Расчет настила крыши рвс

Обновлено: 26.04.2024

1.1 Минимальная толщина листов стенки резервуаров РВС и РВСП для условий эксплуатации рассчитывается по формуле:

Минимальная толщина стенки резервуаров РВСПК для условий эксплуатации рассчитывается по формуле:

где n₁ - коэффициент надежности по нагрузке гидростатического давления, n₁= 1,05;

r_н - плотность нефти, r_н =900 кг/м 3 ;

g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с 2 ;

H_{макс доп} - максимально допустимый уровень взлива нефти в резервуаре, м;

х - расстояние от днища до расчетного уровня, м;

n₂ - коэффициент надежности по нагрузке избыточного давления и вакуума, n₂

P_и - нормативная величина избыточного давления, Па, принимается по таблице 2.0;

R - радиус стенки резервуара, м;

j_с - коэффициент условий работы, j_с = 0,7 для нижнего пояса, j_с = 0,8 для остальных поясов;

R_y- расчетное сопротивление материала пояса стенки по пределу текучести, Па.

1.2 Расчетное сопротивление материала стенки резервуаров по пределу текучести, определяется по формуле:

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

γ_м - Коэффициенты надежности по материалу, γ_м = 1,025;

γ_н - коэффициент надежности по назначению, для резервуаров объемом по строительному номиналу 10000 м 3 и более - γ_н = 1,15, объемом по строительному номиналу менее 10000 м 3 - γ_н = 1,1.

1.3 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 δ_кс, определяемой по таблице Б.1.

Таблица Б.1 Конструктивная величина толщины стенки

Диаметр резервуара, м	Менее 25	От 25 до 35	35 и более
Минимальная конструктивная толщина стенки δ_кс	9	10	11

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

где С_i - припуск на коррозию, мм;

D - фактическое значение минусового допуска на толщину листа, мм;

d_кс - минимальная конструктивная толщина стенки.

2. Расчет стенки резервуара на устойчивость

2.1 Расчет на устойчивость проводится дважды: для принятой номинальной толщины стенки d_ном (толщина пояса стенки, соответствующая началу эксплуатации резервуара) и для расчетной толщины стенки d_i (толщина пояса стенки, соответствующая моменту окончания нормативного срока эксплуатации резервуара).

Расчетная толщина d_i определяется как разность принятой номинальной толщины d_ном, припуска на коррозию С_i и минусового допуска на толщину листа ∆:

Проверка устойчивости стенки резервуара производится по формуле:

где s₁ - расчетные осевые напряжения в стенке резервуара, МПа;

s₂ - расчетные кольцевые напряжения в стенке резервуара, МПа;

s₀₁ - критические осевые напряжения в стенке резервуара, МПа;

s₀₂ - 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 и РВСП определяются по формуле:

где y - коэффициент сочетания нагрузок, принимаемый по СНиП 2.01.07-85*;

n₃ - коэффициент надежности по нагрузке от собственного веса, n₃ = 1,05;

Q_п - вес покрытия резервуара, Н;

Q_ст - вес вышележащих поясов стенки, Н;

Q_сн - Полное расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия, Н;

Q_вак - нормативная нагрузка от вакуума на покрытие, Н;

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

Расчетные осевые напряжения для резервуаров РВСПК определяются по формуле:

Вес вышележащих поясов стенки резервуара определяется как:

где а - номер (значение номера) последнего пояса, начало отсчета снизу;

h_i - высота i-го пояса стенки резервуара, м;

γ_ст - удельный вес стали, Н/м 3 .

Осевые критические напряжения определяются по формуле:

где Е - модуль упругости стали, Е = 2×10 5 МПа;

С - коэффициент, принимаемый по таблице Б.2.

Таблица Б.2 Значение коэффициента С

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

Расчетные кольцевые напряжения в стенке для резервуара РВСПК определяются по формуле:

где Р_в - нормативное значение ветровой нагрузки на резервуар, Па;

n_в - коэффициент надежности по ветровой нагрузке;

d_ср - средняя арифметическая толщина стенки резервуара, м.

Средняя арифметическая толщина стенки резервуара определяется по формуле:

где а - число поясов резервуара.

Нормативная нагрузка от вакуума на покрытие определяется как:

где P_вак- нормативное значение вакуума в газовом пространстве, Па.

Нормативное значение ветровой нагрузки определяется по формуле:

где W₀ - нормативное значение ветрового давления, для рассматриваемого района, Па;

k₂ - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте;

C₀ - аэродинамический коэффициент.

Критические кольцевые напряжения определяются по формуле:

где Н - 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.

3. Расчет резервуара на опрокидывание

Резервуар, в целом должен быть рассчитан на устойчивость к опрокидыванию при действии ветровой нагрузки.

При выполнении условия анкеровка резервуара не требуется.

где М - опрокидывающий момент от действия ветровой нагрузки;

R - радиус стенки резервуара, м;

G - вес конструкций резервуара за вычетом припусков на коррозию, с учетом внутреннего давления в резервуаре;

При невыполнении данного условия необходимо выполнить анкеровку резервуара, причем нагрузка на один анкер определяется по формуле:

где d - диаметр установки анкеров;

n - количество анкеров.

4. Расчет днища резервуара

4.1 Толщина элементов днища принимается равной 9 мм.

4.2 Толщина окрайки днища определяется по таблице Б.3.

Таблица Б.3. Конструктивная величина окрайки днища

Расчетная толщина первого пояса стенки d_е, мм	Минимальная конструктивная толщина окрайки d_кс, мм
свыше 9 до 16 включительно	9,0
свыше 17 до 20 включительно	12,0
свыше 20 до 26 включительно	14,0
свыше 26	16,0

5. Расчет плавающей крыши резервуара

5.1 Толщина элементов плавающей крыши, контактирующих с продуктом, должна быть не менее 5 мм.

