144833 (Резервуар объемом 50000 м3 для нефти в г. Новороссийске), страница 4

Производим сбор нагрузок

1,7 кг/см² = 17000 кг/м² = 170 кн/м²

Q_кр = = 741 кг/м² = 7,41 кн/м²

Q_в.к. = = 80 кг/м² = 0,8 кн/м²

Собственный вес конструкций резервуара

Q_рез= Q_{в.к. +} Q_{обор +} Q_{путь л. +} Q_{к.л. +} Q_{п.к.л. +} Q_{пер.пл.к.л.} =

= 34337 + 6,975 + 1077 + 317839 + 1049 = 370514 кг

Равномерно-распределенная нагрузка на основание от веса конструкций резервуара, тс/м²:

Q = 864 кг/м² = 8,64 кн/м² Q₄

Производим подсчет по поясам

Q₁ = 93,66 + 58570 = 58664 кн; q = 136,78 кн/м²

Q₂ = 80,28 + 58570 = 58650,28 кн; q = 136,78 кн/м²

Q₃ = 66,90 + 58570 = 58636,90 кн; q = 136,75 кн/м²

Q₄ = 60,21 + 58570 = 58630,21 кн; q = 136,73 кн/м²

Q₅ = Q₄

Q₆ = 53,52 + 58570 = 58623,52кн; q = 136,72 кн/м²

Q₇ = 40,14 + 58570 = 58610,14 кн; q = 136,68 кн/м²

Q₈ = Q₇ + Q_кр + Q_{ветр.кольца} = 136,68 + 58570 = 58650,28 кн; q = 136,78 кн/м²=

Нагрузки на основание и фундамент резервуара

1 Максимальная равномерно-распределенная нагрузка по периметру стенки (собственный вес конструкций, снег), тс/м:

P∙l = 3,2

2 Равномерно-распределенная нагрузка на основание резервуара, тс/м²:

Q₁ = 17,1 (для гидроиспытаний)

Q₂ = 15,1 (для продукта).

3 Максимальная нагрузка от сейсмического давления по периметру стенки, тс/м:

Р₂ = 67,2

Р₃ = нет (для анкеров).

4 Нагрузка по периметру днища от веса рулона стенки, тс/м²:

N = нет

6.4 Определение усилий в элементах конструкций

6.4.1 Расчет стенки вертикального резервуара

Расчет конструкций резервуара и, в частности, определение толщины его стенки по поясам ведется по предельному состоянию. Поскольку стенка резервуара работает главным образом на растяжение, то расчет последнего по предельному состоянию сводится в основном к введению в расчетные формулы дифференцированных коэффициентов безопасности (коэффициентов запаса), т. е. коэффициента перегрузки n и коэффициента условий работы m. Введение этих коэффициентов (различных для разных элементов конструкции) позволяет увеличивать или уменьшать запас прочности того или иного элемента в зависимости от его назначения и вида действующей на него нагрузки. Это, в свою очередь, позволяет более рационально использовать материала и его несущую способность и, следовательно, более экономично его расходовать.

Напряжения в цилиндрической оболочке определяют по формуле

Σ =

Толщина стенки

δ = р

Если использовать запись не в напряжениях, а в усилиях, то получим

N_p ≤ N_пр, (1)

где N_p -расчетное усилие в оболочке,

N_{p =} р∙r

N_пр - предельное усилие в оболочке,

N_{пр =} δ∙σ

Расшифруем значения усилий: давление р складывается из гидростатического давления и избыточного давления в газовом пространстве резервуара. Таким образом, с учетом коэффициентов перегрузки

р = n₁g(H–x)+n₂p_изб,.

где p_изб — избыточное давление.

Расчетное усилие:

N_p =[n₁(H–x)+n₂p_изб]r,

где r- радиус резервуара.

Величина предельного (или предельно допустимого) усилия

N_пр=mR_i

где m - коэффициент условий работы (для стенки резервуара m = 0,8); R— расчетное сопротивление материала стенки; _i — толщина рассчитываемого пояса.

Подставив значение усилий в выражение (1), получим:

[n₁(H–x)+n₂p_изб]∙r ≤ mR_i

или

_i ≥ (2)

Значение х в формуле (2) обычно берут для первого пояса - 30 см, для остальных поясов - равным высоте всех поясов, предшествующих рассчитываемому (снизу).

Данные для расчета: H = 18000, d = 60700 мм, материал стенки 09Г2С, расчетное сопротивление стали R=290 МПа, коэффициент условий работы m = 0,8, стенка состоит из восьми поясов, высота пояса 2250 мм, = 0,0009 кг/см³, _изб = 0.

