3 Расчёт свайного фундамента перекачивающего агрегата

Суть реконструкции НПС №2 заключается на замене старых насосных агрегатов на насосные агрегаты НМ 2500Х230и чтобы спроектированный фундамент удовлетворял статическому и динамическому условию.

Исходные данные

Типоразмер насоса	Тип электродвигателя	Масса агрегата, т	Габариты НПА, мм
НМ 2500Х230	2АЗМВ-2000	13.128	5955х2220х1803

Технические характеристики нефтяного насоса НМ 2500Х230

Подача, Q, 2500 м.куб./час

Предельное давление 7,35 (75) МПа (кгс/см²)

Допускаемый кавитационный запас Δh_Д, не более 32 м,

КПД η, не менее 86%

Частота вращения (синхронная), п 50 (3000) с^-1 (об/мин)

Напор, Н 230 м.в.ст.

Масса насоса 3920 кг

Масса привода 9208 кг

Рисунок Насос магистральный НМ 2500-230 с электродвигателем

2АЗМВ-2000

С учетом габаритных размеров перекачивающего агрегата и более удобного размещения его на фундаменте размеры ростверка составят:

Рисунок Размеры ростверка под насосный агрегат

3.1 Расчет фундаментов на статические нагрузки

Несущая способность сваи стойки определяется по формуле:

F_d = _c ·R·A=1·0,04·20000=800кН

где _c — коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый _c = 1;

A — площадь опирания на грунт сваи, м², принимаемая для свай сплошного сечения равной площади поперечного сечения.

Расчетное сопротивление грунта R под нижним концом сваи-стойки, кПа, следует принимать: для всех видов забивных свай, опирающихся на скальные и малосжимаемые грунты, R = 20 000 кПа;

Площадь поперечного сечения сваи:

м²

Расчетную нагрузку на сваю находим по формуле при коэффициенте надежности γ_к=1,4:

кН.

Нагрузку от веса ростверка принимаем при γ_ср=γ/β=25кН/м³

кН

Нагрузку от агрегата определяем по формуле:

кН

Полная нагрузка на сваю от сооружения и ростверка с коэффициентом надежности по нагрузке γ_f=1,1:

кН

18.87кН<571,4кН

Следовательно, условие выполняется.

Определим координату центра тяжести фундамента с агрегатом относительно оси проходящей через центр тяжести фундамента:

,

Масса ростверка:

кг

а-длина ростверка, м

b-ширина ростверка, м

h-высота ростверка, м

мм = е_х

Допустимое значение эксцентриситета для грунта на уровне подошвы при R0,15МПа

[е_х] 0,03·В

[е_х]=0,03·8200=246мм

е_х < [е_х]=246мм., т.е. условие выполняется, поэтому эксцентриситет в дальнейшем расчете не учитывается.

2. Расчет свайного фундамента на динамические воздействия.

Вертикальные колебания свайного фундамента

Определим приведенную массу установки, участвующей в вертикальных колебаниях:

,

m_r - общая масса ростверка с установленной на нем агрегатом;

кг.

l– глубина погружения сваи в грунт, l=11м

Значение удельного упругого сопротивления грунтов С_р определяем по таблице 6 и 7 [7]:

С_р1=1,5·10⁴ кН/м³ , l₁ =2,1м;

С_р2=3·10⁴ кН/м³ , l₂ =5,2м;

С_р3=5,5·10⁴ кН/м³ , l₃ =1,236м;

С₀=1·10⁴ кН/м³

l₃=l^*-(l₁+l₂)=8,536-(2,1+5,2)=1,236м.

l^*=0,2[1+4·th(10/l)]·l, м

l0-расстояние от подошвы ростверка до поверхности грунта м l0=1м

l^*=0,2[11+4·th(1/l)]·1l=8,53 м

Масса части i-й сваи заглубленной в грунт:

кг

Масса части i-й сваи выше поверхности грунта:

кг.

l₀=1м – расстояние от подошвы ростверка до поверхности грунта;

N=24 – число свай;

кг.

Находим приведенный коэффициент жесткости свайного фундамента при равномерном сжатии:

где

l0-расстояние от подошвы ростверка до поверхности грунта, м

Еb-модуль упругости материала свай Еb=2.9∙10⁷ кН/м²

Ар-площадь поперечного сечения сваи

U-периметр поперечного сечения U=1,2

,

–коэффициент упругого равномерного сжатия грунта на уровне нижних концов свай, кН/м³:

кН/м³,

b₀=2·1=2 – коэффициент принимаемый равным для песчаных грунтов 1. Значение коэффициента b₀ для забивных свай удваивается;

А₁₀=10м²;

E – модуль деформации грунта, определяемый в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83;

Е=4·10⁴ кПа,

Приведенный коэффициент жесткости свайного фундамента при равномерном сжатии:

кН/м

кН/м

Горизонтальные колебания свайного фундамента

Определим приведенную массу установки, участвующей в горизонтальных колебаниях свайного фундамента:

кг

Находим приведенное значение коэффициента жесткости свайного фундамента при упругом равномерном сдвиге:

–коэффициент упругой деформации

–коэффициент деформации

К=12000 кН/м⁴ – коэффициент пропорциональности принимаемый для по таблице 4 [7].

b_р=1,5·d+0,5=1,5·0,219+0,5=0,83м – условная ширина свай;

Момент инерции площади поперечного сечения сваи:

м⁴

γ_с=3 – коэффициент условий работы;

м^-1

м^-1

Для свай, защемленных в ростверк:

А₀, В₀, С₀ – коэффициенты, зависящие от приведенной глубины погружения сваи l и условий опирания ее нижнего конца.