5.2 Плавающие крыши должны быть рассчитаны на плавучесть, остойчивость и непотопляемость при плотности нефти, равной 0,7 т/м 3 .

Проверка плавучести плавающей крыши производится из условия, что все действующие нагрузки приложены в центре тяжести крыши, а выталкивающая сила приложена вертикально вверх в центре тяжести объема крыши, погруженного в жидкость.

5.3 Запас плавучести плавающих крыш должен быть не менее 2,0, т.е.:

где b - высота наружного борта плавающей крыши;

Т - максимальная глубина погружения крыши.

5.3 Глубину погружения однодечной плавающей крыши определять из условия:

где g_f - коэффициент надежности по нагрузке собственного веса;

G_пк - вес плавающей крыши вместе с катучей лестницей и оборудованием (водоспуск, затвор и др.);

F_тр - сила трения уплотняющего затвора о стенку;

Q_сн - полное расчетное значение снеговой нагрузки;

Q_в - ветровая нагрузка на плавающую крышу;

g_ж - удельный вес хранимого продукта, при расчете плавучести g_ж = 0,7 т/м 3 ;

V₁ - объем жидкости, вытесненный коробами плавающей крыши;

V₂ - объем жидкости, вытесненный центральной частью плавающей крыши.

5.4 Глубину погружения двухдечной плавающей крыши Т определять по формуле:

где R₁ - Радиус плавающей крыши.

5.5 Полное расчетное значение снеговой нагрузки на плавающую крышу при расчете ее плавучести должно быть определено по формуле

где S_g - расчетное значение веса снегового покрова на 1 м 2 горизонтальной поверхности земли, кПа;

R - радиус резервуара, м;

m - коэффициент перехода, определяемый по формуле:

m = 2,76H/D - 0,07, (26)

где H, D - соответственно высота стенки и диаметр резервуара.

5.6 Ветровая нагрузка на плавающую крышу при расчете ее плавучести определяется по формуле:

где ω₀ - нормативное значение ветрового давления;

S - площадь плавающей крыши;

C_p - аэродинамический коэффициент;

g_f - коэффициент надежности по ветровой нагрузке.

5.7 Кренящий момент от снеговой нагрузки, действующий на плавающую крышу, при расчете ее остойчивости должен быть определен по формуле:

где R - радиус резервуара, м;

K_с - коэффициент, определяемый по формуле:

6. Расчет понтона резервуара

6.1. Понтон должен быть рассчитан на плавучесть при нагрузке, равной его двойному весу, при плотности нефти, равной 0,7 т/м 3 . Запас плавучести понтонов должен быть не менее 2,0, т.е.:

где b - высота наружного борта понтона;

Т - максимальная глубина погружения понтона.

6.2. Глубину погружения понтона определять по формуле:

где g_f - коэффициент надежности по нагрузке собственного веса понтона;

G_п - вес понтона вместе с оборудованием;

F_тр - сила трения уплотняющего затвора о стенку;

Q_п - нагрузка от веса конденсата на понтоне;

r_ж - удельный вес хранимого продукта, при расчете r_ж = 0,7 т/м 3 ;

V_{выт.жид.} - объем вытесненного продукта.

6.3. Непотопляемость - это способность понтона сохранять плавучесть и необходимую остойчивость при затоплении отсеков вследствие их разгерметизации.

Непотопляемость понтона обеспечивается при условии:

где V_м - теоретический объем элементов плавучести понтона (поплавков, коробов и др.) м 3 ;

V_ф - объем элементов плавучести, который заполнен хранимым продуктом, м 3 .

7. Расчет конструкции кольцевой лестницы

Расчет производится в соответствии со СНиП 2.01.07-85*, СНиП II-23-81, СНиП II-7-81.

Конструкции кольцевой лестницы рассчитаны на временную нормативную нагрузку 450 кг. Ограждение рассчитано на горизонтальную нагрузку 90 кг.

Минимальная толщина стенки резервуаров РВСПК для условий эксплуатации рассчитывается по формуле:

где n₁ - коэффициент надежности по нагрузке гидростатического давления, n₁= 1,05;

r_н - плотность нефти, r_н =900 кг/м 3 ;

g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с 2 ;

H_{макс доп} - максимально допустимый уровень взлива нефти в резервуаре, м;

х - расстояние от днища до расчетного уровня, м;

n₂ - коэффициент надежности по нагрузке избыточного давления и вакуума, n₂

P_и - нормативная величина избыточного давления, Па, принимается по таблице 2.0;

R - радиус стенки резервуара, м;

j_с - коэффициент условий работы, j_с = 0,7 для нижнего пояса, j_с = 0,8 для остальных поясов;

R_y- расчетное сопротивление материала пояса стенки по пределу текучести, Па.

1.2 Расчетное сопротивление материала стенки резервуаров по пределу текучести, определяется по формуле:

γ_м - Коэффициенты надежности по материалу, γ_м = 1,025;

Расчет конструкций резервуаров выполняется по методике предельных состояний в соответствии с ГОСТ 27751 - по предельным состояниям первой и второй групп.

Условные обозначения и размерности используемых величин приведены в Приложении П.1.

9.1.1. Нагрузки и воздействия

9.1.1.1. В процессе строительства и в течение расчетного срока службы резервуар должен выдерживать заданные при проектировании нагрузки и воздействия.