Решение

Поскольку нижний край стенки упруго защемлен (сварен) с днищем, то для первого пояса x = 30 см, а не 0, как можно было предположить. Подставим данные для первого пояса в формулу (2). Величину g принимаем равной 10.

= [1,1910²10(18,00–0,30)+1,2210³]30,35/0,829010⁶=0,0232 м или = 2,32 см

Аналогично этому подсчитываем толщину остальных поясов. Результаты расчета стенки для всех поясов сведены в таблицу, в которой принимаемые величины толщин поясов получены округлением результатов расчета. Толщины поясов имеют завышенную величину для обеспечения запаса устойчивости.

Таблица 6.1 - Результаты расчета стенки резервуара по поясам

6.4.2 Расчет нижнего узла резервуара объемом 50000 м³

Исходные данные: толщина первого пояса стенки =28 мм, толщина окрайков днища _окр=16 мм; масса стенки G_ст = 506,421 т; плотность нефтепродукта =910^-4кг/см³.

Решение

Нагрузка на единицу длину окружности стенки

Гидростатическое давление на днище

Основные характеристики стенки: цилиндрическая жесткость:

;

условный коэффициент постели

;

коэффициент деформации

Определение перемещения стенки:

Во всех результатах для последующего сокращения здесь выделено значение 10^-4.

Основные характеристики днища:

цилиндрическая жесткость

коэффициент постели основание может иметь значение 3-20кг/см³ (принимаем ).

Тогда коэффициент деформации

Расстояние от наружной поверхности стенки до края днища с = 67 мм.

Аргумент

По таблице функции находим:

Определяем перемещения днища:

Решаем канонические уравнения:

Отсюда М_о = 6,9 кНм/м; Q_о = -30,8 кН/м.

Напряжение в стенке

6.4.3 Расчет узла сопряжения стенки резервуара с днищем.

В узле сопряжения стенки резервуара с. днищем возникают изгибающий момент М_о и поперечная сила Q_o, которые распространяются вдоль образующей и относительно быстро затухают. Поскольку из-за небольшой жесткости днища соединение нельзя считать жестким защемлением, принято считать нижний край стенки упруго защемленным в днище. Следовательно, в заполненном резервуаре происходят деформации как стенки, так и днища, а так как сопряжение их неразъемно, то сумма деформаций стенки и днища в узле должна быть равна нулю. Для отыскания неизвестных М_о и Q_o принято использовать один из методов строительной механики решения статически неопределимых стержневых систем. В самом деле, мысленно вырезав полоску единичной ширины из стенки резервуара и днища, благодаря симметричности нагрузки можем считать их системой из двух соединенных стержней. Расчетная схема узла сопряжения приведена на рис.77.

Для определения неизвестных напишем канонические уравнения метода сил, представляющие собой по сути уравнения неразрывности деформаций в узле:

(3)

где —единичные перемещения от действия;

М_о = 1;

- единичные перемещения от действия Q_o = 1l;

- перемещения от действия внешней нагрузки.

Каждое перемещение слагается из перемещений стенки и перемещения днища, т. е.

Днище в горизонтальном направлении (в своей плоскости) обладает значительной жесткостью, т. е. практически нерастяжимо, в чем нетрудно убедиться на опыте (с любым эластичным материалом, стараясь растянуть его равномерно во все стороны). Поэтому часть перемещений - коэффициентов системы канонических уравнений пропадает:

Поэтому система (3) принимает вид:

(4)

В дальнейшем решении задача сводится к отысканию единичных перемещений, являющихся коэффициентами системы уравнений (4), и решению последней.

Определение перемещений стенки

Для определения перемещений стенки напишем решение левой части дифференциального уравнения (решение однородного уравнения):

.

Поскольку стенка резервуара находится под действием гидростатического давления, изменяющегося по закону треугольника, то естественно предположить, что на бесконечном удалении от днища перемещения стенки должны быть равны нулю. Второе слагаемое приводимого решения действительно при и стремится к нулю благодаря отрицательной степени при е. Первое же слагаемое может стать нулем только в том случае, если нулю равны произвольные постоянные C₁ и C₂. Таким образом, окончательно получаем:

.

или для простоты вычислений

(5)

Выразим неизвестные произвольные постоянные

С₃ С₄ через неизвестные, но вполне определенные М_о и Q_o (этот способ носит название метода начальных параметров). Для этого примем следующие граничные условия:

при х = 0