книга2 с254-338 (Часть полезной книги), страница 2

Требуемое число точек i=8/11,14=0,7; принимаем 4 точки из соображений рационального конструирования.

Усилие, сдвигающее косынку (накладку) относительно пояса, по формуле (20.7) Т= (62,8+51,4) sin45° = 80,73 кН.

Число точек, прикрепляющих косынку к поясу, £=80,73/11,14=7,3; прини­маем 9 точек из соображений рационального конструирования.

ГЛАВА 21 ОБОЛОЧКОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Оболочковые конструкции разделяют на две основные группы. К первой группе относят резервуары и другие изделия, предназна­ченные для хранения невзрывоопасных и неядовитых жидкостей и газов при давлении р<0,05 МПа и температуре T<100 C. Эти конструкции изготовляют согласно общим правилам проектирова­ния и требованиям эксплуатации промышленных сооружений. Ко второй группе относят котлы и сосуды, работающие под высоким давлением. Эксплуатация их находится под особым наблюдением инспекции Котлонадзора. Эти конструкции проектируют и изго­товляют согласно специальным техническим условиям.

§ 1. Вертикальные цилиндрические резервуары с плоскими днищами

Основными элементами резервуара являются боковая стенка, покрытие и днище (рис. 21.1). Днище этих конструкций в боль­шинстве случаев плоское, корпус цилиндрический. Такая форма рациональна с точки зрения прочности и возможности изготовле­ния ее с наименьшим расходом металла. Изготовляют резервуары главным образом из сталей марок Ст2 и СтЗ, а также из низколе­гированных сталей.

Оптимальное с позиции расхода металла соотношение между высотой h резервуара и его диаметром D определяется условием, что масса металла в днище и покрытии равна массе металла в цилиндрической части. При этом для объектов объемом 100— 600 м³ h/D = 1,25/0,85, для объектов объемом до 10 000 м³ h/D-= 0,7/0,35. Однако, с учетом требований технологии типовые проекты резервуаров вместимостью от 100 до 2000 м³ предусмат­ривают изменение высоты стенки от 5920 до 11845 мм, тогда как

в более крупных резервуарах (50000 м³ и выше) высота остается практически постоянной и, как правило, не превышает 18 м.

Схематическое расположение швов на цилиндрической части резервуара показано на рис. 21.1,а. Продольные стыковые швы в

Рис. 21.1. Общий вид резервуара объемом V=5000 м³:

а — фасад; б —план крыши; в — план днища; г — схема элемента кровли

нижней части оболочки располагают в одну нитку или вразбежку (рис. 21.2,а). На рис. 21.2,6 показан продольный разрез нижней

части оболочки. В верхней ча­
сти оболочки соединения лис­
тов толщиной до 7—8 мм на-
хлесточные (рис. 21.2,в). Раз­
мер нахлестки a>4s, где s —
толщина листа обечайки.
Внешние швы нахлесточного
соединения накладываются не­
прерывными, внутренние —
прерывистыми. Последнее де­
лается для улучшения условий
контроля соединений на плот­
ность. В местах пересечений
Рис. 21.2. Сварные соединения стенки горизонтальных и вертикаль-
резервуара: ных швов производят подбивку

а, б — расположение поясов при стыковых со- листов, обеспечивающую плот-единениях; в - ступенчатое расположение ность соединений. при нахлесточвых соединениях поясов

262

Толщину обечаек проектируют переменной и назначают соглас­
но расчету на прочность. По безмоментной теории оболочка рас­
сматривается как гибкая, учитываются лишь мембранные напря­
жения. Основными рабочими соединениями являются продольные
швы обечаек. Их прочностью определяется толщина стенок резер­
вуара.

(21.1)

Допустим, что давление в резервуаре на глубине у (рис. 21.3,a)

где у — удельный вес жидкости.

а) б)

Рис. 21.3. К расчету цилиндрической части резер­вуара:

а — определение напряжений цилиндрической части; б —

отверстие в цилиндрической части; в — цилиндрическая

часть в месте отверстия усилена кольцом

Определим напряжения в вырезанном из обечайки кольце шириной, равной единице. Рассечем кольцо плоскостью и прило­жим в месте разреза силы

где

где а —напряжение в кольце; s —толщина кольца. Условие статического равновесия полукольца

откуда

( 21.2)

Напряжения в кольце

(21-3)

(21.4)

263

Напряжения

Напряжения а действуют параллельно касательной к цилин­дрической поверхности. Они возникают также и в продольном шве обечайки. Поэтому из условий прочности напряжение должно быть

Требуемую толщину s_TP листа обечайки определяют по фор­муле

(21.5)

где р— давление, определяемое по формуле (21.1); R — радиус резервуара в сечениях на расстоянии 300 мм от нижней кромки пояса рассчитываемой обечайки (см. рис. 21.2,а), т. е. y=h₀. Чем меньше давление р, тем соответственно тоньше листы обечайки. По соображениям рационального конструирования наименьшую толщину обечайки в резервуарах принимают равной 4 мм. Кольце­вые швы в резервуарах напряжены значительно меньше.