9.1.1.2. Классификация, нормативные и расчетные значения нагрузок и воздействий, а также учет их неблагоприятных сочетаний осуществляется исходя из климатических и сейсмических условий, а также технологических особенностей эксплуатации резервуара и в соответствии со СНиП 2.01.07-85*.

9.1.1.3. Расчетное значение нагрузки следует определять как произведение ее нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузке, соответствующий рассматриваемому предельному состоянию и принимаемый по СНиП 2.01.07-85*.

9.1.1.4. К постоянным нагрузкам относятся нагрузки от собственного веса элементов конструкций резервуаров.

9.1.1.5. К временным длительным нагрузкам относятся:

- нагрузка от веса стационарного оборудования;

- гидростатическое давление хранимого продукта;

- избыточное внутреннее давление или относительное разряжение в газовом пространстве;

- снеговые нагрузки с пониженным нормативным значением;

- нагрузка от веса теплоизоляции;

- воздействия от деформаций основания, не сопровождающиеся коренным изменением структуры грунта.

9.1.1.6. К временным кратковременным нагрузкам относятся:

- снеговые нагрузки с полным нормативным значением;

- нагрузки от веса людей, инструментов, ремонтных материалов;

- нагрузки, возникающие при изготовлении, хранении, транспортировке и монтаже конструкций резервуара.

9.1.1.7. К особым нагрузкам относятся:

- аварийные нагрузки, связанные с нарушением технологического процесса;

- воздействия от деформаций основания, сопровождающиеся коренным изменением структуры грунта;

- нагрузки, возникающие в процессе стихийного бедствия.

9.1.1.8. При определении нагрузки от собственного веса элементов конструкций резервуара следует использовать значения номинальной толщины элементов t. При проверке несущей способности элементов конструкций резервуара используются значения расчетной толщины элементов (t-Δtc-Δtm).

9.1.1.9. Нагрузки и их сочетания, используемые при расчете резервуаров, приведены в Приложении П.4.

9.1.2. Учет уровня ответственности

9.1.2.1. Уровень ответственности (класс опасности) резервуаров при расчете прочности и устойчивости основных несущих конструкций должен учитываться снижением расчетного сопротивления стали на коэффициент надежности по ответственности γ_n, значения которого приведены в таблице 9.1.

Таблица 9.1

9.1.2.2. Определение нагрузок на фундамент резервуара, а также его проверка на опрокидывание должны производиться с исходными технологическими, климатическими и сейсмическими нагрузками, умноженными на коэффициент надежности по ответственности γn.

9.1.3. Учет условий работы

Отклонения условий эксплуатации элементов конструкций от нормальных учитываются коэффициентами условий работы γс, приведенными в таблицах 9.2, 9.3.

Таблица 9.2

Таблица 9.3

9.1.4. Учет температуры эксплуатации

Для условий эксплуатации резервуаров при температуре выше плюс 100°С необходимо учитывать снижение расчетного сопротивления стали путем введения коэффициента γt, назначаемого в зависимости от максимальной расчетной температуры металла Т по формулам:

[σ]T, [σ]20 - допускаемые напряжения стали при температуре соответственно Т и 20°С, определяемые по ГОСТ Р 52857.1-2007. В случае применения сталей, не указанных в ГОСТ Р 52857.1-2007, допускаемые напряжения [σ]T, [σ]20 принимаются по согласованию с Заказчиком.

9.1.5. Нормативные и расчетные характеристики материалов

9.1.5.1. Нормативные значения характеристик сталей Rуn принимаются по соответствующим ГОСТ и техническим условиям.

9.1.5.2. Расчетные сопротивления сварных соединений следует определять по СНиП II-23-81*.

9.1.5.3. Расчетные сопротивления металлопроката для растяжения, сжатия, изгиба и сдвига следует определять по СНиП II-23-81* с учетом коэффициента надежности по материалу γm, принимаемого равным:

- для сталей по ГОСТ 27772, ГОСТ 19281 (Rу < 380 МПа) - γm = 1,05;

- для сталей по ГОСТ 19281 (Rу ≥ 380 МПа) - γm = 1,1.

9.2 Расчет стенки

Настоящий раздел содержит указания по расчету толщин стенки резервуара для расчетных сочетаний нагрузок 1-3 (таблица П. 4.1 Приложения П.4).

9.2.1 Общие указания

9.2.1.1. Номинальные толщины поясов стенки резервуара назначаются по итогам выполнения следующих расчетов:

а) определение толщины поясов из условия прочности стенки при действии статических нагрузок в условиях эксплуатации и гидравлических испытаний;

б) проверка устойчивости стенки;

в) проверка прочности и устойчивости стенки при сейсмическом воздействии (в сейсмически опасных районах).

9.2.1.2. Толщины стенки, назначенные в результате расчета по п. 9.2.1.1б, не должны быть меньше толщин, назначенных по п. 9.2.1.1а. Толщины стенки, назначенные в результате расчета по п. 9.2.1.1 в, не должны быть меньше толщин, назначенных по п. 9.2.1.1б.

9.2.1.3. Назначение толщин стенки из условия прочности при статическом нагружении в условиях эксплуатации и гидро- пневмоиспытаний производится в п. 9.2.2 при действии нагрузки от веса хранимого продукта и избыточного давления.

9.2.1.4. Устойчивость стенки при статическом нагружении проверяется в соответствии с требованиями п. 9.2.3 при действии нагрузок от веса конструкций и теплоизоляции, от веса снегового покрова, от ветровой нагрузки и относительного разрежения (относительного вакуума) в газовом пространстве.

9.2.1.5. Прочность и устойчивость стенки при сейсмическом нагружении проверяется в соответствии с требованиями п. 9.6 при действии нагрузок - сейсмической, от веса хранимого продукта, от веса конструкций и теплоизоляции, от избыточного давления, от веса снегового покрова.

