Расчет стенки корпуса резервуара

Общие положения

Стенка рассчитывается по методу ПС. Нормативные нагрузки и коэффициенты надежности принимают по СНиП 2.01.07-85*. Кроме того, принимаются следующие дополнительные по СНиП 2.09.03-85* коэффициенты надежности по нагрузкам и условий работы: для избыточного давления и вакуума g_р=1,2; для нижнего пояса стенки на прочность g_с=0,7, остальных поясов стенки - g_с=0,8; при расчете стенки на устойчивость g_с=1; при расчете узла сопряжения стенки с днищем g_с^кр=1,2; при расчете на устойчивость вертикальных стенок от действия ветровой нагрузки g_w=0,5; при расчете сферических крыш на снеговую нагрузку g_s=0,7.

Расчет на прочность

Выполняется по безмоментной теории как цилиндрическую оболочку, работающую на растяжение от гидростатического давления жидкости и избыточного давления газа (рисунок 4).

Условие прочности оболочки в кольцевом направлении записывается в виде

s₂=Р_x×r/t_w≤ R_wу×g_с (2)

где Р_х – расчетное давление на расстоянии х от днища (рисунок 4)

Р_х=ρ_ж·[(h-x-30см)]· g_ж+Р_n×g_р (3)

где g_ж=1,1.

Требуемая толщина нижнего пояса стенки

t_w1^тр =Р×r/R_wу×g_с (4)

где Р= ρ_ж·(h-30)· g_ж+Р_u×g_р

Толщину листов вышележащих поясов стенки определяют графически (рисунок 4). Полученная треугольная эпюра характеризует закон распределения материала по высоте, причем t_w^min =4 мм.

Рисунок 4 – Расчетная схема вертикального цилиндрического резервуара

Расчет на устойчивость

Выполняется при незаполненном резервуаре по формуле (16 лекция 2), т.к. верхние пояса получаются сравнительно небольшой толщины.

Меридиональные продольные сжимающие напряжения определяются по формуле

s₁=[P_кр+(Р_s+P_{р вак} – Р_w) y](r/2t_w^min)+ s_w (5)

где Р_кр – собственный вес крыши с оборудованием;

Р_w - ветровая нагрузка; y=0,9; s_w - напряжения от собственного веса вышерасположенного участка стенки толщиной t_w^min.

Р_s=g_s×S₀c; Р_{р вак}=g_{р вак}×Р_вак; g_{р вак}=1,2

Р_w=W₀×c_е2×g_w; с_е2=0,8; g_ц=0,8 (отсос)

s_ц=r_wi×h_n×g_w; h_n – ширина пояса; g_w=1,05

Кольцевые напряжения в стенке

s₂=(Р_w+Р_{р вак})×y(r/t_w^min) (6)

где y=0,9

Ветровая нагрузка условно принимается равномерно распределенной по окружности корпуса

Р_w=с_i×W₀×g_w×k (7)

с_i=0,8; g_w=0,5; k=1 при h=12 м.

Меридиональное критическое напряжение в стенке

s_сr1=с×Е× t_w^min/r или s_сr1=y×R_у (8)

Кольцевые критические напряжения в стенке

s_сr1=(0,55×t_w^ср/h)× (9)

Если в результате расчета устойчивость стенки оказалась не обеспеченной, то целесообразно установить промежуточные кольца жесткости от 1 до 3 (рисунок 5). Усилие в кольце жесткости определяется по формуле

Р₂=(g_{р вак}·Р_р+С_i ·W₀·g_w ·k)· y, (10)

тогда должно выполняться условие

N_cr≤P₂·a·r a=(h^/+h^//)/2 и 3EJ_x/r² ≥P₂·a·r, (11)

из которого вычисляют J_тр и подбирают соответствующий профиль промежуточного кольца жесткости.

Рисунок 5 – Схема усиления стенки резервуара кольцами жесткости

Расчет сопряжения стенки с днищем

Здесь возникает быстро затухающий изгибающий момент (рисунок 1д(лекция 2)).

Приняв днище абсолютно жестким на растяжение и недеформируемым, можно считать, что меридиональное напряжение в нижней части стенки определяется с учетом местного момента:

σ₁^// = g/t_w+6M/t_w1 ≤ R_wy·g_c^кр (12)

где М=0,1·Р·r·t_w1; Р=g_ж·ρ_ж·(h-30 см)+ g_р·Р_м.

Расчет сварных швов производится на действие осевых сил и местного изгибающего момента (рисунок 6.1)

Т=g·1см +М/t_w1≤β_f ·k_f ·R_wf (13)

тогда k_f =( g·1см +М/t_w1)/ β_f ·R_wf (14)

Расчет анкерного крепления корпуса

Анкерные крепления размещаются на расстоянии 2 – 2,5 м друг от друга (рисунок 6).

1 – закладная плита; 2 – стенка резервуара; 3 – днище резервуара Рисунок 6 – Узел сопряжения стенки корпуса резервуара с днищем

Подъемная сила вычисляется по формуле

N_п=g_р×Р_u×pr² (15)

удерживающая сила

N_у=g_G(G_w + G_кр + G_{0 кр}) (16)

g_G=0,9; G_w = 2p×r/×r_w ×St_w×h_п; G_{0 кр} = 0,2p×r²r_w×t_{0 кр}

Если N_у< N_п, то необходима установка анкерных устройств.

Условие прочности анкерных болтов записывается

N_п - N_у £ n_анк ×А_вn×R_ва× g_в (17)

Пользуясь (17) определяют сечение анкерного болта А_вn.