Конструирование и расчет элементов колонных аппаратов. Учебное пособие (1093152), страница 16
Текст из файла (страница 16)
табл. 10.92Рис. 8.6. Конструктивные элементы опор для колонных аппаратов: а—цилиндрическая опора; б—коническая опора; исполнение 1 — опорный узел выполнен в форме отдельных столиков подкаждый анкерный болт; исполнение 2 — опорный узел выполнен в виде двух горизонтальныхколец, подкрепленных ребром в промежутке между двумя смежными анкерными болтами;исполнение 3 — то же, но подкрепленных двумя ребрами у каждого анкерного болта; исполнение 4— опорный узел облегченной конструкции с одним кольцомРис. 8.7 График для определения∆t8.5 РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ОПОРЫ КОЛОННЫХ АППАРАТОВ.Конструктивные элементы опор колонных аппаратов показаны на рис.8.6.Расчет проводится для рабочих условий и для условий гидравлическогоиспытания колонны.
Используются расчетные нагрузки в трех сечениях опоры:• х—х — в основании опоры;• у—у — в месте сварного соединения опоры с корпусом аппарата;• z— z — по центрам отверстий в опоре.На опору действуют: Р = G — осевая сжимающая нагрузка от силытяжести аппарата и среды, вспомогательных устройств, установленных наколонне, изоляции; М — суммарный изгибающий момент от ветровой исейсмической нагрузок и от эксцентрично приложенных к оси аппарата силтяжести отдельных внутренних и внешних устройств.
Определение Р и М см. вСТ СЭВ 1644—79 (ГОСТ 24756—81).93Расчетная температура в опорной обечайке определяется из условияt R = max{t k − ∆t ;20o C},где ∆t - перепад температуры вдоль опорной обечайки, определяемый порис. 8.7; tK — расчетная температура нижнего днища аппарата.Обечайка опоры.Прочность сварного соединения опоры с корпусом определяетсяусловиемσ=1 4M y+ Pи ≤ ϕ ⋅ min{[σ 0 ];[σ k ]} ,πDa Dгде Мy —максимальный изгибающий момент в сечении у—у, Рu — осевая сжимающаясила в условиях гидравлического испытания аппарата; α1 —расчетнаятолщина сварного шва; [ σ 0 ] — допускаемое напряжение для материала опоры;[ σ K ]— допускаемое напряжение для материала корпуса аппарата; ϕ —коэффициент прочности сварного шва. Для сварного шва, показанного навыносном узле I (см. рис.
8.6), ϕ = 0,7.Показанная на выносном узле I конструкция соединения опорнойобечайки с корпусом недостаточно надежна, так как сварной шов не можетбыть выполнен двусторонним и качество исполнения не может быть проверенорентгеноскопией из-за малого острого угла между обечайкой и днищем. Дляколонных аппаратов с соотношением H/D > 20 рекомендуется конструкциясоединения опоры с корпусом с использованием горообразного перехода(вариант узла I на рис. 8.6), при котором угол между днищем и обечайкойдолжен составлять 60—90°.
Это решение обеспечивает возможностькачественноговыполнениядвустороннегосварногошваиегорентгеноскопический контроль. Для такой конструкции ϕ = 1.Прочность и устойчивость обечайки опоры в сечении z—z, проходящемпо центру наибольшего отверстия в опоре, определяется условиемPzuM + Pzu ψ 3 D+ z≤ 1, где Мz — максимальный изгибающий моментаψ1[ P ]ψ 2[M ]сечении z—z; Рzu — осевая сжимающая сила в том же сечении в условияхгидравлического испытания; ψ 1 ,ψ 2 ,ψ 3 —коэффициенты, определяемые порис.
8.8; [Р] и [М] — допускаемые осевая сила и изгибающий момент.Если в сечении z—z имеется несколько отверстий, то расчет ведут длянаибольшего из них при условии, что для остальных отверстий ψ 1 > 0,95 и ψ 2> 0,95. Если для остальных отверстийψ1 =ψ 1 <0,954WFzJs; ψ2 =;ψ=;3πD( s1 − c)πD 2 ( s1 − c)Dиψ 2 <0,95,то принимают:где Fz — площадь наиболееослабленного поперечного сечения обечайки опоры; W— наименьший моментсопротивления того же сечения; Js — эксцентриситет центра тяжести того жесечения.94Если в зоне отверстий обечайки опоры имеется кольцевой сварной шов,проверяетсяегопрочностьпоусловиютоσ= 4( M z + Pz ψ 3 D) Pz 1− ≤ ϕ т ⋅ [σ 0 ],πD( s − c) ψ2Dψ1 прочностикольцевогосварногошва;гдеϕT—ψ 1 ,ψ 2 ,ψ 3 —коэффициенткоэффициенты,определяемые по рис.