9.2.2. Расчет стенки резервуара на прочность

9.2.2.1. Толщины поясов стенки вычисляются по кольцевым напряжениям, определяемым в срединной поверхности цилиндрической оболочки на уровне с координатой xL, в котором радиальные перемещения стенки в пределах пояса являются максимальными.

9.2.2.2. В процессе прочностного расчета стенки учитывается коэффициент надежности для избыточного давления, равный 1,2 для режима эксплуатации и 1,25 для режима гидро- пневмоиспытаний.

9.2.2.3. Номинальная толщина стенки t в каждом поясе резервуара должна назначаться по формулам:

По согласованию с Заказчиком допускается принимать xL = 0.

Здесь и далее обозначено:

Индексы U, L относятся к параметрам поясов, примыкающих соответственно сверху и снизу к i-му стыку (рис. 9.1). Расчет производится последовательно от нижнего пояса к верхнему. При вычислении толщины первого пояса следует принять xL = 0.

Допускается использовать толщины поясов tL, полученные по результатам расчета стенки на устойчивость (п. 9.2.3) и сейсмостойкость (п. 9.6).

9.2.2.4. Результаты расчета толщины t для каждого пояса стенки следует округлить до целого числа в большую сторону в соответствии с толщинами проката по ГОСТ 19903-74, если не указаны специальные условия поставки листового проката.

9.2.2.5. Пример расчета стенки резервуаров из условия прочности приведен в Приложении П.5.

9.2.2.6. По согласованию с Заказчиком допускается назначать толщины стенки резервуара на основе конечно-элементного расчета составной цилиндрической оболочки с учетом ее моментного состояния. При этом в расчетную модель должна быть включена окрайка днища, связанная с основанием односторонними связями, не сопротивляющимися отрыву днища от фундамента. Коэффициенты условий работы для поясов стенки в режиме эксплуатации принимаются в этом случае такими же, как для режима гидравлических испытаний.

9.2.3. Устойчивость стенки резервуара

Расчет стенки резервуара на устойчивость выполняется в соответствии с указаниями СНиП II-23-81* и включает проверку толщин поясов стенки, необходимость установки промежуточных ветровых колец, а также назначение мест установки и сечений колец, если таковые требуются.

9.2.3.1. Критерий устойчивости стенки

9.2.3.1.1. Устойчивость стенки резервуара обеспечена при выполнении следующего условия:

9.2.3.1.2. Редуцированная высота стенки вычисляется по формуле:

Показатель степени в формуле для величины Н_r может быть изменен в меньшую сторону в случае применения уточненных методик расчета устойчивости цилиндрической оболочки переменной толщины.

При наличии ребра жесткости в пределах i-гo пояса в качестве h_i берется расстояние от кромки этого пояса до ребра жесткости. В резервуарах с плавающей крышей для верхнего пояса в качестве h_i берется расстояние от нижней кромки пояса до ветрового кольца.

9.2.3.1.3. Коэффициент С0 следует определять по формулам:

9.2.3.1.4. Меридиональные напряжения в i-ом поясе стенки вычисляются следующим образом:

а) для резервуаров со стационарной крышей:

б) для резервуаров с плавающей крышей:

9.2.3.1.5. Кольцевые напряжения в i-ом поясе стенки следует определять по формулам:

а) для резервуаров со стационарной крышей:

б) для резервуаров с плавающей крышей:

k - коэффициент учета изменения ветрового давления по высоте стенки z, определяемый по табл. 6 СНиП 2.01.07-85*, либо, если 5 м ≤ z ≤ 40 м, по формуле:

k = 0,365 ln (z) + 0,157.

9.2.3.1.6. Если G_t = 0, или p_v = 0, или p_s = 0 формулы 9.2.3.1.4-9.2.3.1.5 должны быть приведены в соответствие с полученным сочетанием нагрузок.

9.2.3.1.7. Коэффициент fs, учитывающий форму стационарной крыши, принимается равным:

- 0,7 для купольных крыш при ρ_r < D,

- 0,9 для купольных крыш при D ≤ ρ_r < 1,1D,

- 1,0 для конических и прочих купольных крыш.

9.2.3.1.8. При невыполнении условия 9.2.3.1.1 для обеспечения устойчивости стенки следует увеличить толщину верхних поясов, или установить промежуточное кольцо (кольца) или то и другое вместе. При этом место установки промежуточного кольца должно обеспечивать равенство величин HrL, HrU, полученных по формуле 9.2.3.1.2 для участков стенки ниже и выше кольца, и быть не ближе 150 мм от горизонтального сварного шва. Если условие HrL = НrU обеспечить невозможно, ветровое кольцо должно быть установлено на расстоянии 150 мм ниже или выше горизонтального сварного шва, для которого разница величин HrL, HrU будет минимальной.

9.2.3.1.9. После установки промежуточного ветрового кольца, участки стенки над кольцом и под ним должны быть устойчивы, то есть должны удовлетворять условию 9.2.3.1.1.

9.2.3.1.10. Допускается расчет на устойчивость стенки резервуара выполнять по формулам, выражающим критерий устойчивости через действующие и критические значения вертикальной (осевой) нагрузки и внешнего давления:

В качестве вертикальной нагрузки N следует принимать расчетное сочетание снеговой, весовой нагрузок и вакуума (при наличии стационарной крыши), передающихся на нижнюю отметку наиболее тонкого пояса стенки резервуара, а при одинаковой толщине нескольких поясов - на нижнюю отметку нижнего из них.

