126049 (Конструирование вертикального резервуара), страница 2

- направленные вверх

где w_т^от - нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте z (до середины стрелки подъема купола) от уровня земли

По табл. 2.4 [1] для местности типа В коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, имеет величину k₀=0,85 при z=20м,

где w₀=0,23 кН/м² – для I ветрового района;

с_е2 =-0,6 при Н/D=1/3 [5];

знак «-» учтен направлением ветровой нагрузки на покрытие.

Имеем

так как q₁ имеет отрицательное значение, то в дальнейшем расчете учитываются нагрузки, направленные только вниз.

Комбинация нагрузок горизонтального направления на верхнюю часть резервуара (0,4Н):

- нагрузки, вызывающие сжатие опорного кольца купола в виде активного давления ветра и вакуума, определенные по формуле (3.48) [1]:

где w_т=w₀×k₀×с=0,23×0,738×0,5=0.085кН/м²,

коэффициент k₀ находится на высоте z=0,8×H=0,8×18,0=14,4м;

k₀=0,738.

- нагрузки, вызывающие растяжение опорного кольца: ветровой отсос и избыточное давление по формуле 3.49 [1]

где w_т=w₀×k₀×с=0,23×0,738×1,0=0,17кН/м², с=1,0;

Вертикальная сосредоточенная нагрузка на узел пересечения радиального ребра с кольцом определяется по формуле 3.50 [1]:

для 1-го кольца при r₁=10,947м:

- направленная вниз:

для 2-го кольца при r₁=20,849м:

- направленная вниз:

5.3 Расчет радиального ребра купола

Наиболее напряженным будет радиальное ребро между опорным и вторым кольцами. Расчетная схема радиального ребра купола изображена на рис.3

Рис.3 Расчетные схемы радиального ребра купола на нагрузки:

а) горизонтальную; б) вертикальную; в) местную.

Найдем углы наклона касательной с осью x в уровнях опорного кольца (x₁=0) и 2-го кольца (х₂=9,615м) (см. рис.2) по формуле 3.54 [1]:

α₀=18,93°;

α₂=12,8°;

Вычислим α₁ в уровне 1-го кольца при х₁=19,517м.

α₁=6,7°;

Для опорного радиального ребра средний угол наклона касательных

то же для ребра между 2-м и 1-м кольцами

Интенсивность нагрузки на опорное радиальное ребро:

Продольные сжимающие усилия в опорном ребре:

где l₃=9,615м – см рис. 2

Суммарное продольное сжимающее усилие в опорном ребре определяется по формуле (3.51) [1]

Найдем наибольшее значение изгибающего момента в опорном ребре от распределенной нагрузки рис. 4

Рис.4 Схема загружения опорного ребра распределенной нагрузкой

Левая опорная реакция

Найдем положение сечения с наибольшим изгибающим моментом по формуле (3.52) [1]

где Δq=q_p,1-q_p,2=5,34-3,56=1,78 кН/м.

Максимальное значение изгибающего момента в этом сечении

где

Радиальные ребра конструируем из двух прокатных швеллеров (рис. 5) из стали марки ВСт3пс6-1 (R_у=24кН/см²).

Ребро работает на внецентренное сжатие.

Считаем, что настил приваривается к радиальным и поперечным ребрам щитов, тем самым обеспечивается устойчивость ребра. Поэтому радиальное ребро будем рассчитывать только на прочность.

Рис.5 Сечение радиального ребра

Высоту сечения ребра принимаем из условия h_p=l₃/40=961,5/40=24,0см.

Принимаем ребро в виде двух швеллеров №24У (А_шв=30,6см²; W_x=242,0см³).

Проверим принятое сечение радиального ребра на другую комбинацию нагрузок (q₁ и W₁), вызывающих растяжение.

Продольные растягивающие напряжения в ребре:

Суммарное продольное растягивающее усилие в ребре определяется по формуле:

Поскольку интенсивность распределенной нагрузки направленной вверх, меньше интенсивности нагрузки, направленной вниз, то проверку на прочность ребра по растягивающим усилиям проводить на следует.