8.8. Если кольцевой шов находится вне зоны отверстий,то ψ 1 =ψ 2 =1, ψ 3 =0.Нижнее опорное кольцо.Ширина кольца b1 = 0,5( D1 − D2 ) (см. рис. 8.6) устанавливаетсяконструктивно и должна удовлетворять условиюb ≥ b1R =14M z+ Pz )(πDБ [σбет ] DБВыступающая наружу от обечайки опоры ширина кольцаиз соотношения 2d Б + 30 мм ≤ b2 ≤b2принимается2b1 где d Б — внутренний диаметр резьбы3анкерной шпильки.Напряжение сжатия в бетоне определяется по формуле:σбет = [σбет ]bпR.b1Прочность сварного соединения опорного кольца с обечайкой опоры висполнении 4 опорного узда (см.
рис. 8.6) проверяется по условиюσ=1 4M x− Px ≤ 0,6 ⋅ [σ 0 ],2πDa Dгдеα2—расчетный катет сварногошва.Для опорных узлов исполнения 1,2 и 3 (рис. 8.6) проверка прочностиданного сварного соединения не производится.Толщина нижнего опорного кольцаχ1s2 ≥ max{χ1b23σ бет+ c;1,5s1}. где[ σ]— коэффициент для опорного узла исполнения 4 (рис. 8.6)опорных узлов исполнения 1,2 и 3 (рис. 8.6)параметраχ1χ1= 1; дляпо рис. 8.9 в зависимости отb2.b7Для кольца опорного узла исполнения 4 толщина s дополнительнодолжна быть проверена на условие s2 =95(4M x4e− P)+ c.π[σ]DDЕсли получитсяs2 > 2s1 то опорный узел исполнения 4 неприменим.Толщина верхнего кольца в опорных узлах исполнения 1,2 и 3определяется по формуле:s2 ≥ max{χ 2FБ [σ Б ]+ c;1,5s1}.
где χ 2 — коэффициент, определяемый[ σ]по рис. 8.9 в зависимости от параметраe1 / b6 ;e1 — диаметр окружности,вписанной в шестигранник гайки анкерной шпильки.Рис. 8.8. Графики для определения коэффициентов—— - (s4 —c)/(s1 -c)=1,ψ 1 ,ψ 2 ,ψ 3— - (s4 —c)/(s1 –c)= 2.χ1 ,Рис 8.10 График для определения коэффициента χ 2Рис.
8.9. График для определения коэффициентаТолщина ребраузлов исполнений 1 и 3;s7 = max{χ3FБ [σ Б ]+ c;0,4 s2 }. где χ 3 = 2 для опорныхχ 3b2 [σ]= 1 для опорного узла исполнения 2.96Для конструкции ребер с соотношениемb2 / s7 >20 их необходимодополнительно проверять на устойчивость.Напряжение изгиба в обечайке опоры от действия верхнего кольцадолжноудовлетворятьусловиюσ=6ψ 4 FБ [σ Б ]e≤ [σ 0.п ],( s1 − c) 2 h1коэффициент, определяемый по рис 8.11,[σ 0 П ]гдеχ4—— предельное напряжениеизгиба в обечайке опоры, определяемое по формуле[σ0.п ] =K 20 [σ Б ]nT,K 21Здесь К21 = 1,2 для рабочих условий и К21 = 1,0 для условий монтажа игидравлического испытания аппарата, пT — коэффициент запаса прочности поотношению к пределу текучести материала обечайки опоры, К20 —коэффициент, определяемый по рис 8.12 в зависимости от параметра ϑ .ϑ=1K 21 1 4M x− Px , где ϕ — коэффициент прочностиnт [σ]ϕ πD( s1 − c) Dсварного шва обечайки, расположенного в области опорного узла.Если будет получено s2 > 2 s1 , рекомендуется применять конструкциинижнего опорного узла исполнений 2 или 3 .Высота нижнего опорного узла исполнений 2 и З приh1 ≥гдеb2 = b5 ,DБ eb1 σбет 1 6.58 DБ +,2( s2 − c)b5 [σ] χ5 z Б2 χ 6 b5 χ5 = 1 + χ7 ;χ7 =χ 6 = 1 + 2χ 7 (1 +s1 − c χ 7− );2b51,56 D( s1 − c) s1 − c;b5s3 − cпри этом рекомендуется принимать97s2 = s3 = 2 s1 .Рис.
