Стальной вертикальный цилиндрический резервуар емкостью 5000 м3

 

    Проверяем напряжения в нижнем поясе стенки резервуара с учетом действия краевого момента М_к. Изгибающий момент в месте сопряжения корпуса с плоским днищем при упругом защемлении стенки определяем по формуле

    

    где Р -- внутреннее давление в месте сопряжения корпуса с днищем

    

4.2. Расчет конструктивных элементов щитов покрытия

    Расчет конструкций покрытия производим на два вида нагрузок: Нагрузка, направленная внутрь резервуара -- собственный вес и вакуум, снег; нагрузки, направленные наружу -- избыточное давление.

    Нагрузки, действующие сверху вниз, кПа 

      

    Расчет настила 

    Предельный относительный прогиб настила f_u/l = 1/150 = 1/n_o [3].

    Из условия заданного предельного прогиба определяем отношение наибольшего пролета настила к его толщине l/t по формуле, предложенной А.Л. Телояном (8.5 [5]).

      

    где -- цилиндрическая жидкость;

    

    При t = 2,5 мм пролет настила допустим l ≤1037∙2,5 = 2592 мм.

    По конструктивным соображениям расстояние между ребрами принято 1,25 м.

Расчет поперечных ребер щита

    Максимальный расчетный пролет ребра принят l = 2,67 м; равномерно распределенная нагрузка при шаге поперечных ребер b = 1,25 м составит:

    

    Изгибающий момент, как в свободно опертой балке,

    

    Требуемый момент сопротивления сечения составляет

    

    По сортаменту принят [ 8, W_x = 22,4 см³,  J_x = 89,4 см⁴

    Относительный прогиб ребра составляет

      

    где qⁿ = 1,296∙1,25 = 1,62 кН/м 

    Ребро пролетом l = 2,01 м

      

    По сортаменту принят швеллер 6,5 , W_x = 15 см³.

    Все остальные ребра с пролетом меньше 2 м также приняты из [ 6,5.

Расчет продольной балки щита

    Пролет балки при свободном опирании на стенку резервуара и оголовок (зонт) трубчатой стойки равен 10 м. Сечение балки I 30 (А = 46,5 см², W_x =472 см³).С учетом упругого защемления на опорах максимальный изгибающий момент от вертикальных нагрузок составляет М = 27,11 кНм при осевой растягивающей силе N = 10,07 кН (элемент 73).

    Напряжения в балке проверяем как во внецентренно-растянутом элементе по формуле

    

    Расчет элементов покрытия на вторую комбинацию нагрузок (избыточное давление изнутри резервуара наружу) производим на комбинацию усилий М = - 34,54 кНм и N = 50,96 кН.

      

    Максимальный прогиб продольной балки от нормативных нагрузок составляет (см. приложение 1)

    

    что меньше предельного прогиба

    Повышенная несущая способность продольной балки щита покрытия объясняется учетом пространственной работы системы с включением в работу настила.

4.3. Расчет центральной стойки

    Расчет центральной стойки (элемент 1019) производим на центрально приложенную осевую силу.

    По конструктивным соображениям, с учетом опирания щитов покрытия и использования стойки для рулонирования элементов резервуара принята  стойка из труб диаметром 426 мм со стенкой толщиной 7 мм по ГОСТ 10704-91, А = 92,1 см², радиус инерции сечения i =14,8 см, сталь ст20сп по ГОСТ 8731-87, R_y =225 МПа (табл. 51,а [4]).

    Гибкость стойки По таблице 16.2 [4] находим φ =0,689.

    Предельное усилие, которое может воспринять стойка при сжатии осевой силой

    

    что значительно больше расчетного усилия (см. приложение 2, элемент 1020).

    Оголовок (зонт) и база стойки запроектированы одинакового диаметра 2660 мм с расчетом возможности ее использования для рулонирования стеки или отправочной части днища резервуара на заводе-изготовителе.

4.4. Проверка устойчивости положения покрытия при действии избыточного давления Р_о = 2 кПа.

