Расчет строительных конструкций вертикально стального резервуара

.

Определяем  коэффициенты и перемещения, входящие в систему уравнений  13,60 1,30 0,25 0,20  1,63 3,98  2,04

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Решение системы канонических  уравнений.

Подставляем в  систему уравнений полученные коэффициенты и перемещения  2042 203  1627  17,58 1,30 2042 1,30 0,25 1627

 

 

 

 

Второе уравнение  систему умножим на дробь  и вычтем из первого

-2,06·X₂ -20026=0, откуда X₂=-9743 Н/м.

Из первого  уравнения системы получаем

17,58·X₂-9743·(1,30)+2042=0

X₁=602 Н·м/м

 

4.Проверка прочности стенки в точке сопряжения с днищем.

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

,

На рис. 2 дана расчетная схема для определения напряжений в стенке. Наибольшие значения возникают в точке сложения сжимающих напряжений от изгиба и вертикальной нагрузки.

 

Изгибающий  момент

 

Момент сопротивления  изгибаемой стенки 1,4  0,009

 

 

Рис. 2 Расчетная схема для определения нормальных напряжений

в стенке и днище

 

Второе слагаемое  уравнения  это напряжение в нижней точке первого пояса (таблица 2.15) 1,7

 

Расчетное сопротивление  для стали нижнего пояса резервуара 306  214

 

Выполняем проверку на прочность 43,3 13,5

 

Таким образом, условие прочности

    выполняется, т.к.   43,3 ≤ 214

 

5. Проверка прочности днища.

Проверку прочности  днища проводим по напряжениям, возникающим  от  изгибающего момента 

.

В этом случае момент сопротивления сечения днища 0,006 0,6

 

 

Для стального  листа окрайки расчетное сопротивление  будет тоже, что и для нижнего  пояса стенки 306  214

 

Однако максимальные напряжения при изгибе окрайки оказались  выше расчетного сопротивления 602 100

 

Для увеличения прочности днища  необходимо увеличить толщину окрайки  или выбрать материал, у которого расчетное сопротивление будет  выше максимальных напряжений. 0,005  0,4 144,6

При толщине  окрайки δ_дн= 5 мм

 

 

 

 

В этом случае условие прочности выполняется, однако следует сделать замечание  о том, что для корректного  выбора новой толщины днища или  стенки необходимо весь расчет повторить.

6.Проверка сварного шва на  прочность.

Расчетная схема  таврового соединения днища и  нижнего пояса стенки резервуара изображена на рисунке 3.

 

Рис. 3. Расчетная схема для расчета сварного шва

При толщине  стенки меньше 20 мм соединение выполняется без разделки нижней кромки стенки. Катет принимаем . Коэффициент сварного шва принимается по таблице 34 СниП II-23-81 «Стальные конструкции» (для ручной электродуговой сварки). Коэффициент условий работы сварного шва .

Условие прочности  сварного шва

,

где – сила, срезающая шов по металлу сварного шва;

 – длина сварного шва  для случая расчета оболочки, когда  сила, отнесенная к единице длины;

 – расчетное сопротивление  по металлу сварного шва для  электрода  . 0,6  -9,7 0,009 67,10  7,99

 

Выполняем проверку сварного шва

 

 

Поскольку 7,99 <150,5 условие прочности сварного шва выполняется.

 

 

 

 

 

5.Расчет сферической крыши.

Дано:

R=6,7 м – радиус цилиндрического резервуара;

R_сф=16,08 м – радиус сферической крыши;

p_кр=0,3 кН/м²– нормативный вес крыши;

n_б= 14 – количество главных балок.

Главные балки  на расчетной схеме представляем, как трех шарнирные арки (рис. 4).

 

Рис. 4. Расчетная схема главных балок сферической крыши

в виде трех шарнирной арки

Рис. 5. Расчетная схема главной балки сферической крыши

вертикального резервуара

 

Угол  зависит от соотношения радиусов и 6,7 16,08 24,62

 

Высота купола определяется из геометрических соотношений 1,46

 

1.Определение нагрузки на главную балку.

При симметричной схеме нагружения каждая из главных  балок воспринимает ту часть нагрузки, которая приходится на один сектор круговой проекции крыши на горизонтальную плоскость. Количество секторов крыши  равно количеству главных балок. В силу геометрических особенностей изменение нагрузки на главную балку  от центра крыши до опоры на стенку пропорционально длине дуги, с  которой собираются нагрузки (рис. 2.5). Поэтому интенсивность вертикальной нагрузки на главную балку линейно возрастает от нуля в центре до в крайних точках при опирании на стенку.

Эпюра нагрузок на главную балку будет полностью  определена, если вычислить  1,2  0,32  1,68 6,87 0,3  14

 

 

 

 

2.Определение реакций опор.

Вертикальная  реакция  и распор определяются из уравнений статики.

Сумма проекций сил на вертикальную ось равна  нулю 23,0

,

 

Сумма моментов относительно правой опоры равна  нулю 35,03

.