;

А₀=2,441; В₀=1,621; С₀=1,751;

Приведенное значение коэффициента жесткости свайного фундамента при упругом равномерном сдвиге:

кН/м

Горизонтально – вращательные колебания свайного фундамента

Определим момент инерции массы всей установки относительно оси, проходящей через ц.т. подошвы фундамента перпендикулярно плоскости колебаний:

,

θ_φ,r – момент инерции массы ростверка и установки относительно горизонтальной оси, проходящий через их общий центр тяжести перпендикулярно плоскости колебаний:

кг·м³

r_hi – расстояние от оси i-й сваи до горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента перпендикулярно плоскости колебаний; r_hi =2м

= 26400∙2²=105600 кг*м²;

= 2400∙2²=9600 кг*м²;

θ_φ,red = 73344,37+1,161 ∙ 105600 + 9600 = 205545,97 кг*м²;

Момент инерции массы всей установки относительно оси, проходящей через центр тяжести подошвы ростверка перпендикулярно плоскости колебаний

θ_φo,red = θ_{φ. red} + h²₂m_r = 205545,97 + 1,4² ∙41418 = 286725,25 кг*м².

Определяется момент инерции свайного фундамента относительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести подошвы ростверка:

r₁= r₃ = r₂₂ = r₂₄ = 4300 мм;

r₂ = r₂₃ = 3850 мм;

r₄= r₆ = r₁₉ = r₂₁ = 3250мм;

r₅ = r₂₀ = 2750 мм;

r₇= r₉ = r₁₆ = r₁₈ = 2450 мм;

r₈ = r₁₇ = 1650 мм;

r₁₀= r₁₂ = r₁₃ = r₁₅ = 2000 мм;

r₁₁ = r₁₄ = 550 м

θ_ψ,red = 305112,6 + 1,161 * 26400 * 184,9+2400 * 184,9 = 6416131,56 кг*м².

Определяются приведенные коэффициенты жесткости свайного фундамента при упругом неравномерном сжатии

=

=

Находится значения относительного демпфирования для установившихся (гармонических) колебаний:

ζ_z = 0.2;

ζ_х = 0,6ζ_z = 0,6*0,2=0,12;

ζ_φ = 0,5ζ_z = 0,5*0,2=0,1;

ζ_ψ = 0,3ζ_z = 0,3*0,2=0,06.

Амплитуда горизонтально-вращательных колебаний верхней грани ростверка свайного фундамента относительно горизонтальной оси

h₁ h₂ - расстояния от общего центра тяжести установки соответст­венно до верхней грани фундамента и до подошвы фундамента м.

h₂=1,4 м;

h₁=1,1 м.

Частота привода  с^-1

=0105n_r=0,105*3000=315 с^-1

где n_r=3000 – рабочая частота вращения об/мин.

λ_x, λ_φ – угловые частоты колебаний фундамента, с^-1, соответственно горизонтальных и вращательных относительно горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента перпендикулярно плоскости колебаний:

F_h - расчетная горизонтальная составляющая возмущающих сил машины кН

F_v= F_h =_f ∙ = γ_f∙μ∙ 0,15∙m_на∙g =1∙0.15∙0.15∙13128∙9.81= =2897,68 Н = 2,9 кН;

где  =0,15 (для ЦН) - коэффициент пропорциональности;

s  -   число роторов

 G_i  -   вес каждого ротора машины кН

≈0,15∙m_на∙g;

_f =1 - коэффициент надежности по нагрузке;

F_n,h - нормативное значение динамической нагрузки.

M - расчетное значение возмущающего момента относительно вертикальной оси проходящей через центр тяжести верхней плиты кНм для машин с вращающимися частями следует принимать

M = F_h l_b / 2=2,9∙3,945/2=5,72 кН∙м

l_b - расстояние от центра тяжести верхней плиты до оси наиболее удаленного подшипниками машины м;

Из чертежа l_b= 3,945 м;

h₁ – расстояние от центра тяжести массы m_red до верхней грани грунта;

м

Амплитуда горизонтальных колебаний а_х принимая S₃=S₄=0 по формуле:

ψ₁=S₁=-3,19

ψ₂=S₂=2,73

м

Амплитуда вращательных колебаний а_φ принимая S₁=S₂=0 и h₁=1м по формуле:

м

Амплитуды вертикальных колебаний фундамента а_v с учетом вращения относительно горизонтальной оси, перпендикулярной плоскости колебаний определим по формуле:

Угловая частота собственных вертикальных колебаний фундамента:

м

–амплитуда вертикальной составляющей вращательных колебаний фундамента относительно горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести установки перпендикулярно плоскости колебаний, определяется при действии горизонтальных сил F_h и моментов М, включая моменты от вертикальных и горизонтальных сил:

м

l_f – ­­расстояние от вертикальной оси, проходящей через центр тяжести установки, до края верхней грани фундамента в направлении действия сил и моментов:

м

a_v<[a_v]=0,05мм

a_z<[a_z]=0,03мм

Все условия выполняются, значит спроектированный фундамент удовлетворяет статическому и динамическому условию.