При проектировании резервуаров в настоящее время применя­ют метод расчета прочности по предельному состоянию. При этом допускаемое напряжение определяется по формуле

p=R_Pm/n. (21.6)

В резервуарах из стали СтЗ, сваренных электродами Э42, яри использова­нии физических методов контроля швов расчетное сопротивление Rр=210 М а лри визуальном методе контроля R_Р=180 МПа. Коэффициент условий работы m=0,8; n= 1,1—коэффициент перегрузки для гидростатического давления жид кости. Числовое значение [o]_р=210- 0,8 -1,1 = 153 МПа.

Результаты определения толщины поясов резервуара объемом V=5000 (см. рис. 21.1) приведены в табл. 21.1.

Требуемую толщину s_Tp листа обечайки определяют по фор­муле

s_Tp = ^/M_P. (21-5)

где р— давление, определяемое по формуле (21.1); R — радиус резервуара в сечениях на расстоянии 300 мм от нижней кромки пояса рассчитываемой обечайки (см. рис. 21.2,а), т. е. y=h₀. Чем меньше давление р, тем соответственно тоньше листы обечайки. По соображениям рационального конструирования наименьшую толщину обечайки в резервуарах принимают равной 4 мм. Кольце­вые швы в резервуарах напряжены значительно меньше.

При проектировании резервуаров в настоящее время применя­ют метод расчета прочности по предельному состоянию. При этом допускаемое напряжение определяется по формуле

[a]p=R^mln. (21.6)

В резервуарах из стали СтЗ, сваренных электродами Э42, яри использова­нии физических методов контроля швов расчетное сопротивление #р=210 МПа, а лри визуальном методе контроля #_Р=180 МПа. Коэффициент условий работы /и=0,8; «= 1,1—коэффициент перегрузки для гидростатического давления жид­кости. Числовое значение [сг]_р=210- 0,8 -1,1 = 153 МПа.

Результаты определения толщины поясов резервуара объемом Т/=5000 м³ (см. рис. 21.1) приведены в табл. 21.1.

Примечание. R—радиус цилиндра, равный 11,44 м; р — давление, равное 0,01h₀ (МПа).

В нахлесточных соединениях распределение напряжений нерав­номерно. В участках двойной толщины растягивающие напряже­ния, направленные по касательной к окружности, уменьшаются по сравнению с растягивающими напряжениями на участках вне нахлестки. Соответственно сокращаются значения кольцевых де­формаций. Корпус в этих зонах имеет меньший диаметр, нежели между нахлестками, поэтому элементы, направленные по образу­ющей, испытывают изгиб.

264

Если в поясе предусмотрено отверстие для крепления труб (рис. 21.3,6), то обечайка в зоне отверстия ослабляется и в этом случае возможны два варианта расчета.

1. Допустим, что напряжение в сечении, ослабленном отвер­стием,

(21.7)

где h_n — высота пояса; d — диаметр отверстия. В этом случае отверстие не опасно, так как запас прочности в целом сечении настолько велик, что даже в месте выреза расчетное напряжение о оказывается меньше допускаемого.

2. Предположим, что напряжение в сечении, ослабленном от­верстием, больше допускаемого [о] _Р. В этом случае обечайку в зоне выреза обычно усиливают (рис. 21.3,8), например кольцом. Условно считают, что кольцо возмещает пло­щадь металла, вырезанного из стенки.

Плоское днище резервуара (рис. 21.1,в), установленное на песчаное или бетонное основание, не несет рабочих усилий. Днище изготовляют из листов толщиной 4—8 мм в зависимости от диаметра резервуара. Нередко по пе­риферии днища под вертикальными стенками укладывают более толстые листы. Например, если в средней ча­сти s=6 мм, то на периферии s— =8 мм.

Соединение цилиндрической части Рис 21.4. Соединение цилинд-
с днищем является ответствен- ра с днищем

/ а — вид соединения: о — эпюра

НЫМ ЭЛемеНТОМ КОНСТРУКЦИИ (рис. напряжения от изгиба

21.4,а). В месте соединения возни­кает изгибающий момент М, зависящий от толщины верти­кальной стенки и днища, коэффициента жесткости основания и от длины участка листа днища (консоли), выступающего за стенку.

Приближенно момент, возникающий в месте соединения, яа единицу длины

(21.8)

Напряжение в стенке резервуара

(21.9)

Примем р=0,1 МПа для воды при h=10 м; R=10 м; s=l см. При этих условиях o=60 МПа.

Напряжение направлено параллельно образующей. Эпюра распределения напряжений от момента по высоте стенки резер­вуара показана на рис. 21.4,6. Установлено, что соединение ци­линдрической части с днищем двумя непрерывными швами обес­печивает прочность, поэтому обычно специального расчета на проч­ность для этого соединения не производят.

265