4. Расчет кольцевых элементов купола.

А. Опорное кольцо.

Распор, передаваемый на опорное кольцо со стороны радиального ребра, определяется по формуле:

, где

,

.

- вызывает растяжение в опорном кольце:

.

- сжимает опорное кольцо:

; .

Изгибающие моменты и продольные усилия, вызываемые распорами, определяются по формулам:

При нагрузке с верху вниз на купол:

- момент под радиальным ребром:

.

- момент между радиальными ребрами:

.

Следует заметить, что в отношении необходимо применять более точное значение.

- продольное усилие (растягивающее):

.

При нагрузке с верху в низ на купол:

- момент под радиальным ребром:

;

- момент между радиальными ребрами:

;

- продольное сжимающее усилие:

;

Дополнительные продольные усилия и изгибающие моменты в опорном кольце:

- от избыточного давления на стенки:

;

- от вакуума на стенки:

- от ветровой нагрузки на стенки по формуле:

, где

; ;;.

Коэффициент следует определять для серединыстенки, т.е. на высоте:По интерполяции при,.

- сжатие.

;

где ;.

- растяжение.

Изгибающие моменты по формуле:

;

Усилие в кольце от ветрового отсоса на покрытие резервуара:

, где

- коэффициент сочетания нагрузок;

; ;;.

Распор от ветрового откоса, передаваемый через радиальные ребра:

где .

Изгибающие моменты в опорном кольце от ветровых распоров .

Продольное усилие:

.

Результаты определения усилий в опором кольце от нагрузок приведены в таблице 2.

Таблица 2. Усилия в сечениях опорного кольца.

Величина вертикальных нагрузок на покрытие вниз, q			Вакуум на 0,4Н стенки	Вертикальные нагрузки на покрытие – вверх, q1
1			2	3
-77,6	38,8	2175	-3,8	9,9	-5,0	-384,6

Избыточное давление на 0,4Н стенки			Ветер на 0,4Н стенки	Ветровой откос на покрытие
4			5	6
191,7	±418,5	-20	40	4,6	-2,36	-249

Таблица 3. Номера загружения и расчетные усилия в сечениях опорного кольца.

Усилия	Нагрузки из таблице 2
	1+2	3+4	1+4+6
	38,8	428,4	345,5
	-77,6	-408,6	-498,46
	2171,2	-404,6	1906

Проверка сечения опорного кольца на прочность проводится по отмеченным расчетным усилиям (таблица 3).

Сечение опорного кольца показано на рисунке 10.

Рис. 10. Сечение опорного кольца.

Задавшись сечением опорного кольца принимаю для него сталь ВСт3пс6-1 (). В сечении опорного кольца необходимо вложить часть стенки резервуара высотой:.

При этом площадь сечения кольца составляет:

Момент инерции сечения кольца относительно вертикальной оси Y-Y:

.

Момент сопротивления:

.

Проверка сечения на прочность осуществляется по формуле:

, где (36)

; . Положительное значение моментапринято потому, что для симметричного сечения противоположные волокна будут иметь равные по величине и обратные по знаку нормальные напряжения. При положительном моменте нормальные напряжения от продольной силы и момента будут одинакового знака:.

Следовательно, прочность опорного кольца обеспечена.

Устойчивость кольца в своей плоскости будет обеспечена за счет опирающихся на него щитов и листов кровли (настила).

Б. Промежуточное кольцо.

Рассмотрю расчет кольца смежным с опорным.

Рис. 11. К расчету промежуточного второго кольца.

Продольное усилие в элементе второго кольца определяется по формуле: , где

; .

; ; (38)

; ;

; ;.

Подставляя эти значения получим:

; .

; .

.

Принимая условия, что настил приваривается к кольцам, то сечение кольца определяется из условия прочности по формуле:

.

Если предположить, что настил не привязал к кольцам, то сечение кольца определяется из условия устойчивости по формуле:

.

Законструирую кольцо по второму варианту, когда настил не приварен к кольцам (рисунок 12):

Рис. 12. Сечение промежуточного кольца 2.

Момент инерции сечения кольца относительно вертикальной оси Y-Y:

- сечение кольца достаточно для обеспечения его устойчивости.

Площадь сечения кольца , что значительно больше требуемого сечения кольца из условия прочности, равного. Поэтому целесообразно приваривать настил к кольцам, если это возможно по конструктивным соображениям.

В. Центральное кольцо.

Центральное кольцо воспринимает распоры со стороны раздельных ребер от вертикальных нагрузок (рисунок 13).

Рис. 13. К расчету центрального кольца.

Распор раздельного ребра:

, где ;;

.

Поскольку радиальные ребра расположены часто по периметру центрального кольца, то приведу нагрузки на кольцо к равномерно распределенной по оси кольца:

, где - ширина опирания ребра.

Продольное сжимающее усилие в центральном кольце определяется по формуле:

.

Настил приваривается к центральному кольцу, что обеспечивает его устойчивость.

Поэтому требуемое сечение кольца устанавливаю по прочности:

.

Сечение центрального кольца конструирую в виде сварного двутавра (рисунок 14).

Рис. 14. Сечение центрального кольца.

Высота сечения стенки двутавра (305 мм.) принимается равной высоте прокатного швеллера № 30 (радиального ребра) и плюс 5мм. на зазор.

Фактическое сечение центрального кольца:

.

Принятое сечение центрального кольца несколько завышено с учетом того, что при неравномерной нагрузке на купол кольцо дополнительно будет испытывать кручение.