 

 

 

3.Определение изгибающих моментов  в поперeчных сечениях главных  балок.

Уравнение изгибающих моментов записывается как функция  от угла , определяющего положение поперечного сечения (рис. 5)

 

Окончательно  уравнение принимает вид

                       (1)

Полученное  уравнение позволяет построить  эпюру изгибающих моментов (рис. 6). Однако, для того чтобы проанализировать конструкцию главной балки с целью определения наиболее опасного сечения, необходимо найти координату сечения с наибольшим изгибающим моментом.

 

Рис. 6. Эпюра изгибающего момента в  поперечных сечениях главной балки

 

 

 

4.Определение максимального изгибающего  момента

Для определения  максимального изгибающего момента  уравнение (1) исследуется на экстремум. В результате находится угол , определяющий положение сечения, в котором изгибающий момент максимальный. Для определения максимального изгибающего момента находится производная и приравнивается нулю

.                   (2)

;

;

.                                        (3)

В результате решения  тригонометрического уравнения (3) определяется угол 35,03 6,7  6,87 16,08 0,526 31  15

.                                             (4)

 

 

Для определения  максимального изгибающего момента  значение угла подставляется в уравнение (1) -6,9

.              (5)

 

В соответствии с  рекомендациями ОАО «Транснефть» каркас стационарной кровли резервуара относится к основным конструкциям резервуара подгруппы А, для которых рекомендуется использовать сталь класса С345 по ГОСТ 27772 (09Г2С-12).

Для стали С345 нормативное расчетное сопротивление  .

Условие, выражающее предельное состояние для главной  балки

,                                                  (6)

где – коэффициент условий работы;

 – момент сопротивления  стандартного прокатного двутаврового  сечения.

Расчетное сопротивление  стали 306

 

где – коэффициент надежности по материалу;

γ_н=1,1- коэффициент надежности по назначению.

Из выражения (6) определяется значение момента сопротивления удовлетворяющее условию прочности 6,9 28,2 34,2

 

Номер двутаврового сечения выбираем по ГОСТ 26020-83 «Двутавры стальные горячекатаные с параллельными гранями полок».

Двутавр № 10Б1 имеет момент сопротивления .

Для выполнения чертежей, из ГОСТ 26020-83  также выбираются все необходимые геометрические размеры.

 

5.Расчет кольцевой балки настила.

В результате расчета  необходимо определить размер швеллера – поперечного  сечения балки  настила. Наиболее нагруженной является самая длинная балка настила, при условии равномерной нагрузки на крышу.

 

Рис. 7 Радиально-кольцевая конструкция  сферической крыши

1 –  центральный щит; 2 – главная балка; 3 – балки настила; 4 – настил

 

Находим балку  наиболее удаленную от центра (рис. 7). Ее длину определяем по формуле 5  14 2,24

 

 

где – радиус наибольшего кольца балок настила;

 – число главных балок. 1,68

Конструкция балки  настила показана на рисунке 8, а на рисунке 9 ее    расчетная схема. Для определения максимального изгибающего момента необходимо определить интенсивность распределенной нагрузки 5,15

 

где l^* – радиальное расстояние между балками настила.

 

 

Рис. 8. Конструкция соединения балки настила с главными балками

1 –  двутавровая главная балка; 2 –  настил; 3 – швеллер – балка  настила; 4 – монтажный угловой  шов; 5 – заводской угловой шов; 6 – отверстие под монтажный  болт;

7 –  фасонка

Рис. 9 Расчетная схема балки настила

 

Для выбранной  расчетной схемы определяем наибольший изгибающий момент 3,24 13,24  15

 

Размер поперечного  сечения швеллера определяем из условия  306

 

Швеллер выбираем по ГОСТ 8240 № 6.5 .

 

6.Расчет настила сферической крыши.

Расчет настила  производим по известному решению для  прямоугольной  пластины шарнирно опертой  по краям. Расчетная схема показана на рисунке 10.

 

 

Рис. 10. Расчетная схема настила

 

При определении  давления от собственного веса настила  предварительно задаемся толщиной листа  настила 

.

Определяем  давление на пластину 1,68  2,37

 

Размеры  и выбираются для наибольшей пластины

; .

Наибольший  изгибающий момент

прогиб в  центре пластины

где – коэффициенты, выбираемые по таблице 6 в зависимости от соотношения размеров пластины.

Таблица 6

Коэффициенты  для расчета прямоугольной пластины

	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0
	0,0433	0,0616	0,0770	0,0906	0,1017	0,1106
	0,0479	0,0626	0,0753	0,0862	0,0948	0,1017

 

Для выбранного отношения  размеров пластины по таблице выбираем и .

Изгибающий  момент 0,88

 

Из условия 

Получаем 306 4,641

 

Принимаем толщину  настила δ_н=5 мм

Максимальный  прогиб настила 1,3