Расчет строительных конструкций вертикально стального резервуара

Расчет строительных конструкций  вертикально стального резервуара

 

Цель.    Спроектировать вертикальный стальной резервуар (РВС).

Дано.    1. Объем резервуара – 1 тыс. м³.

1. Плотности нефтепродукта –880 кг/м³.

2. Место строительства – Иркутск.

Задание.  1. Определить геометрические параметры резервуара.

2. Определить толщину всех поясов  стенки резервуара.

3. Проверить стенку резервуара  на устойчивость.

4. Выполнить расчет несущего  каркаса и настила сферической  крыши.

5. Выполнить графическую часть:

5.1. Общий вид резервуара на  основании.

5.2. Сечение и развертку стенки  резервуара. Примеры горизонтальных  и вертикальных сварных швов, соединение стенки резервуара  и днища.

5.3. Общий вид днища. Соединение  центральной части, окраек и  периферийных листов.

5.4. Общий вид сферической крыши  резервуара. Узлы соединения главной  балки и опорного кольца, главной  балки и центрального щита, главных  балок и балок настила. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Определение  геометрических параметров резервуара

 

1.Выбор размеров стального прокатного листа для изготовления стенки

 Размеры  листа. В соответствии с рекомендациями  ПБ 03-605-03 для изготовления стенки  выбираем стальной лист с размерами  в поставке 1600 х 6000. С учетом обработки кромок листа с целью получения правильной прямоугольной формы при дальнейших расчетах принимаются следующие его размеры 1590 х 5990.

Сначала выбираем высоту резервуара. Для этого используем рекомендации ПБ 03-605-03 (таблицы 2.2). В  соответствии с этими рекомендациями предпочтительная высота резервуара от 12 до 20 метров.

2.Высота резервуара.

Для резервуара объемом 1000 м³ принимаем номинальную высоту резервуара Н_н=8 м. Соответственно количество поясов в резервуаре будет равно N_n=5. Точная высота резервуара

H =1,590∙5= 7,95 мм

3.Предварительный радиус резервуара. Радиус резервуара определяется из формулы для объема цилиндра   6,3

,

 

 

4.Периметр резервуара  и число листов в поясе .   39643 6,6

 

 

 

 

Предпочтительней  округлять число листов в поясе  до целого или выбирать последний  лист равным половине длины листа. 41930

Принимаем число  листов в поясе Nл=7. Тогда периметр резервуара равен

 

 

а окончательный  радиус 6673

 

 

5.Уточненный объем резервуара. 6,67 1119

 

 

 

Рис. 1. Развертка  и сечение стенки вертикального  резервуара

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.  Определение  толщины стенки резервуара

 

1.Определение методики и параметров необходимых для расчета.

Минимальная толщина листов стенки резервуара РВС для условий эксплуатации рассчитывается по формуле :

,

Где n₁=1,05  – коэффициент  надежности по нагрузке гидростатического давления;

n₂=1,2 – коэффициент надежности по нагрузке от избыточного давления и вакуума;

 – плотность нефти кг/м³;

 – радиус стенки резервуара, м;

 – максимальный уровень взлива нефти в резервуаре, м;

 – расстояние  от днища  до расчетного уровня, м;

,  – нормативная  величина  избыточного давления;

 – коэффициент условий  работы, для нижнего пояса, для остальных поясов;

– расчетное сопротивление материала  пояса стенки по пределу текучести, Па;

Расчетное сопротивление  материала стенки резервуаров по пределу текучести, определяется по формуле (2.10):

,

где  – нормативное   сопротивления растяжению (сжатию) металла стенки, равное минимальному значению предела текучести, принимаемому по государственным стандартам и техническим условиям на листовой прокат;

γ_м=1,025 – коэффициенты  надежности по материалу;

γ_н=1,1 , так как объем резервуара меньше 10 000 м³. 

Стенка резервуара относится к основным конструкциям подгруппы «А», для которых должна применяться сталь класса С345 (09Г2С-12) с нормативным расчетным сопротивлением .

Вычисляем расчетное  сопротивление  306

 

2.Вычисление предварительной толщины стенки для каждого пояса резервуара.

Для вычисления используем формулу (2.9), в которой, начиная со второго пояса, единственным изменяемым параметром при переходе от нижнего  пояса к верхнему является координата нижней точки каждого пояса 

,                                                    (2.69)

где – номер пояса снизу вверх;

 – ширина листа. 6,7 306

Основные геометрические размеры резервуара при проведении прочностных расчетов округляем  в большую сторону до номинальных  размеров так, чтобы погрешность  шла в запас прочности: H=8 м; B=1,6; R=6,7 м.  8 1,6 2,3 1,6

Толщина первого  пояса определяется при  ;

 

 

 

Для второго пояса  , X₂=1,6 м;

 

 

 

 

Для остальных поясов резервуара полученные значения для  толщины стенки приведены в таблице  1.

 

Таблица 1

Толщина стенки поясов резервуара

 3.  Выбор номинального (окончательного) размера толщины  стенки.

Значение минимальной  толщины стенки для условий эксплуатации  увеличивается на величину минусового допуска на прокат и округляется  до ближайшего значения из сортаментного  ряда листового проката. Полученное значение сравнивается с минимальной  конструктивной толщиной стенки , определяемой по таблице 2.4.

 

В качестве номинальной  толщины  каждого пояса стенки выбирается значение большей из двух величин, округленное до ближайшего значения из сортаментного ряда листового проката

где – припуск на коррозию, мм;

 – значение минусового допуска на толщину листа, мм;

 – минимальная конструктивная  толщина стенки.

Величину минусового допуска  определяют по предельным отклонениям  на изготовление листа. Соответствующие предельные отклонения по толщине листа приводятся в таблице 2.5.

Припуск на коррозию элементов резервуара представляется заказчиком. (В курсовом проекте  припуск на коррозию необходимо выбирать 2 3 мм.)

В таблице 2 приводятся все данные для выбора номинального размера толщины стенки.

Таблица 2

Номинальная толщина  стенки

 

 

 

 

3.Расчет  стенки резервуара на устойчивость

Проверка устойчивости стенки резервуара производится по формуле :

,

где – расчетные осевые напряжения в стенке резервуара, Мпа;

 –  расчетные  кольцевые  напряжения в стенке резервуара, Мпа;

 – критические  осевые  напряжения в стенке резервуара, Мпа;

 – критические  кольцевые  напряжения в стенке резервуара, Мпа.

Осевые напряжения определяются по минимальной толщине  стенки пояса, кольцевые напряжения – по средней толщине стенки.

Расчетные осевые напряжения для резервуаров РВС  определяются по формуле:

,

где – коэффициент надежности по нагрузке от собственного веса;

 – коэффициент надежности  по снеговой нагрузке;

 – вес   покрытия резервуара, Н;

 – вес  вышележащих поясов  стенки, Н;

 – полное  расчетное значение  снеговой нагрузки на горизонтальную  проекцию покрытия, Н;

 – вес  покрытия резервуара, Н;

 – расчетная  толщина  стенки i-го пояса резервуара, м.

1.Определение  веса крыши

Вес покрытия резервуара рассчитывается по нормативному давлению крыши  (таблица 2.6) 6,7 42 0,3 42 6,7

 

Для резервуара объемом V = 1000 м³  давление крыши p_кр = 0,3 кН/м².

 

2.Определение веса стенки резервуара.

Вес вышележащих  поясов стенки резервуара определяется из условия, что высота всех поясов одинакова и равна ширине листа B

где α  – номер последнего пояса, если начало отсчета снизу;

 – удельный  вес стали. 1,6 6,7 173,08 138,46

Вес стенки при  расчете первого пояса 32,75  26,20

 

 

Вес стенки при  расчете второго пояса

 

 

Результаты  расчетов веса стенки для всех поясов приведены в таблице (3).

Таблица 3

Вес стенки резервуара

3.Определение снеговой нагрузки.

Нормативная снеговая нагрузка на горизонтальную проекцию резервуара

где µ – коэффициент перехода от веса снегового покрытия горизонтальной поверхности земли к снеговой нагрузке на трубопровод;

 – нормативное значение  веса снегового покрова на  1 м² горизонтальной поверхности земли, которое выбирается по СниП 2.01.07-85 (таблица 2.7) для соответствующего снегового района Российской Федерации.

Город Иркутск находится в II снеговом районе, для которого = 1,2 кН. Коэффициент µ=1 для такого варианта крыши, когда угол наклона поверхности крыши к горизонтальной плоскости .

Вес снегового  покрова на всю крышу 168 6,7

 

4.Определение нагрузки от вакуума.

Нормативная нагрузка от вакуума на покрытие определяется как 35

 

5.Определение осевых напряжений  в каждом поясе стенки резервуара  от вертикальной нагрузки.

Определение напряжений в первом поясе 42 6,7  1,7 6,55

 

Во втором поясе   1,6 6,55

 

Значения осевых напряжений в остальных поясах приведены  в таблице 4.

Таблица 4

Напряжения  для расчета стенки резервуара на устойчивость

6.Определение осевых критических  напряжений.

Осевые критические  напряжения определяются по формуле  :

,

где Мпа – модуль упругости стали; 6,55+6,55+6,55+6,55+6,55

 – коэффициент, принимаемый  по таблице 2.10. 1000

Для определения  коэффициента необходимо вычислить среднюю толщину стенки   6,55 6,7 1023 5 

 

Вычисляем отношение  радиуса резервуара к средней  толщине стенки

 

По таблице 2.10 выбираем коэффициент С = 0,08 16,4

Вычисляем осевые критические напряжения для первого  пояса 6,55

 

Для второго  пояса 6,55 16,4

 

 

Остальные значения критической силы приведены в  таблице 4.

 

7. Определение кольцевых напряжений.

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

,

где – нормативное значение ветровой нагрузки на резервуар, Па;

 – коэффициент  надежности  по ветровой нагрузке;

- средняя арифметическая толщина  стенки резервуара, м.

Нормативное значение ветровой нагрузки определяется по формуле (2.23)

,

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

 – коэффициент, учитывающий  изменение ветрового давления  по высоте;

 – аэродинамический коэффициент.

Иркутск относится к III району по давлению ветра (таблица 2.9), соответственно из таблицы выбираем W₀= 0,38 кПа.

Коэффициент для резервуаров высотой от 10 до 20 метров.

Аэродинамический  коэффициент  выбирается по СниП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» (таблица 2.10).

Вычисляем отношение  6,7  0,60 8

 

Выбираем С_i=0,72 по таблице с использованием метода линейной интерполяции. 6,55

Вычисляем  ветровую нагрузку (давление) 0,27

 

Вычисляем кольцевые  напряжения 0,70 0  8

 

Критические кольцевые  напряжения определяются по формуле  : 2,96

,

 

где – геометрическая  высота стенки резервуара, м.

 

 

 

 

 

 

4.Расчет сопряжения стенки резервуара с днищем

 

Дано:

 – коэффициент постели  для резервуара, установленного  на хорошо уплотненном песчаном  основании;

δ_ст= 9 мм – толщина стенки нижнего пояса;

R= 6,7 м– радиус резервуара;

H=8 м– высота стенки резервуара; 880

δ_дн= 6 мм – толщина окрайки днища;

 – ширина окрайки днища;  6,7

– давление в  нижней точке резервуара. 74916

 

 

1.Определение деформационных характеристик элементов конструкций.

Коэффициент постели  стенки резервуара  42,44

 

Цилиндрическая  жесткость стенки 1,40

 

Коэффициент деформации стенки 5,25

 

Цилиндрическая  жесткость днища 0,42

 

Коэффициент деформации днища 10,5

 

Функции Крылова 0,08  0,51 0,30  0,81 0,22

 

 

 

 

2. Система канонических уравнений  метода сил.

В узле сопряжения стенки и днища резервуара (рис. 2.12) 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 880 42,44