Вертикальный стальной резервуар

 
 

      3.6 Определение осевых критических напряжений.

      Осевые  критические напряжения определяются по формуле: 

                              σ₀₁ = С ∙ E ∙ ,     (12)

где Е = 2,1 ∙ 10⁵ МПа – модуль упругости стали;

       С – коэффициент, принимаемый по таблице 10.

      Для определения коэффициента С необходимо вычислить среднюю толщину стенки :

δ_ср = = = 10,75 мм .

      Вычисляем отношение радиуса резервуара к  средней толщине стенки: = ≈ 1898.

     По  таблице 10 выбираем коэффициент С = 0,064.

     Таблица 10.

Значение  коэффициента

 

      Вычисляем осевые критические напряжения:

• для первого пояса

σ₀₁ = С ∙ E ∙ = 0,064 ∙ 2,1 ∙ 10⁵ ∙ = 10,9 МПа;

• для второго пояса

 

     σ₀₂ = С ∙ E ∙ = 0,064 ∙ 2,1 ∙ 10⁵ ∙ = 9,6 МПа.

         Остальные значения критической силы приведены в  таблице 9. 

     3.7 Определение кольцевых напряжений.

         Расчетные кольцевые напряжение в стенке при расчете на устойчивость резервуара определяются по формуле: 

                           σ₂ = ∙ R,                                                    (13)

   где p_в – нормативное значение ветровой нагрузки на резервуар, Па;

          n_в = 1,4 – коэффициент надежности по ветровой нагрузке;

         δ_ср – средняя арифметическая толщина стенки резервуара, м. 

    Нормативное значение ветровой нагрузки определяется по формуле

                               ,           (14)

где – нормативное значение ветрового давления, для рассматриваемого района, Па;

 – коэффициент, учитывающий  изменение ветрового давления  по высоте;

 – аэродинамический коэффициент.

Таблица 11.

Ветровые  давления

 

    Самара  относится к третьему району по давлению ветра, соответственно из таблицы выбираем .

    Коэффициент для резервуаров высотой от 10 до 20 метров.

    Аэродинамический  коэффициент  выбирается по СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» (таблица 12).

    Таблица 12.

    Коэффициент

    Вычисляем отношение 

     = = 0,49.

    Выбираем  по таблице с использованием метода линейной интерполяции.

    Вычисляем  ветровую нагрузку (давление)

     .

    Вычисляем кольцевые напряжения

     . 

    Критические кольцевые напряжения определяются по формуле

,                            (15)

.

где – геометрическая  высота стенки резервуара, м.

     Если  по результатам расчета условие  устойчивости не выполняется, то значения номинальной толщины стенки для  соответствующих поясов стенки резервуара должны быть увеличены.  
 

4. Расчет  сопряжения стенки резервуара с днищем.

     Дано:

     K_дн = 2,0 ∙ 10⁸ - коэффициент постели для резервуара, установленного на хорошо уплотненном песчаном основании;

     δ_ст = 19 мм – толщина стенки нижнего пояса;

     R = 20,4 м – радиус резервуара;

     H = 20 м – высота стенки резервуара;

     δ_дн = 12 мм – толщина окрайки днища;

     с = 60 мм – ширина окрайки днища;

     p₀ = n₁∙ ρ_н ∙ g ∙ H + n₂∙p_изб = 1,05∙840∙9,81∙20 + 1,2∙2000 = 1,75 ∙ 10⁵ - давление в нижней точке резервуара. 

     4.1 Определение деформационных характеристик элементов конструкций.

     Коэффициент постели стенки резервуара

                       k_ст = = = 10,1 ∙ 10⁶

      Цилиндрическая  жесткость стенки

                        D_ст = = = 1,2 ∙ 10⁵ Н∙м

      Коэффициент деформации стенки

                        m_ст = = = 2,14 м^-1

      Цилиндрическая  жесткость днища

                        D_дн = =  = 0,33 ∙ 10⁵ Н∙м

      Коэффициент деформации днища

                        m_дн = = = 6,24 м^-1

     Функции Крылова

  

     4.2 Система канонических уравнений метода сил

     В узле сопряжения стенки и днища резервуара неизвестными считаются изгибающий момент и сила – поперечная для стенки резервуара и продольная для днища. Для их определения составляется система уравнений, характеризующих условие совместности деформаций стенки резервуара и днища:

Рис. 5. Расчетная схема узла сопряжения стенки резервуара и днища для метода сил

а) совместная деформация стенки и днища; б) основная система 

для расчета  нижнего узла методом сил

Рис. 6. Расчетная схема для определения нормальных напряжений в стенке и

днище

     Рис. 7. Расчетная схема для расчета сварного шва 

     Определяем  коэффициенты и перемещения, входящие в систему уравнений:

;

     

     4.3 Решение системы канонических уравнений

     Подставляем в систему уравнений полученные коэффициенты и перемещения 

     Второе  уравнение системы умножим на дробь  и вычтем из первого:

, откуда  .

     Из  первого уравнения системы получаем

,

.

     4.4 Проверка прочности стенки в точке сопряжения с днищем

     Проверку  прочности стенки выполняем от действия изгибающего момента  и продольной сжимающей силы (та же величина, что и при расчете на устойчивость нижнего пояса стенки резервуара):

     Изгибающий  момент

.

     Момент  сопротивления изгибаемой стенки

.

     Второе  слагаемое уравнения – это  напряжение в нижней точке первого  пояса 

.

     Расчетное сопротивление для стали нижнего  пояса резервуара

.

     Выполняем проверку на прочность:

.

     Таким образом, условие прочности

       выполняется, т.к.  .

     4.5 Проверка прочности днища

     Проверку  прочности днища проводим по напряжениям, возникающим от изгибающего момента 

.

     В этом случае момент сопротивления сечения  днища

.

     Для стального листа окрайки расчетное сопротивление будет такое же, что и для нижнего пояса стенки:

.

.

     Максимальные  напряжения при изгибе окрайки оказались выше расчетного сопротивления.

     Для увеличения прочности днища необходимо увеличить толщину окрайки или выбрать материал, у которого расчетное сопротивление будет выше максимальных напряжений.

     При толщине окрайки

,

.

Условие не выполняется, следовательно необходимо увеличить толщину окрайки.

     При толщине окрайки