8.11. График для определения коэффициентаχ4 (для опорных узлов исполнения 2 — смрис. 8.6 — вместо b4 принимают b6 а исполнения 3 — сумму b6 + b7)Рис. 8.12. График для определения коэффициента К20Анкерные шпильки.Число анкерных шпилек устанавливается конструктивно и можетсоставлять 4, 6, 8, 10, 12 и далее кратно четырем.Внутренний диаметр резьбы шпильки d Б ≥ 2.3M x − 0,44 Px DБ+ c.z Б [σ]DБЕсли 0.44PxDБ / Mx > 1 ,то в зависимости от диаметра аппарата Dпринимают:D<1400<1400 -2200Св. 2200dБМ24М30М36zБ46> 12Приведенные значенияdБиzБявляются наименьшими для указанныхдиаметров колонных аппаратов, если даже диаметр шпилек d Б окажетсяменьше.Расчетный изгибающий момент при расчете анкерных шпилек Мx:а) в районах с сейсмичностью не более 7 баловM x = max{(M G 3 + M V 3 ); ( M G 3 + 0.8M V 4 )};б) в районах с сейсмичностью более 7 баловM x = max{(M G 3 + M V 3 ); ( M G 3 + 0.8M V 4 ); ( M G 3 + M S 3};98где M G 3 ; M S 3 ; M V 4 ; M V 3 – расчетные нагрузки (см.
СТ СЭВ 1644-79).9 РАСЧЕТ ОПОРНЫХ БАЛОК ПОД ТАРЕЛКИ И РЕШЕТКИ.Приближенно принимают, что балка свободно оперта на две опоры ивоспринимает равномерно распределенную нагрузку от веса части собственнотарелки или решетки, а также от насадки и своя рабочей жидкости,находящейся на тарелке или на решетке.Общую массу, воздействующую на балку, определяют по формуле:mб =hж4lb(mТ + ρ ж hж ) , где тT — масса всей тарелки или решетки, кг;πD 2— высота слоя рабочей жидкости на тарелке или решетке, м;балки, м;b— расстояние между осями смежных балок, м;3ρжl— длина— плотностьжидкости, кг/м .Расчетный изгибающий момент балки, Н•мM б = 0.125mб gl , где g = 9,81 м/с2 — ускорение свободного падения.Расчетный момент сопротивления балки, м3Wб . R =Mб[σб ] , где [σ б ] — допускаемое напряжение материала балки, Па.Расчетный момент инерции балки при допускаемом относительномпрогибе ее, равном 0,0005, м4J б.R26mб gl 2=,Eгде Е — модуль продольной упругости материалабалки.
Па.По найденным значениямWбRиJ бRвыбирают профиль и размерыопорной балки [26].10 РАСЧЕТ ОПОР КОЛОННЫХ АППАРАТОВ НА ВЕТРОВУЮНАГРУЗКУ И СЕЙСМИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯГОСТ 25757-81 [9] устанавливает метод определения расчетных усилий,возникающих в элементах аппаратов колонного типа постоянного ипеременного сечения по высоте от ветровых нагрузок и сейсмическихвоздействий.Сочетание нагрузок при различном состоянии аппаратов колонного типа(монтаж испытание, эксплуатация) - по ГОСТ 14249-80.Область применения расчетных формул.Расчету на ветровую нагрузку подлежат все колонные аппараты,устанавливаемые на открытой площадке, если их высота Н>10 м при Н ≥ 1,5Dmin, а также если Н< 10 м, но H > Dmin , где Dmin — наименьший из наружных99диаметров аппарата.
Расчет проводится отдельно на рабочие условия, условияиспытания и условия монтажа.Расчетная схема аппарата принимается в виде консольного упругогозащемленного стержня (рис. 10.1).Аппарат по высоте H разбивают на z участков.Рис. 10.1. Расчетная схема колонного аппарата при определении ветровых нагрузок исейсмических воздействий, а — схема аппарата; б — схема ветровых нагрузок; в — эпюраизгибающих моментов от сейсмических воздействийПри этомz ≥ 5 и во всех случаях высота участка hi ≤ 10Силу тяжести каждого участкаGiм (рис. 10.1,б).принимают сосредоточенной всередине участка.Ветровую нагрузку, действующую по высоте аппарата, заменяютсосредоточенными силами Q1 действующими в горизонтальном направлении иприложенными в серединах участков.Сейсмические силы прикладываются также горизонтально в серединахучастков.Определение периода собственных колебаний.Период основного тона собственных колебаний аппарата постоянногосечения с приблизительно равномерно распределенной по высоте массой, сT = T0 1 +4 EJHCF J FЗдесь J— момент инерции верхней части основного металлическогосечения аппарата относительно центральной оси, м4; JF — минимальныймомент инерции площади подошвы фундамента, м4; СF — коэффициентнеравномерности сжатия грунта, Н/м3, определяемый по данным инженернойгеологии (при отсутствии таких данных СF выбирают по табл.
11); T0 —величина, определяемая по формуле:T0 = 1.8 HmHEJгде т — общая масса аппарата.Таблица.11Коэффициент неравномерности сжатия грунта100ГрунтКоэффициентнеравномерности сжатиягрунта, МН/м3Слабые грунты (материалы и шлам в пластичномсостоянии, пылевой песок в состоянии среднейплотности)60Грунты средней плотности (материалы и шлам награнице течения, песок средней плотности)60 - 100Плотные грунты (твердый глинистый шлам, гравий игравийный песок, плотный лесс)100 - 200Скальные грунты200Примечание.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
