30. Основы расчета прочности и устойчивости рвс серии тп 704/1.

Расчёт прочности

Стенки стальных цилиндрических резервуаров по своей конструкции относятся к группе замкнутых оболочек вращения. РВС в период эксплуатации нагружается осесеммитрично.

По каталогу выбирается марка стали из которой изготавливается стенка РВС. Далее по СНиПу определяются:

– нормативное временное сопротивление стали разрыву, принимаемое равным минимальному значению _в по государственным стандартам и техническим условиям равно R_ип.

– нормативное значение предела текучести стали, принимаемого равным значению предела текучести _т по государственным стандартам и техническим условиям на сталь равно R_уп.

Напряженное состояние любой оболочки, загруженной внутренним давлением, выражается уравнением Лапласа:

+ =P

где: N_m и N_k (кН/м) – меридиональное (продольное) и кольцевое усилия в оболочке;

r_m и r_k – главные радиусы кривизны оболочки.

P – нормальное давление в определяемом кольцевом сечении оболочки.

Для цилиндрической оболочки r_m= , учитывая, что N_k= t, получим: t = Рr_k

Определяем значения кольцвых напряжений по сечениям, совпадающим с кольцевыми сварными швами между поясами (х = 0; 1,5; 3; … м), вызванных гидростатическим давлением:

(*)

где: r – радиус резервуара;

t_х – толщина стенки резервуара в рассматриваемом сечении;

Р_х – гидростатическое давление в рассматриваемом сечении;

Р_х = ₀_водыg(H – x) + Р_s.исп (**)

где: ₀ – коэф. надёжности по гидростатическому давлению, согласно СНиП 2.01.07 – 85 ₀ = 1;

_воды – плотность воды, _воды = 1000 ;

g – ускорение свободного падения, g = 9,81 ;

H – максимальная высота столба жидкости;

х – расстояние от днища резервуара до расчётного сечения;

Р_s.исп – испытательное давление, Р_s.исп = 1,25Р_s.раб

Р_s.раб = _s ,

где: _s – коэффициент надёжности по избыточному давлению, согласно СНиП 2.09.03 – 85 _s = 1,2;

- нормативная величина избыточного давления в рез-ре, определяется по СНиП 2.09.03 – 85

Подставляя выражение (**) в (*) получим:

По значениям _х строим эпюру напряжений в стенке.

Далее вычисляем величину ,

где: _с – коэффициент условий работы, при расчёте РВС на прочность равен:

– для нижнего пояса (с учётом врезок) 0,7;

– для остальных поясов 0,8;

– для сопряжения стенки резервуара с днищем 1,2.

_m – коэффициент надёжности по материалу.

Рассчитаем величину для трёх вариантов (для нижнего пояса, для всех остальных поясов и для сопряжения стенки резервуара с днищем).

Накладываем эпюру этой величины на эпюру _х в одном и том же масштабе.

Сравнивая значения кольцевых напряжений в стенке резервуара с допускаемым напряжением, делается вывод о том выполняется или нет условие прочности для уровня максимального налива нефти Н для всех листов стенки корпуса резервуара.

Расчёт устойчивости

Стенка может потерять устойчивость от действия вакуума, давления ветра и снеговой нагрузки. Устойчивость теряет стенка, находящаяся м/у точками закрепления. Такими закреплениями являются кольцевые ребра. Если их нет, то стенка может потерять устойчивость между днищем и крышей, т.е. на всю высоту.

Расчет устойчивости стенки от вертикальных внешних нагрузок и воздействий производится по условию:

_в  _с_в.кр, (1)

а от горизонтальных внешних нагрузок и воздействий по условию:

_г  _с_г.кр. (2)

Расчёт общей устойчивости стенки на совместное воздействие вертикальных и горизонтальных нагрузок и воздействий выполняется по условию:

(3)

В уравнениях (1), (2), (3):

_в – расчётное напряжение сжатия в кольцевом сечении рассматриваемого пояса от суммарного значения вертикальных расчётных внешних нагрузок и воздействий (рис. 1);

рис. 1. Расчет устойчивости стенки от

вертикальных (осевых) нагрузок

_г – расчётное напряжение сжатия в вертикальном сечении рассматриваемого пояса от суммарного значения горизонтальных расчётных внешних нагрузок и воздействий (рис. 2);

рис. 2. Расчет устойчивости стенки от вертикальных (кольцевых) нагрузок и воздействий:

а) схема нагружения; б) расчетная схема

_в.кр – критическое меридианальное напряжение, зависящее от конструктивных параметров стенки, механических свойств её материала;

_г.кр – нижнее критическое напряжение в вертикальном сечении стенки;

_с – коэффициент условий работы стенки при расчёте её на устойчивость, согласно СНиП 2.09.03 – 85 равен 1;

Значение _в определяется по формуле:

(4)

где: Р_к – собственный вес крыши резервуара с учётом веса оборудования, тепловой изоляции, определяется по каталогу, типовым проектам;

– вес частиц стенки, расположенной выше рассчитываемого пояса;

S – расчётная величина результирующей снеговой нагрузки на крышу.

S = S₀_f ;

где: S₀ – нормативное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, определяется по СНиП 2.01.07-85;

γ_f – коэффициент надежности по нагрузке, зависит от отношения постоянной нагрузки к временной q_n/p_n < 0,8.

Р_d.к – расчетная величина результирующего вакуумметрического воздействия на крышу, МПа;

A_w,r – площадь кольцевого сечения рассматриваемого пояса, м².

В конечном виде уравнение (4) примет вид:

где: r – радиус стенки резервуара;

t_min – значение минимальной толщины стенки,

Р_d – расчетная величина результирующего вакуумметрического давления.

,

где: – нормативное значение давления вакуума, определяется по СНиП 2.09.03 – 85;

_f – коэффициент надёжности, для нагрузки от вакуумметрического давления, по СНиП 2.09.03 – 85.

Значение _г определяется по формуле:

(5)

где: w – расчётная величина результирующей ветровой нагрузки на стенку;

w = _tw₀;

где: _t = 1,4 – коэффициент надёжности по ветровой нагрузке.

w₀ – нормативное значение давления ветра в районе строительства.

Р_d.ст. – расчетная величина результирующего вакуумметрического воздействия на стенку;

A_w,в – площадь вертикального сечения стенки резервуара, м².

В конечном виде уравнение (5) примет вид: ;

где: t_ср – средняя толщина стенки резервуара.

В соответствии с требованиями СНиП 2.01.07 – 85 критические напряжения _в.кр и _г.кр определяются по формулам:

– если , то ;

– если , то ;

– если , то ;

– если , то ;

При значение _г.кр определяется линейной интерполяцией.

В этих уравнениях:

Е – модуль упругости стали, Е = 2,0610⁶ МПа;

Н_ст – высота стенки резервуара;

R_y – расчётное сопротивление материала стенки по пределу текучести;

;

с – параметрический коэф., определяется по СНиП II – 23 – 81* в зависимости от величины ;

Проверяя устойчивость по условиям (1), (2), (3) делается вывод сохраняется или нет общая устойчивость стенки резервуара от совместного воздействия вертикальных и горизонтальных нагрузок (при условии устранения всех недопустимых дефектов).