщин стенки и днища резервуара производится с учетом четырех сочетаний нагрузок, приведенных в табл. 9.2.1.

Снеговая и ветровая нагрузки определяются в со­ответствии со СНиП 2.01.07-85* в зависимости от климатического района строительства, размеров ре­зервуара и типа крыши. Конструктивные и технологи­ческие нагрузки, а также расчетные параметры сейсмического воздействия выдаются Заказчиком.

Нормативные и расчетные значения нагрузок сле­дует принимать для каждого расчетного сочетания наг­рузок в соответствии с данными табл. 9.2.2 - 9.2.5.

Коэффициент k в таблице 9.2.5 учитывает изменение ветрового давления по высоте стенки в соответствии со СНиП 2.01.07-85*.

Коэффициент f_s в таблице 9.2.5 учитывает форму крыши и принимается в соответствии с указаниями п.9.2.3.

Расчетная снеговая нагрузка включает полный вес снегового покрова, равномерно расположенного по всей поверхности крыши.

Для резервуаров с плавающей крышей, гидроста­тическое давление, передаваемое на стенку резервуара должно включать составляющую, учитывающую вес крыши и снегового покрова.

Перечень предоставляемой Заказчиком дополни­тельной информации о нагрузках на резервуар при­веден в таблице 9.2.6.

9.2.2 Расчет на прочность стенки резервуара

Настоящий раздел содержит расчетные соот­ношения по определению толщин стенки резервуаров для расчетных сочетаний 1, 2 (табл. 9.2.1) при дейст­вии нагрузок, приведенных в табл. 9.2.2, 9.2.3.

Исходные данные для расчета приведены в табл. 9.2.7 и на Рис. 9.1.

Метод расчета стенки и днища на прочность сле­дует выбирать в зависимости от класса ответствен­ности резервуара, принимаемого согласно п.6.3.

Предельное значение напряжений в i-ом поясе резер­вуара (МПа), следует определять по формуле:

 

где - коэффициент надежности по назначению,

принимаемый равным 1,2; 1,1;, 1,05; 1.0 для резервуаров 1, 2, 3, 4 классов ответственности соответственно;

  - коэффициент условий работы, опреде­ляемый по таблице 9.2.8;

  - коэффициент надежности по материалу, принимаемый в соответствии с таблицей 2 СНиП РК 5.04-23-2002;

  - коэффициент контроля сварных швов стен­ки, принимаемый равным 1.0 при наличии физичес­ких методов контроля сварных швов и равным 0.85 при отсутствии такого контроля;

  - температурный коэффициент, определяемый в соответствии с таблицей 9.2.9.

В случае эксплуатации конструкций в условиях повышенных температур, модуль упругости стали следует принимать по таблице 9.2.9.

Расчетные соотношения для каждого класса от­ветственности резервуаров приведены в п. 9.2.2.1 – 9.2.2.4. Результатом расчета являются толщины поясов t_i (i = 1…N ) с учетом минусового допуска на прокат и припуска на коррозию. Толщины всех поя­сов не должны быть меньше минимальной конст­руктивно необходимой толщины по табл. 5.2.

9.2.2.1 Расчет стенки резервуаров 4-го класса ответственности (V3)

Стенка резервуара изготавливается из поясов одинаковой толщины (N = 1). Номинальная толщина стенки должна быть не меньше величин, определяе­мых по формулам:

а) для условий эксплуатации

б) для условий гидравлических испытаний

- номинальные толщины стенки (мм), опре­деляемые соответственно для условий эксплуатации и гидравлических испытаний.

Номинальная толщина стенки t (мм) принимается равной большему из значений номинальных толщин, получаемых из условий эксплуатации и гидравли­ческих испытаний: 

9.2.2.2 Расчет стенки резервуаров 3-го класса ответственности (1000 м³ ≤ V ≤ 20000 м³)

Номинальная толщина стенки i-го пояса (i = 1…N) резервуаров 3-го класса ответственности должна быть не меньше величин, определяемых по формулам:

а) для условий эксплуатации

б) для условий гидравлических испытаний

Номинальная толщина i-го пояса (мм) при­нимается равной большему из значений номиналь­ных толщин, получаемых из условий эксплуатации и гид­равлических испытаний:

 

9.2.2.3 Расчет стенки резервуаров 2-го класса ответственности (20000 м³ < V ≤ 50000 м³)

Расчет толщин поясов резервуаров 2-го класса ответственности следует производить по приведен­ному ниже методу переменной расчетной точки.

Предварительные значения толщин стенки 1-го пояса (i = 1) резервуара должны вычисляться по формулам:

а) для условий эксплуатации: 

б) для условий гидравлических испытаний

Если значение вычисленное по формуле (9.11а) больше значения , вычисленного по формуле (9.12), то следует принять .

Если значение вычисленное по формуле (9.13) больше значения , вычисленного по формуле (9.14), то следует принять .

Номинальная толщина 1-го пояса t₁ (мм) принима­ется равной большему из значений номинальных тол­щин, получаемых из условий эксплуатации и гидрав­лических испытаний:

, (9.15)

Порядок вычисления толщин 2-го и последующих поясов (i = 2…N) в режиме эксплуатации приведен на Рис.9.2. Исходными данными для расчета i-го пояса являются параметры, приведенные в табл.9.2.7-9.2.9, а также величина , полученная на предыдущем этапе расчета для пояса, примыкающего снизу к рассмат­риваемому поясу. На Рис.9.2 представлен итерационный процесс (k - номер итерации), первым этапом которого является вычисление значения толщины стенки при k =1 (блоки 1,2, Рис.9.2). В блоке 3 определяется коор­дината x, соответствующая максимальному значению кольцевых напряжений. В блоке 4 приведена формула для вычисления толщины i-го пояса на очередном шаге расчета. Блок 5 обеспечивает проверку сходимости итерационного процесса путем сравнения результатов вычислений блоков 2 и 4. При обеспечении заданной точности на завершающей стадии расчета производится переход в блок 8 (если номер пояса i ≠ 2), либо в один из блоков 10,11,12, в зависимости от значения коэф­фициента _i

Порядок вычисления толщин 2-го и последующих поясов (i = 2…N) в режиме гидравлических испытаний аналогичен приведенному выше алгоритму и представлен на Рис.9.3.

Номинальная толщина i-го пояса (мм) прини­мается равной большему из значений номинальных толщин, получаемых из условий эксплуатации и гид­равлических испытаний:

 

  

9.2.2.4 Расчет стенки резервуаров 1-го класса ответственности (V > 50000 м³)

Напряженно-деформированное состояние стенки и днища резервуара следует определять на основе мо­ментной теории составных оболочек. При этом в рас­четную модель должно быть включено днище резер­вуара, связанное с основанием односторонними свя­зями, препятствующими перемещению днища вниз и не сопротивляющимися его отрыву от фундамента.

Поверочный расчет на прочность стенки и днища резервуаров 1-го класса ответственности следует проводить по формулам:

где y1, y2 - расчетные главные фибровые напряже­ния в стенке и днище резервуара.

9.2.3 Расчет стенки резервуара на устойчивость

Расчет стенки резервуара на устойчивость произво­дится для расчетного сочетания 4 (табл.9.2.1) при действии нагрузок, приведенных в табл.9.2.5. Расчет на устойчивость заключается в проверке соотношения:

 

При невыполнении условия (9.2.16) для обес­печения устойчивости стенки можно увеличить тол­щину верхних поясов, или установить промежуточ­ное кольцо, или то и другое вместе. Промежуточное ветровое кольцо устанавливается таким образом, чтобы участки стенки над кольцом и под ним были устойчивы, то есть удовлетворяли условию (9.2.16). При этом место установки промежуточного кольца не должно быть ближе 150 мм от горизонтального свар­ного шва.

9.2.4 Кольца жесткости на стенке

Резервуары с плавающей крышей должны иметь верхнее кольцо жесткости, устанавливаемое на верхнем поясе стенки. Требуемый минимальный мо­мент сопротивления сечения кольца должен опреде­ляться по следующей формуле:

  - момент сопротивления сечения верхнего ветро­вого кольца относительно главной вертикальной оси (см³),

H0- редуцированная высота стенки (м), опреде­ляемая по формуле (9.22),

w₀ - нормативная ветровая нагрузка (кПа).

Если верхнее кольцо жесткости выполнено из листа и приварено к стенке сплошным угловым швом, в момент сопротивления кольца включаются участки стенки шириной 16 расчетных толщин листа пояса вниз и, если возможно, вверх от места сварки.

В случае необходимости установки промежуточного ветрового кольца, оно должно иметь такую конструкцию, чтобы его поперечное сечение удовлетворяло требованию:

 

где - момент сопротивления сечения промежу­точного ветрового кольца относительно главной вер­тикальной оси (см³),

  - редуцированная высота участка стенки (м), выше, или ниже промежуточного кольца (что боль­ше) и определяемая по формуле (9.22).

В момент сопротивления промежуточного кольца жесткости можно включать части стенки шириной 12(r t_i)^0.5 выше и ниже места приварки кольца, или вычислять его относительно наружной поверхности стенки.

9.2.5 Расчет стенки резервуара на сейсмичес­кое воздействие

Для резервуаров, возводимых в районах с сейс­мичностью выше 6 баллов, расчетные сочетания наг­рузок следует принимать в соответствии с таблицей 9.2.4.

Расчет резервуара производится на основании исход­ных данных, приведенных в таблицах 9.2.7 и 9.2.12. 

Данные, представленные в таблице 9.2.12 вы­даются Заказчиком по результатам сейсмического микрорайонирования площадки строительства, или на основе карт общего сейсмического районирова­ния территории Республики Казахстан. Расчетный период повторяемости землетрясения заданной ин­тенсивности назначается равным 5000 лет для ре­зервуаров 1-го класса ответственности, 1000 лет для резервуаров 2-го и 3-го классов ответственности, 500 лет для резервуаров 4-го класса ответственности. В случае расположения резервуара вблизи водоемов, или в зоне, прилегающей к жилой застройке, расчет­ный период повторяемости землетрясения должен составлять 5000 лет.

В случае отсутствия экспериментальных данных, следует принять A_v = 0.5 A_h

9.2.5.1 Определение сейсмических нагрузок

Сейсмические нагрузки на стенку резервуара сле­дует определять в зависимости от периода основ­ного тона свободных колебаний системы T в соот­ветствии со спектром сейсмического ускорения β(T), представленного на Рис.9.4 и в табл. 9.2.13.

Рис.9.4 - Кривая сейсмического ускорения

 

9.3 Расчет стационарных крыш

Все элементы и узлы крыши должны быть запро­ектированы таким образом, чтобы максимальные напряжения в них не превышали расчетные и обес­печивали устойчивость конструкции для всех расчет­ных сочетаний нагрузок.

Номинальные толщины конструктивных элемен­тов крыши назначаются с учетом припуска на корро­зию и минусового допуска на прокат.

Расчет каркасных крыш производится из условия прочности, самонесущих (бескаркасных) крыш - из условия устойчивости.

9.3.1 Нагрузки

Расчет каркасной крыши выполняется с учетом нагрузок и их сочетаний, приведенных в табл. 9.3.1.

Каркасные крыши с углом наклона a₀ < 10° (Рис.9.5) рассчитываются только на расчетные соче­тания нагрузок 1,3.

Самонесущие крыши рассчитываются из условия ус­тойчивости для одного расчетного сочетания нагрузок 3.

Расчетные значения нагрузок действующих на каркасные крыши следует принимать для сочетаний нагрузок 1, 2 по табл.9.3.2, для сочетания нагрузок 3 по табл. 9.3.3.

Нагрузки от теплоизоляции G₂, вакуума p_вак и сейсмического воздействия выдаются Заказчиком.

Нормативное значение снеговой нагрузки s следует определять в соответствии со СНиП 2.01.07-85* в зависимости от климатического района строительства.

Суммарная нагрузка на крышу не должна быть меньше 1.2 кПа.

Схемы приложения снеговой нагрузки в случае ее симметричного (при отсутствии ветра) и несиммет­ричного (при наличии ветра) распределения по поверхности крыши приведены на Рис.9.5.

 

9.3.2 Расчет каркасных крыш

Каркас крыши представляет собой систему ра­диальных и кольцевых балок. Количество несущих радиальных балок n определяется по формуле:

, (9.53)

где - радиус резервуара (м).

Полученный по формуле (9.53) результат округ­ляется в большую сторону до целого четного числа.

По внешнему контуру расчетная схема крыши должна иметь упругие связи. Коэффициенты жест­кости опорного узла радиальных балок следует опре­делять по формулам:

, (9.54)

где - жесткость опорного узла балки в радиаль­ном направлении (кН/м);

- жесткость опорного узла балки при ее пово­роте в вертикальной плоскости (кН∙м/рад);

- площадь поперечного сечения опорного кольца (мм²);

- момент инерции поперечного сечения опорного кольца относительно главной горизонтальной оси (мм⁴);

- модуль упругости стали (МПа).

Проверку прочности элементов каркасных крыш необходимо производить в соответствии со СНиП РК 5.04-23-2002. При этом следует исполь­зовать коэффициенты условий работы:

- g_c = 0.75 - для кольцевых балок;

- g_c = 0.9 - для радиальных балок и опорного кольца крыши.

Требуется производить проверку устойчивости связевых элементов каркаса.

Моделирование каркасных крыш производится методом конечных элементов. Расчетная схема при этом должна включать радиальные и кольцевые бал­ки, внешнее и внутреннее кольца жесткости. Условия опирания должны учитывать наличие промежуточ­ных опор, если они предусмотрены конструктивным решением. Листы настила в расчетную схему каркас­ной крыши не включаются, но учитываются в весо­вых характеристиках крыши.

Расчет крыши на действие инерционных сейсми­ческих нагрузок следует производить в соответствии со СНиП РК 2.03-04-2001. При этом нагрузки , , s_i (табл. 9.3.3) должны быть получены методом разложения по собственным формам колебаний крыши.

9.3.3 Расчет самонесущих крыш

Узел крепления крыши к верху стенки может выполняться по одному из вариантов представлен­ных на Рис.9.6.

Минимальная расчетная толщина полотна (мм) бескаркасной крыши по условию устойчивости без учета припуска на коррозию определяется по формуле:

(9.55)

где - радиус кривизны купольной крыши (м), для конической крыши (Рис.9.6);

- модуль упругости стали (МПа);

- расчетная нагрузка (кПа), определяемая соотношением:zvv    vbg98t

(9.56)

где - нормативный вес 1 м² теплоизоляции (кПа);

- нормативное значение снеговой нагрузки (кПа);

- нормативная величина относительного разряжения в резе   fh,2 vbu hg рвуаре под крышей.

Формула применима для углов ₀ < 30˚ и при вы­полнении условия , которое следует про­верить после вычисления первого приближения для . Поскольку p в свою очередь зависит от предва­рительно неизвестной толщины , для расчета требуется несколько последовательных приближений.

Если крыша не является легко сбрасываемой, то узел сопряжения крыши и стенки резервуара должен быть рассчитан из условия:

, (9.57)

где - площадь поперечного сечения узла сопря­жения крыши и стенки (мм²), включая площадь верх­него кольцевого элемента и деформируемых участков стенки L_p и крыши L_k, но не включая припуск на коррозию и минусовой допуск на прокат (Рис.9.6);

- нормативное избыточное давление (кПа).

Если предусматривается устройство легко сбра­сываемой крыши, то величина должна удовлет­ворять условию:

, (9.58)

где - общий вес стенки и всех конструкций, опирающихся на нее, кроме настила крыши (кН).

9.4 Расчет плавающих крыш и понтонов.

Расчет плавающих крыш и понтонов произво­дится в следующей последовательности:

- Этап 1 - выбор конструктивной схемы плаваю­щей крыши и предварительное определение толщин элементов исходя из функциональных, конструктив­ных и технологических требований. 

 

- Этап 2 - определение расчетных комбинаций воздействий, учитывающих величину и характер дейст­вующих нагрузок, а также возможность потери герме­тичности (затопления) отдельных коробов крыши.

- Этап 3 - моделирование конструкции крыши ме­тодом конечных элементов.

- Этап 4 - расчет положений равновесия крыши, погруженной в жидкость для всех расчетных комби­наций воздействий.

- Этап 5 - проверка плавучести крыши, которая заключается в выполнении условия:

- для крыши, погруженной в продукт с относи­тельной плотностью 0.7, верхняя точка любого бор­тового элемента должна превышать уровень жидко­сти не менее чем на 150 мм. Если плавучесть крыши не обеспечена, производится изменение ее конструк­тивной схемы и расчет повторяется, начиная с этапа 1.

- Этап 6 - проверка прочности конструктивных элементов крыши для полученных в пункте 4 поло­жений равновесия. В случае изменения толщин эле­ментов, расчет повторяется, начиная с этапа 4.

Расчеты следует выполнять на основе конечно-элементных моделей для исходных данных, приве­денных в табл.9.4.1.

Расположение «снегового мешка» на поверхнос­ти двудечной плавающей крыши следует принимать в соответствии с Рис.9.7. По согласованию с Заказ­чиком, параметры «снегового мешка» m могут быть определены индивидуально для площадки строи­тельства с учетом реальных условий снегопереноса, включающих климатические факторы (данные о положении плавающей крыши при эксплуатации, ско­рости зимних ветров и температуры воздуха в зимний период), а также регламентные мероприятия по уборке снега с поверхности плавающей крыши.

9.4.1 Расчетные комбинации воздействий

Расчетные комбинации воздействий следует назначать в соответствии с табл. 9.4.2.

9.4.2 Проверка прочности конструктивных элементов крыши

Расчет на прочность элементов крыши или понтона следует проводить по формулам:

,

, (9.59)

где , - главные напряжения, определяемые из расчета по конечно-элементной модели.

Минимальная толщина листов крыши или понтона должна быть не меньше 5 мм. Окончательные толщины элементов должны быть назначены с учетом минусового допуска на прокат и припуска на коррозию.

 

9.5 Нагрузки на патрубки

Несущая способность узла приема - раздачи ре­зервуара должна быть обеспечена в условиях однок­ратных и многократных сливов и наливов продукта.

Нагрузки на патрубок задаются в виде комбина­ций трех усилий (Рис.9.8):

- F_x - радиальная сила вдоль оси патрубка (кН);

- M_y - изгибающий момент в горизонтальной плоскости (кН∙м);

- M_z - изгибающий момент в вертикальной плос­кости (кН∙м).

На Рис.9.8 стрелками показаны положительные направления усилий.

Поверхности, ограничивающие область допускае­мых нагрузок приведены на Рис.9.9 для резервуаров объемом 20000 м³ (Рис.9.9а) и 50000 м³(Рис.9.9б). Допускаемые нагрузки на патрубки резервуаров дру­гих объемов могут быть получены интерполяцией.

Если значения нагрузок таковы, что соответст­вующая им точка находится внутри выделенной об­ласти, то несущая способность узла приема раздачи является обеспеченной.

Проверка нагрузок осуществляется по следую­щим правилам:

1 Назначить расчетные сочетания нагрузок (M_zp, M_yp, F_xp);

2 Провести линии параллельные осям M_z и F_x, соответствующие нагрузкам M_zp и F_xp и получить точ­ку их пересечения;

3 Интерполяцией ближайших изолиний получить координату M_y* на поверхности допускаемых нагрузок;

4 Расчетное сочетание нагрузок допустимо, если M_yp < M_y*; расчетное сочетание нагрузок не допус­тимо, если M_yp ≥ M_y*.

Так, например, для резервуара объемом 20000 м³ (Рис.9.9а):

а) комбинация нагрузок (F_xp= -75 кН, M_zp = 25 кН·м, M_yp = 8 кН·м) является допустимой, так как M_yp = 8 кН·м < M_y* = 11 кН·м.

б) комбинация (F_xp = -75 кН, M_zp = 25 кН·м, M_yp=30 кН·м) является недопустимой, так как M_yp = 30 кН·м ≥ M_y* = 11 кН·м.

9.6 Определение нагрузок на фундамент резервуара.

9.6.1 Учет конструктивных, технологических, климатических и сейсмических нагрузок.

Реактивные усилия, передаваемые с корпуса на фундамент резервуара, определяются в зависимос­ти от конструктивных, технологических, климатичес­ких и сейсмических нагрузок.

Нормативные и расчетные значения нагрузок сле­дует принимать в соответствии с данными табл. 9.5.1.

Снеговая и ветровая нагрузки определяются в со­ответствии со СНиП 2.01.07-85* в зависимости от климатического района строительства, размеров ре­зервуара и типа крыши. Сейсмические нагрузки соот­ветствуют п.9.2.5. Конструктивные и технологические нагрузки выдаются Заказчиком.

9.6.2 Учет влияния ветра

Ветровая нагрузка, воздействующая на стенку и крышу резервуара приводит к появлению следующих реактивных усилий:

- опрокидывающего момента M_ws (кН∙м) и сдви­гающей силы F_ws (кН) от воздействия ветра на стенку резервуара (кН∙м);

- опрокидывающего момента M_wr (кН∙м), сдвигаю­щей (кН) и подъемной (кН) сил от воз­действия ветра на стационарную крышу (кН∙м).

 

Результирующие значения опрокидывающего мо­мента M_w и сдвигающей силы F_w от действия ветра на резервуар определяются соотношениями:

, (9.60)

где - расчетная скорость ветра (км/ч).

Опрокидывающий момент и сдвигающую силу от действия ветра при скорости ветра = 160 км/час на стенку резервуара в зависимости от высоты стенки H (м) и диаметра резервуара D = 2r (м) следует определять по формулам:

при H ≤ 5м

, (9.61)

, (9.62)

при H ≥ 5м

; (9.62)

. (9.63)

Опрокидывающий момент, сдвигающую и подъем­ную силы от действия ветра на крышу резервуара следует определять по формулам:

;

;

, (9.64)

где - площадь вертикальной проекции крыши (м²);

H_r - расстояние от днища до центра тяжести вер­тикальной проекции крыши (м).

Для конических крыш с уклоном ≥ 5° и сфери­ческих крыш высотой более 0.1D подъемная сила = 0.

Для резервуаров с плавающими крышами сле­дует принять = = 0.

9.6.3 Нагрузки на фундаментное кольцо

Расчетная нагрузка на фундаментное кольцо q_ф определяется по формуле (кН/м):

, (9.66)

где - результирующая вертикальная сила (кН);

- опрокидывающий момент от ветра или гори­зонтальных сейсмических сил (кН·м), определяемые по формулам:

а) при отсутствии землетрясения

, (9.67)

(9.68)

б) в условиях землетрясения

; (9.69)

- определяется выражением (9.40).

9.6.4 Требования к установке анкеров

В случае необходимости, стенка резервуара прикрепляется к фундаменту анкерными устройст­вами, шаг установки и размеры которых опреде­ляются расчетом.

Требуется установка анкерных болтов, если вы­полняется хотя бы одно из неравенств (9.70) - (9.74).

а) При отсутствии землетрясения

, (9.70)

, (9.71)

(9.72)

Условия (9.70) - (9.72) соответствуют проверке пустого резервуара на подъем от действия избыточ­ного давления, а также на опрокидывающее и сдви­гающее действие ветра.

б) В условиях землетрясения

, (9.73)

, (9.74)

где - толщина окрайки днища (мм);

- расчетное сопротивление стали окрайки днища резервуара (МПа);

- коэффициент характеристики грунта, прини­маемый в соответствии с табл. 9.2.13;

_, - сдвигающая сила (кН) и момент (кН·м), определяемые выражениями (9.38), (9.40).

Условия (9.73) - (9.74) соответствуют проверке резервуара на опрокидывающее и сдвигающее действие сейсмических нагрузок.

Расчетное усилие в одном анкерном болте определяется по формуле (кН) :

, (9.75)

где - диаметр установки анкерных болтов (м);

- количество анкерных болтов, устанавли­ваемых по периметру резервуара и определяемое по формулам:

а) если r ≥ 7.5: , (9.76)

б) если r < 7.5: . (9.77)

В формулах (9.76), (9.77) необходимо величину округлить до целого четного значения.

9.6.5 Нагрузки на фундаментную плиту

Расчетная нагрузка на фундаментную плиту в режиме эксплуатации определяется по формуле (кПа):

, (9.78)

где - толщина центральной части днища (мм);

- максимальная высота налива продукта в режиме эксплуатации (м).

Расчетная нагрузка на фундаментную плиту в ре­жиме гидравлических испытаний определяется по формуле (кПа):

, (9.79)

где - максимальная высота налива продукта в режиме гидравлических испытаний (м).

Расчетная нагрузка на фундаментную плиту в ус­ловиях сейсмического воздействия определя­ется по формуле (кПа):

. (9.80)