В качестве внешнего давления Р следует принимать расчетное сочетание проектного вакуума и статической составляющей ветровой нагрузки, отнесенной к уровню верха стенки резервуара. Коэффициенты сочетаний нагрузок принимаются по аналогии с пп. 9.2.3.1.4-9.2.3.1.6.

9.2.3.2. Ветровые кольца жесткости на стенке резервуара

9.2.3.2.1. Необходимое сечение ветрового кольца подбирается из условия восприятия изгибающего момента при действии ветрового давления на стенку опорожненного резервуара.

9.2.3.2.2. Требуемый минимальный момент сопротивления сечения верхнего кольца жесткости резервуаров с плавающей крышей должен определяться по следующей формуле:

где коэффициент 1,5 учитывает разряжение от ветра в резервуаре с открытым верхом.

Если верхнее кольцо жесткости приварено к стенке сплошным угловым швом, в момент сопротивления кольца включаются участки стенки с номинальной толщиной t и шириной 15(t - Δtc) вниз и, если возможно, вверх от места установки кольца.

9.2.3.2.3. В случае необходимости установки промежуточного ветрового кольца, оно должно иметь такую конструкцию, чтобы его поперечное сечение удовлетворяло требованиям:

- для резервуаров со стационарной крышей:

- для резервуаров с плавающей крышей:

где Нrmax - редуцированная высота участка стенки выше, или ниже промежуточного кольца (что больше) и определяемая по формуле 9.2.3.1.2.

9.2.3.2.4. В пунктах 9.2.3.2.2, 9.2.3.2.3 нормативное ветровое давление pw следует назначать не менее 1,2 кПа.

9.2.3.2.5. В момент сопротивления промежуточного кольца жесткости можно включать части стенки с номинальной толщиной t и шириной выше и ниже места установки кольца.

9.3. Расчет стационарных крыш

9.3.1. Общие положения расчета

9.3.1.1. Элементы и узлы крыши должны быть запроектированы таким образом, чтобы максимальные усилия и деформации в них не превышали предельных значений по прочности и устойчивости, регламентируемых СНиП II-23-81*, для всех расчетных нагрузок и их сочетаний, приведенных в таблицах П. 4.2, П. 4.3 Приложения П.4.

9.3.1.2. При расчете учитываются сочетания воздействий, в которых участвуют максимальные значения расчетных нагрузок, действующих на крышу «сверху вниз» (комбинации 1,3, таблица П. 4.2 Приложения П.4):

- от собственного веса элементов крыши в некоррозионном состоянии;

- от веса стационарного оборудования и площадок обслуживания на крыше;

- от собственного веса теплоизоляции на крыше;

- от веса снегового покрова при равномерном или неравномерном распределении снега на крыше;

- от внутреннего разрежения в газовоздушном пространстве резервуара.

9.3.1.3. В резервуарах, работающих с внутренним избыточным давлением, следует также учитывать сочетание нагрузок, в котором участвуют следующие воздействия (комбинация 2, таблица П. 4.2 Приложения П.4):

а) нагрузки, действующие на крышу «сверху вниз» и принимаемые с минимальными расчетными значениями:

- от собственного веса элементов крыши в корродированном состоянии,

- от веса стационарного оборудования и площадок обслуживания на крыше,

- от собственного веса теплоизоляции на крыше;

б) нагрузки, действующие на крышу «снизу вверх» и принимаемые с максимальными расчетными значениями:

- от избыточного давления с коэффициентом надежности по нагрузке 1,2;

- от отрицательного давления ветра.

9.3.1.4. Для сейсмоопасных районов строительства в проверку несущей способности элементов крыши необходимо включать расчет на особые сочетания нагрузок (комбинации 4, 5, 6 таблица П. 4.2 Приложения П.4) с учетом сейсмического воздействия, определяемого в соответствии со СНиП II-7-81*.

9.3.1.5. Номинальные толщины и геометрические характеристики листовых и прокатных элементов крыши назначаются с учетом припуска на коррозию в соответствии с п. 7.8 и Приложением П.6.

9.3.2 Учет снеговых нагрузок

Несущая способность крыши должна проверяться с учетом равномерного и неравномерного распределения снеговой нагрузки по ее поверхности.

9.3.2.1. Величина действующей на крышу снеговой нагрузки вычисляется по формуле: psr = μрs.

9.3.2.2. Коэффициент неравномерности распределения снегового покрова μ следует определять по таблице 9.5.

Крыши вертикальных цилиндрических резервуаров низкого давления могут иметь различные конструктивные формы. Для резервуаров объемом до 5 тыс. м 3 применяется коническая щитовая кровля. Щиты состоят из каркасов, выполненных из прокатных или гнутых профилей, и обшивки из стальных листов толщиной 2,5¸3 мм. Опираются щиты на стенку резервуара и центральную стойку, которая помещается внутри резервуара.

Рис. 22.8. Общий вид типового резервуара, изготовленного методом рулонирования, со щитовой кровлей и схема его монтажа

1 – стойка (труба d=630¸7020 мм) ; 2- центральный щит; 3 – «ловитель»; 4 – кровля; 5 - корпус

На рис. 22.8 показаны общий вид типового резервуара, изготовляемого методом рулонирования, со щитовой кровлей и схема его монтажа. Полотнище стенки такого резервуара навернуто на шахтную лестницу, а полотнище днища — на центральную стойку.

В резервуарах объемом до 5 тыс. м 3 при малой снеговой нагрузке (не более 1500 Н/м 2 ) может быть применена висячая кровля, которая также опирается на центральную стойку резервуара. По расходу металла резервуары с висячей кровлей (рис. 22.9) легче резервуаров с щитовой кровлей на 10¸15 %.