Уточним радиус центрального кольца r_к,ц из условия закрепления в нем радиальных ребер щитов из двух швеллеров №24У (b=90мм). Учитывая, что ширина двух полок швеллера 2×90=180мм; толщина промежуточного ребра t_p=10мм; зазор – 5мм, ширина опирания ребра составит b_цк=180+10+5=195мм. Тогда радиус центрального кольца

Длина щита верхнего яруса уменьшится и составит:

Радиальные ребра вышележащих ярусов щитов испытывают меньшие нагрузки: V_i и q_p. Поэтому можно оставить сечение радиальных ребер постоянным из двух швеллеров №24У.

5.4 Расчет кольцевых элементов купола

а) Опорное кольцо

Распор, передаваемый на опорное кольцо со стороны радиального ребра, определяется по формуле (3.55) [1]

где ctgα₀=1/tgα₀; tgα₀=0,3429

Изгибающие моменты и продольные усилия, вызываемые распорами, определяются при нагрузке сверху вниз q на купол:

- момент под радиальным ребром

- момент между радиальными ребрами

- продольное усилие (растягивающее)

Дополнительные продольные усилия и изгибающие моменты в опорном кольце:

- от избыточного давления на 0,4Н стенки

- от вакуума на 0,4H стенки

- от ветровой нагрузки на 0,4H стенки по формуле (3.59) [1]

где γ_f,в=1,4; c_e1=0,6; w₀=0,23кН/м²; sin36^°=0,588.

Коэффициент k₀ следует определять для середины 0,4H стенки, т.е. на высоте

k₀=0,738 при z=14,4м.

В результате подстановки имеем

По формуле (3.63) [1]

где c’_e1=1,0 (см. рис. 3.22 [1]); sin45^°=0,707.

Имеем

Изгибающие моменты по формуле:

Усилие в кольце от ветрового отсоса на покрытие резервуара

где ψ=0,9 – коэффициент сочетания нагрузок;

γ_f,от=1,4; w₀=0,23кН/м²;

k₀=0,85 и c_e2=-0,6;

Распор от ветрового отсоса, передаваемый через радиальные ребра

где ctgα₀=1/tgα₀=1/0,3429; α₀=18,93°.

Изгибающие моменты в опорном кольце от ветровых распоров P^от:

Продольное усилие

Результаты определения усилий в опорном кольце от нагрузок приведены в табл.2

Таблица 2

Продолжение таблицы 2

Таблица 3

Номера загружения и расчетные усилия в сечениях опорного кольца

Размеры указанные на (рис. 6) получены способом последовательных приближений. Для опорного кольца принята сталь марки ВСт3пс6 (R_y=24 кН/cм² при t≤20 мм).

В сечение опорного кольца необходимо учесть часть стенки резервуара высотой:

Рис.6 Сечение опорного кольца

При этом площадь сечения кольца составляет:

А = 90,0×0,8+2×2,0×30,0+19,5×1,1=213,5 см².

Момент инерции сечения кольца относительно вертикальной оси y-y:

Момент сопротивления:

Проверка сечения на прочность осуществляется по формуле:

где N=2244,6 кН; М_y = 617,9 кН×м

Положительное значение момента М_у принято потому, что для симметричного сечения противоположные волокна будут иметь равные по величине и обратные по знаку нормальные напряжения. При положительном моменте нормальные напряжения от продольной силы и момента будут одинакового знака:

прочность опорного кольца обеспечена.

Устойчивость кольца в своей плоскости будет обеспечена за счет опирающихся на него щитов и листов кровли (настила).

б) Промежуточное кольцо

Рассмотрим расчет кольца, смежного с опорным (рис. 7).

Рис.7 К расчету промежуточного 2-го кольца

Продольное усилие в элементе 2-го кольца определяется по формуле 3.64 [1]: