126049 (Конструирование вертикального резервуара)

Содержание.

1. Исходные данные

2. Определение габаритных размеров резервуара

3. Определение толщин листов стенки

4. Конструирование и расчет днища

5. Расчет и конструирование элементов сферического покрытия

5.1 Установление габаритных размеров сферического покрытия

5.2 Сбор нагрузок на купол

5.3 Расчет радиального ребра купола

5.4 Расчет кольцевых элементов купола

Список используемой литературы

1. Исходные данные

Тип резервуара – вертикальный цилиндрический со стационарной крышей;

Емкость – 50000 тыс. м³;

Жидкость – мазут, ρ_ж=1,0 т/м³;

Избыточное давление -

Вакуум -

Район строительства: I – снеговой и I – ветровой;

Резервуар относится к I классу опасности (γ_n=1,1);

Материал конструкций – спокойная сталь класса прочности С255 по ГОСТ 27772-88 без учета требований по ударной вязкости (R_y=24кН/см² при t=10…20мм; R_у=23кН/см² при t=21…40мм).

2. Определение габаритных размеров резервуара

Принимая R_wy = R_y = 24кН/см², Δ=2,0см, γ_с=0,8 и γ_ж=1,1 , находим

По табл. П1 [1] диаметр резервуара (при V=50000м³) больше 60м. Минимальная толщина стенки из конструктивных соображений по табл. 3.3 [1] t_min=10мм.

Найдем значения коэффициентов а₁ и а₂ уравнения;

Из уравнения получим H_опт=17,95м. Высоту корпуса (стенки) следует принять равной Н=18.0м.

Принимаем листы размером 2000×8000 мм (с учетом строжки 1990×7980 мм). Стенку компонуем из 9-ти поясов общей высотой Н=9×1,99=17,91 м.

Требуемая длина развертки стенки резервуара:

где Н₁=Н-0,3=17,91-0,3-17,61 м – высота залива резервуара продуктом.

Монтаж стенки предполагается вести полистовым способом. Длину одного кольца стенки назначаем кратной длине листа. Количество листов в одном кольце

Примем n_л=24 шт.

При этом фактическая длина развертки получится:

Фактический диаметр резервуара:

Фактический объем резервуара:

Расхождение с заданным объемом составляет

3. Определение толщин листов стенки

Вычисляем нагрузки от:

- крыши – по табл. П1 [1] g_кр=5,08 кг/м³ на 1 м² днища

- снега

- избыточного давления

- вакуума

- ветра на стенку (в виде условного вакуума)

где w₀ - по табл. 2.3 [1]; с_е1= 0,5 для расчета стенки на устойчивость; k₀ = 0.81 – по табл. 2.4 [1] для типа местности В

- ветра на покрытие (отсос)

где с_е2 =-0,6 при Н/D=18.0/60.96⋲1/3 по табл. на стр. 24 [5]

- гидростатического давления жидкости

Устанавливаем минимальную необходимую толщину верхнего пояса стенки.

По табл. 3.3 [1] при D>35м (D=60,96м) t_k =10мм. Принимая минусовой допуск на прокат δ=0,5мм

для повышенной точности изготовления листового проката и припуск на коррозию с=0,1мм, получим

Принимаем t_min=11мм, t_p,min=11,0-0,5-0,1=10,4мм.

Удельные нагрузки вертикального направления (при отсутствии утеплителя и учета веса стационарного оборудования) Р₁ и кольцевого направления Р₂

(без учета собственного веса верхней части стенки),

где ψ=0,9 – коэффициент сочетания нагрузок;

При ν=r/ t_p,min=(30,48×10²)/1.04=2,93×10³ и

с=1,092×10^-8×ν²-53,686×10^-6×ν+12,59×10^-2=

=1,092×10^-8×2,93²×10⁶-53,686×10^-6×2,93×10³+12,59×10^-2=6,23×10^-2

По формуле (3.18) [1]

имеем:

Отсюда H_r/r=0,9048, а H_r=0,9048×30,48=27,6м.

По формуле (3.22) [1] определяем значение H^*.

Отсюда H^*=580см=5,8м. До верха стенки H₀=H^*+30см=610см=6,1м, в пределах которой толщина стенки может быть постоянной и равной минимальной толщине.

Определяем минимальные расчетные толщины в низлежащей части стенки t_c для условий эксплуатации, принимая z_ж,i=Н_i-30см.

При H₁=18м, z_ж,1=18,0-0,3=17,7м.

Принимаем t₁=40мм.

При H₂=16м, z_ж,2=16,0-0,3=15,7м.

Принимаем t₂=32мм.

При H₃=14м, z_ж,3=14,0-0,3=13,7м.

Принимаем t₃=28мм.

При H₄=12м, z_ж,4=12,0-0,3=11,7м.

Принимаем t₄=25мм.

При H₅=10м, z_ж,5=10,0-0,3=9,7м.

Принимаем t₅=20мм.

При H₆=8м, z_ж,6=8,0-0,3=7,7м.

Принимаем t₆=16мм.

При H₇=6м, z_ж,7=6,0-0,3=5,7м.

Принимаем t₇=12мм.

Остальные толщины стенки должны быть не менее 11 мм.

Для определения фактической редуцированной высоты стенки следует толщины поясов стенки привести к расчетным, т.е. t_ip=t_i-0,6мм.

Получим t_1p=39,4мм; t_2p=31,4мм; t_3p=27,4мм; t_4p=24,4мм; t_5p=19,4мм; t_6p=15,4мм; t_7p=11,4мм; t_8p=t_9p=10,4мм.

Стенка состоит из 9-ти поясов (~2,0м – ширина пояса): 9×2,0=18,0м=H. Толщины 7-ми нижних поясов определены по прочности. Высота верхних 2-х поясов составляет 4м, что меньше H^*=5,8м. Следовательно, толщина верхних двух поясов может быть принята постоянной и равной минимальной.

Найдем фактическую величину редуцированной высоты стенки:

т.е. устойчивость верхней части стенки будет обеспечена.

Итак, имеем следующий набор номинальных толщин поясов стенки:

2×11+1×12+1×16+1×20+1×25+1×28+1×32+1×40 мм.

Таблица 1

Сводная таблица толщин листов

Следует заметить, что верхние 4 пояса могут быть изготовлены в виде рулонов, так как их толщина не превышает 16 мм.

Масса стенки составит:

4. Конструирование и расчет днища

Центральную часть днища конструируем из листов 1500×6000 мм толщиной 6мм в виде 4-х рулонируемых полотнищ. Для стенки при толщине нижнего пояса равной t₁=40мм минимальная толщина листов окраек 16мм (табл 3.1 [1]). Примем толщину окраек 16мм и проверим их на изгибающий момент краевого эффекта. Вычислим значения параметров, входящих в уравнение для определения момента краевого эффекта М₀

Коэффициент деформации стенки

где ν=0,3 – коэффициент Пуассона;

t_p,1=40-0.6=39,4мм=3,94см.

Условный коэффициент постели стенки

Давление на днище

Коэффициент канонического уравнения (2.23) [1]

Свободный член канонического уравнения (2.23) [1]

Цилиндрическая жесткость окрайки днища

Полученные значения подставим в уравнение (2.23) [1]

Отсюда М₀=14,52(кН×см)/см.

Требуемое расчетное сопротивление по пределу текучести для листов окраек по формуле:

где γ_с=1,0; γ_кр=1,2.

Величина отрыва днища от фундамента определяется по формуле (2.24) [1]

Если применить кольцевой железобетонный фундамент, то ширина кольца по верху должна быть более l=55,1см.

Днище располагается на кольцевых фундаментах из сборных железобетонных плит шириной 1,5 м и толщиной 0,5 м. В центре кольцевого фундамента – песчаная подушка.

Рис.1 Основание под фундамент

5. Расчет и конструирование элементов сферического покрытия

5.1 Установление габаритных размеров сферического покрытия

Назначаем стрелку подъема f и вычисляем радиус сферы купола (рис. 2)

Стрелка подъема купола f:

Радиус сферы:

Центральный угол сферы α определяется по формуле

отсюда α/2=18,92°, α=37,84°.

Длина дуги купола в вертикальной плоскости:

Половину дуги следует разделить на целое число ярусов щитов покрытия и выделить радиус верхнего центрального кольца. Примем длину щита по дуге окружности l⁰_щ=10,0м, при этом радиус центрального кольца согласно рис. 2

которое уточняется после расчета радиальных ребер.

Рис.2 Схема ребристо-кольцевого купола

Определяем число щитов в одном ярусе, исходя из ширины щита по опорному кольцу b₀=3,0…3,5м. Количество щитов в одном ярусе:

Примем n_щ=64шт.

Купол собирается из трех типов трапециевидных щитов, изготовленных на заводе. Расчетными элементами купола являются:

- радиальные ребра;

- промежуточные кольца;

- опорное кольцо;

- настил.

Ширина щитов:

b₀=3,0м;

5.2 Сбор нагрузок на купол

Нагрузки вертикального направления определяются по формулам

- направленные вниз