Рис. 22.9. Стальной вертикальный цилиндрический резервуар объемом 5000 м 3 с висячей кровлей

а – общий вид; б – план кровли; в – кольцо жесткости; г – схема кровли; д – зонт стойки кровли

Для резервуаров объемом более 5 тыс. м 3 щитовая и висячая крыши с центральной стойкой оказываются экономически неоправданными. В резервуарах объемом 10¸20 тыс. м 3 более целесообразно применять покрытия в виде куполов без центральной стойки. Их собирают из щитов заводского изготовления, укрупненных в монтажные блоки. Эти блоки одним концом опираются на центральное кольцо, поддерживаемое в период монтажа временной стойкой, а другим - на опорное кольцо, расположенное по периметру стенки резервуара.

Рис. 22.10. Схема сферического покрытия резервуара, собираемого из секторных щитов

1- центральное кольцо; 2 – щит; 3 – обвязочное кольцо

На рис. 22.10 показана схема покрытия резервуара объемом 10 тыс. м 3 , проект которого выполнен в ЦНИИПСК им. Мельникова.

В типовых проектах резервуаров применяются ребристо-кольцевые купола, состоящие из системы радиальных ребер, связанных кольцевыми элементами, и стальной обшивки толщиной 2,5¸4 мм.

ВНИИМонтажспецстрой совместно с ЦНИИПСК разработали унифицированные покрытия, представляющие собой сетчатые купола радиусом 60 м, каркас которых состоит из тонкостенных гнутых профилей. Купол собирают из унифицированных заводских щитов. Сетчатая структура каркаса с большой повторяемостью ячеек одинаковой формы позволила применить всего 5 типоразмеров щитов для крыш резервуаров в широком диапазоне объемов - от 2000 до 50000 м 3 , что создает хорошие условия для их поточного изготовления.

Рис. 22.11. Схемы унифицированных щитов сферических покрытий для резервуаров объемом от 1 до 50 тыс. м 3

Унифицированный заводской элемент представляет собой плоский щит трапециевидной формы, состоящий из листовой обшивки толщиной 3 или 4 мм и двух ребер из тонкостенного гнутого швеллера по боковым граням трапеции (рис. 22.11). Такие элементы на монтаже соединяются в укрупненные щиты. Например, укрупненный щит крыши резервуара объемом 5000 или 10000 м 3 состоит из трех унифицированных элементов (соответственно длиной 5 или 6 м), соединенных внахлестку.

Расход металла на унифицированные покрытия снижается до 12%, стоимость - до 13%, трудоемкость изготовления (на поточной линии) - в 1,5¸2 раза по сравнению с аналогичными показателями крыш резервуаров, выполненных по типовым проектам.

При расчете крыш резервуаров низкого давления необходимо учитывать две комбинации нагрузок, кН/м 2 :

1) нагрузки, действующие на покрытие сверху вниз: вес конструкций крыши и теплоизоляции, снег, вакуум

2) нагрузки, действующие на покрытие снизу вверх: внутреннее избыточное давление в паровоздушной среде, ветровой отсос, равный 0,8 скоростного напора ветра.

При проверке на вторую комбинацию вес теплоизоляции и снеговая нагрузка не учитываются, а вес самой крыши вычитается из расчетной нагрузки, действующей снизу вверх:

Для резервуаров со щитовой конической крышей расчет несущих радиальных балок выполняется по расчетной схеме простой балки на двух опорах (стенки и центральной стойки), воспринимающей нагрузки на грузовой площади в виде треугольника или трапеции с криволинейным основанием по наружному контуру покрытия. Поперечные балки щитов рассчитывают также по схеме простых балок, опирающихся на несущие радиальные балки.

Для резервуаров без центральной стойки щитовая крыша представляет собой распорную конструкцию и расчет сводится к решению однажды статически неопределимой системы. Радиальные балки двух диаметрально противоположных щитов принимаются за одну ломаную балку, опирающуюся на стенку резервуара.

Рис. 22.12. Расчетная схема (а) и основная система (б) ломанной балки

На рис. 22.12 приведены расчетная схема и основная система такой балки. Неизвестный распор определяют по формуле

здесь - грузовой член от всех нагрузок; -сумма единичных перемещений от всех нагрузок, где ; - балочные изгибающие моменты от всех перечисленных нагрузок.

Рис. 22.13. Расчетные схемы

а - безмоментная кровля; б - двухшарнирной арки с условной затяжкой (расчетная схема и основная система); в – арки для определения сечения условной затяжки

В висячих крышах, кроме зон краевого эффекта у внешнего контура и центральной части кровли, изгибающие моменты отсутствуют и крыша работает как безмоментная оболочка отрицательной гауссовой кривизны (рис. 22.13,а). Меридиональные и кольцевые усилия определяют по формулам:

где , - переменные радиусы кривизны крыши в меридиональном и кольцевом направлениях

h - высота крыши в центре; ; ; ;

Эффективными крышами являются сферические щитовые покрытия с радиальными ребрами жесткости и кольцом жесткости, расположенным по наружному контуру сферы. При расчете на равномерно распределенную вертикальную нагрузку покрытие расчленяют на отдельные плоские арки, состоящие из двух диаметрально расположенных криволинейных щитов. Каждую такую арку рассчитывают как плоскую двухшарнирную арку с условной затяжкой. Расчетные схемы двухшарнирной арки представлены на рис. 22.13, б, в.

Площадь сечения условной затяжки определяется из условия равенства ее деформаций деформациям опорного кольца сечением в радиальном направлении по формуле ,где - число ребер в куполе.