    Общий вес покрытия и стойки без учета временной нагрузки составляет 247,5 кН (лист 4 [6]).

    Усилие изнутри резервуара вверх при Р_о = 2 кПа составит

    

    Так как N_e = 940 кН > N = 247,5 кН проектом предусмотрено крепление щитов покрытия к каркасу и стойке резервуара. Окаймляющие щиты уголки привариваются к каркасу угловыми швами с катетом К_f = 6 мм, а к оголовку (зонту) стойки каждый щит закрепляется временным болтом М16 с последующей приваркой его к кольцу стойки. Обшивки смежных щитов покрытия соединяются на монтаже по всей длине угловыми швами К_f = 25 мм.

    Общая нагрузка от веса резервуара без учета нагрузки от веса днища J_c = 722,8 кН (лист 4 [4]).

    Усилие, отрывающее корпус от днища

    

    Проверяем напряжения в швах, прикрепляющих нижний пояс стенки к днищу, при действии усилия отрыва

    

    где

    R_wf -- расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу шва (табл. 56 [2]);

    β_f = 0,7 -- коэффициент для ручной сварки, принимаемый по табл. 34* [2].

    Стойка приваривается к днищу по контуру опорного кольца.

    Пригрузка стойки производится путем обетонирования ее по контуру опорного ребра на высоту 1,5 м. Объем бетона 8,3 м³, вес пригруза 19,3 т. 

    4.5. Проверка устойчивости корпуса резервуара при совместном действии вертикальных и горизонтальных (боковых) сжимающих усилий выполняем согласно рекомендациям п. 8.5 … 8.9 [3] по формуле

    

    где σ₁ и σ₂ -- соответственно абсолютные значения расчетных продольных и кольцевого сжимающих напряжений;

    σ_cr1 и σ_cr2 -- соответственно критические напряжения при раздельном равномерном действии осевого и радиального сжатия;

    γ_с = 1.

    Проверяем устойчивость формы резервуара для четвертого пояса, где t = 6 мм.

    Продольное и кольцевое сжимающие напряжения в элементе 949 (приложение 2) от постоянной, снеговой нагрузок и вакуума (загружения 1, 4, 5) соответственно равны σ₁ = 1,41 МПа и σ₂ = 0,5 МПа.

    Определяем критические напряжения по пп. 8.5 и 8.7 [3].При равномерном сжатии вдоль образующей цилиндрической оболочки σ_cr1 принимается равной меньшей из величин.

    

    где ψ, с -- коэффициенты, принимаемые по п. 8.5 [3].

    При r/t = 1140/0,6 = 1900 > 300 коэффициент ψ не учитывается, а коэффициент

    с = 0,066 (по интерполяции).

    Тогда

    При Н/r = 12/11,4 = 1,05 σ_cr2 определяем по формуле

    

    Проверяем устойчивость по формуле

    

    т.е. устойчивость корпуса обеспечена.

5. Указания по изготовлению и монтажу резервуара

    Конструктивные элементы резервуара (днище, стенку, щиты покрытия, стойку и шахтную лестницу) изготовляют на заводе и доставляют на место строительства в виде укрупненных элементов.

    Днище сваривают из полос и разбивают на два элемента -- половины днища. Стенку также сваривают из ранее подготовленных полос, а затем сворачивают на стенде в рулон вокруг стойки или шахтной лестницы и в таком виде доставляют на стройку. Аналогично доставляют и половины днища, которые соединяют затем внахлестку. После монтажа днища в центре устанавливают вертикально рулоны корпуса и с помощью специального устройства разворачивают до заданного диаметра. Монтажный стык корпуса выполняют равнопрочным основному металлу. Щиты покрытия укладывают на зонт стойки и стенку резервуара по мере разворачивания рулона корпуса. Для фиксирования положения на внешней стороне щитов предусматривают ловители из полосовой стали. После приварки стенки к днищу и устройства всех монтажных швов корпуса проверяют качество сварки физическими или химическими способами, обеспечивая непроницаемость соединений.

Список литературы