Задача является однажды статически неопределимой с одним неизвестным ,где - распор. За основную систему принимается арка с разрезанной затяжкой, к которой приложена единичная сила (см. рис. 22.13,б). От воздействия силы в арке возникают изгибающий момент ,продольная сила и поперечная сила , а в затяжке - сила . Неизвестное определяется из решения канонического уравнения (22.31).

Суммарные значения и в сечении х определяют по формулам:

где - пролет арки; , - соответственно балочные изгибающий момент и поперечная сила; , - соответственно изгибающий момент и поперечная сила от распора .

Конструкция резервуаров с понтоном и с плавающей крышей

Плавающие крыши рационально применять при хранении легкоиспаряющихся жидкостей (сырой нефти, бензина) в резервуарах, располагаемых в южном и среднем климатических поясах; в северных районах, где возможны снежные заносы, применяют резервуары со стационарной крышей и понтоном.

Понтон резервуара со стационарной крышей состоит из понтонного кольца, обеспечивающего плавучесть всего понтона, и центральной части из плоских стальных листов. Понтонное кольцо проектируют двух типов: из замкнутых коробов или из открытых отсеков.

Рис. 2.15. Резервуар вместимостью 5000 м 3 со стационарной крышей и понтоном:

а – вертикальный разрез; б – план понтона; 1 – стенка; 2- понтонное кольцо; 3 – радиальные гнутые перегородки; 4 – опорные стойки; 5 – мембрана понтона; 6 – направляющие понтона; 7 – патрубок опорной стойки

На рис. 2.15 показан понтон с открытыми отсеками резервуара вместимостью 5000 м 3 . На круглом днище понтона установлены наружные и внутренние концентрические стенки, пространство между ними разделено на отсеки радиальными гнутыми стенками.

Между стенкой резервуара и наружной стенкой понтонного кольца предусматривают зазор шириной 200¸275 мм, для герметизации этого пространства устанавливают уплотняющий затвор жесткого или мягкого типа.

Центральная часть понтона толщиной 4 мм состоит из двух полотнищ, изготовляемых методом рулонирования. Концентрически и радиально расположенные стенки отсеков приняты из листов толщиной 6 мм, сверху они окаймлены уголком 50 х 4. Наружная стенка отсеков имеет высоту 370 мм, внутренняя - 260.

Понтонное кольцо в нижнем положении опирается на стойки, расположенные в один ряд по окружности, а центральная часть понтона опирается на стойки, расположенные по концентрическим окружностям, число которых зависит от объема резервуара. Чтобы предотвратить поворот понтона при его подъеме и опускании под воздействием жидкости, на днище размещают две направляющие трубы, которые наверху свободно устанавливают в патрубки, прикрепленные к покрытию резервуара, а внизу приваривают к днищу.

Понтон плавающей крыши (рис.2.16) состоит из закрытых герметически коробов, образующих замкнутое кольцо, обеспечивающее его плавучесть. Центральная часть плавающей крыши представляет собой тонкую стальную мембрану, приваренную к внутреннему контуру коробов. В зависимости от объема резервуара мембрана состоит из двух, четырех, шести или большего числа полотнищ заводского изготовления, сваренных между собой внахлест. Для обеспечения стока дождевой воды мембране придается уклон к ее центру. Удаление воды с крыши производят через гибкий шланг или шарнирную трубу, прикрепленную к центру мембраны снизу и снабженную поворотными шарнирами. Резервуары с плавающей крышей имеют люки, лазы, предохранительные и вакуумные клапаны, размещенные на крыше. Для обслуживания резервуара предусматривают внутреннюю катучую лестницу, нижний конец которой перемещается по специальной опорной балке (ферме), закрепленной на крыше. Верхний конец лестницы шарнирно прикреплен к стенке резервуара. Снаружи резервуара для обслуживания плавающей крыши устанавливают шахтную лестницу. Для придания открытой сверху стенке резервуара необходимой жесткости в пределах ее верхнего пояса устанавливают кольцо жесткости, которое одновременно является и ходовой площадкой.

Рис. 2.16. резервуар вместимостью 10 000 м3 с плавающей крышей

Закрытые герметические короба понтонов проектируют размерами, приемлемыми для транспортировки. Короба изготовляют в кондукторе на заводе, что обеспечивает высокую технологичность их монтажа. В каждом отдельном элементе кольца обычно располагают три ребра, одно или два из которых выполняют в виде решетчатых ферм или рамы с замкнутым контуром и одно из сплошного гнутого листа, в которое вваривают патрубок для пропуска стойки. Сплошные ребра разделяют понтонное кольцо на изолированные отсеки.

Для уменьшения кинематических перемещений мембраны плавающей кровли ее укрепляют радиальными ребрами жесткости из гнутых листов и пригружают коробами с песком. В резервуарах больших объемов пригруз мембраны осуществляют по всей ее площади. С той же целью плавающие крыши резервуаров подкрепляют ветровыми кольцами.

Опорные стойки делают плавающими трубчатого сечения. Обычно нижнее положение понтона предусматривают на отметке 1,8 м, поэтому стойки имеют различную длину, связанную с их расстоянием от центра мембраны и принятого уклона мембраны и днища резервуара.

Расчет плавающей крыши (понтона) сводится к определению высоты ее коробов и положения ватерлинии.

− применять прогрессивные конструкции (пространственные системы из стандартных элементов; конструкции, совмещающие несущие и ограждающие функции; предварительно напряженные, вантовые, тонколистовые и комбинированные конструкции из разных сталей);

− предусматривать технологичность изготовления и монтажа конструкций;

− применять конструкции, обеспечивающие наименьшую трудоемкость их изготовления, транспортирования и монтажа;

− предусматривать, как правило, поточное изготовление конструкций и их конвейерный или крупноблочный монтаж;

− предусматривать применение заводских соединений прогрессивных типов (автоматической и полуавтоматической сварки, соединений фланцевых, с фрезерованными торцами, на болтах, в том числе на высокопрочных и др.);

− предусматривать, как правило, монтажные соединения на болтах, в том числе на высокопрочных; сварные монтажные соединения допускаются при соответствующем обосновании;

− выполнять требования государственных стандартов на конструкции соответствующего вида.

В данной курсовой работе мы попробуем рассчитать резервуар вертикальный стальной с понтоном.

Все расчеты выполнены по методу предельных состояний по СНиП 2-23-81* и СНиП 2.01.07-85 Нормы позволяют выбрать класс сталей для элементов резервуаров, рекомендуют вид сварки и сварочных материалов, метод монтажа, конструктивные решения, типы фундаментов и оснований. Здесь же даются указания по защите резервуаров от коррозии, охране окружающей среды, противопожарным мероприятиям.

1. Определение оптимальных параметров резервуара по критерию минимальности металла, затраченного на сооружение

Проверим возможно ли сооружать заданный резервуар с постоянной толщиной стенки:

(4,Прил.Б)

где – максимально возможный объем резервуара с постоянной толщиной стенки;

π = 3,14 – трансцендентное число «пи»;

t_ко = 5 мм – минимальная, конструктивно необходимая толщина нижнего пояса стенки, согласно таблице 3.3 ПБ 03-605-03;

– коэффициент;

ρ = 765 кг/м 3 – плотность хранимой жидкости ,

g = 9,8067 м/с 2 – ускорение свободного падения,

– расчетное сопротивление сварного стыкового шва,

– т.к. контроль вертикального сварного шва не применяется,

R_y = расчетное сопротивление стали (листового проката) при сжатии, растяжении по пределу текучести.

, (4,Прил.Б)

- предел текучести стали, принимается в соответствии с ГОСТ 27772 – 88*, по таблице 1, для стали С345 (нижний пояс),

= 1,025 – коэффициент надежности по материалу,

Δ_дк =1,8 см = м - сумма приведенных толщин крыши и днища резервуара – выбирается в соответствии с Р.Д.- 16.01.-60.30-ктн-026-1-04, п.2.3.3.3.

– можно соорудить резервуар с постоянной толщиной стенки,

– можно соорудить резервуар только с переменной толщиной стенки.

– следовательно, возможно сооружение резервуара только с переменной толщиной стенки, из соображений устойчивости будущей конструкции.

Оптимальная высота резервуара:

не зависит от объема резервуара, а определяется качеством материала, конструкцией днища и крыши и плотности продукта.

, (4,Прил.Б),

γ_с = 0,8 – коэффициент условий работы конструкции, при расчете стенки резервуара на прочность согласно ПБ 03-605-03 пункту 3.5.3.1.

= 1,1 – коэффициент надежности по гидростатическому давлению жидкости.

При полистовой сборке, , полученная высота находится в допустимых пределах.

Находим количество поясов:

h_л΄ = h_л – 0,01 (строжка листов по ширине – 10 мм (таблица 1))

где h_л – высота листа (по условию – 2м);

h_л΄– высота листа с учетом строжки листа или подготовки листа под сварку.

h_л΄ = 2 м – 0,01 м = 1,99 м,

Уточненная высота резервуара Н:

Радиус резервуара оптимальный:

, - для 11 поясов

, - для 12 поясов.

Количество листов в каждом поясе при полистовой сборке:

где (строжка листов по длине – 5 мм)

– длина листа

= 8 м – 0,005 м = 7,995 м,

Тогда число листов либо 15,5 либо 16.

Тогда число листов либо 15 либо 15,5.

Рассчитаем возможные радиусы резервуара:

Фактический (строительный) объем резервуара:

более соответствует заданному объему резервуара, поэтому принимаем число листов равное 16, а число поясов - 11.

Проверим соответствие геометрического объема резервуара номинальному:

· ;

· листов;

· .

2. Расчет толщины стенки резервуара

2.1 Расчет высоты налива и объема жидкости в резервуаре

Н_н – высота налива жидкости, м. Высота налива (допустимый (максимальный) аварийный уровень налива жидкости) определяется для РВС с пеногенераторами встроенными в стенку РВС нижним краем пеногенератора минус 0,3м (предусматривается АСКП – автоматическая система комбинированного пожаротушения).

Применяемое оборудование: Камера низкократной пены модели "Афрос", размеры – 340мм х 340мм.Место установки Камеры мод. "Афрос" монтируются на верхнем поясе около крыши резервуара на штатных технологических люках. Камера состоит из собственно пеногенератора, который соединяется с цилиндрическим корпусом, имеющем съемное дно. Это дно служит для проведения ревизии разрывной предохранительной мембраны и ее замены. Цилиндрический корпус имеет стыковочный фланец, в котором установлена предохранительная разрывная мембрана, которая одновременно изолирует полость корпуса с пеногенератором от внутренней полости резервуара. Во внутренний объем резервуара выходит цилиндрический наконечник, заканчивающийся щелевым насадком, формирующем веерную струю пены.

Рис. 1. Камера низкократной пены модели "Афрос"

Рис.2. Схема монтажа «Афрос»

Допустимый (максимальный) аварийный уровень налива жидкости:

Далее находим объём жидкости в резервуаре:

(1,285),

где i = 1:75 (уклон днища)

Находим высоту конуса днища резервуара:

1. Z_i – расстояние от днища резервуара до нижней кромки i – го пояса:

Читайте также: