Тюменский индустриальный

ТАРАСЕНКО А.А., ЧЕПУР П.В., ГРУЧЕНКОВА А.А.
 
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЧИСЛЕННОГО 
МЕТОДА РАСЧЕТА ДЛЯ ОБОСНОВАНИЯ 
РАБОТОСПОСОБНОСТИ КРЫШИ РЕЗЕРВУАРА 
Тарасенко А.А.
1
, д-р. техн. наук, профессор, профессор кафедры 
«Транспорт углеводородных ресурсов», [e-mail]. 
Чепур П.В.
1
, 
канд. техн. наук, доцент кафедры «Прикладная механика», 
[e-mail]. 
Грученкова А.А.
2
, ассистент кафедры «Нефтегазовое дело»,
[e-mail]. 
1
г. Тюмень, Тюменский индустриальный университет 
2 
г. Сургут, Сургутский институт нефти и газа, филиал ТИУ в г. Сургуте 
Аннотация.
В статье предлагается обосновать правомерность использования численного 
метода расчета для обоснования работоспособности крыши резервуара. Для этого был 
проведен аналитический расчет прочности и устойчивости крыши резервуара, а затем 
численный в ПК ANSYS. Анализ результатов данных расчетов показал, что разница 
между ними составила не более 8 %. Это подтверждает адекватность модели и 
достоверность результатов численного расчета. 
Ключевые слова:
вертикальный стальной резервуар, напряженно-деформированное 
состояние, крыша, прочность, устойчивость, численные методы.
Одним из наиболее нагруженных элементов вертикального 
стального резервуара (РВС) является его крыша. Крыша резервуара 
подвержена действию больших эксплуатационных нагрузок и находится в 
сложном напряженно-деформированном состоянии (НДС) в период 
эксплуатации. Как правило, для расчета крыши РВС на прочность и 
устойчивость применяют аналитические методы. Однако имеющиеся 
аналитические зависимости не дают возможности получить реальные 
значения параметров НДС, так как при их выводе было принято большое 
количество допущений [1]. 
Сегодня существуют численные методы расчета, которые позволяют 
получить достоверные значения НДС резервуаров с учетом нелинейных 
свойств геометрии и металла. В данной статье авторами предлагается 
обосновать правомерность использования численного метода расчета для 
обоснования работоспособности крыши резервуара. Для этого необходимо 
провести анализ предельных прочностных характеристик конструкций 
сферической крыши резервуара РВС-20000, полученных по результатам 
аналитического расчета и численного, выполненного в ПК ANSYS. 
Геометрические параметры резервуара РВС-20000: диаметр – 45,6 м, 
высота кровли – 3,95 м, радиус сферы крыши – 67,0 м, количество 
173 

---

кольцевых поясов – 13, число главных балок – 48, площадь настила – 
1658,6 м
2
. Система ребристого купола крыши РВС представляет собой 
конструкцию из радиально расположенных плоских криволинейных ребер. 
Ребристый купол формируется из щитов в форме трапеции. Радиальные 
ребра, в свою очередь, соединяются рядом поперечных балок между собой, 
с целью восприятия нагрузок от листового настила. 
Аналитический метод расчета [2]: при расчете покрытия 
учитывались две комбинации вертикальных нагрузок: 1 – собственный вес 
крыши, вакуумная и снеговая нагрузка; 2 - избыточное давление внутри 
РВС, вес конструкции крыши и ветровой отсос [3]. Так первая комбинация 
нагрузок составила 2,01 кН/м
2
, вторая - 1,83 кН/м
2
. 
Также был учтены 
нагрузки, вызывающие сжатие и растяжение опорного кольца купола. 
В конструкции рассматриваемого резервуара отсутствует 
центральная опорная стойка. Так, крышу резервуара предлагается 
рассматривать как распор. Такая распорная конструкция приводит к 
возникновению усилий сжатия в балках радиального направления. Крышу 
резервуара можно разделить на отдельные сплошные арки, которые 
включают диаметрально расположенные ребра. В случае осесимметричной 
схемы нагружения каждая главная балка будет воспринимать часть 
нагрузки, приходящуюся на одну зону горизонтальной проекции крыши. 
Количество таких зон определяется как число главных балок. Расчет 
радиальных рёбер предлагается производить по схеме двухшарнирной 
арки. Имеющееся опорное кольцо предлагается рассматривать как общую 
затяжку для каждой арки.
Проверка обеспечения прочности отдельных плоских арок 
выполняется как для внецентренно-сжатых конструкций для самого 
невыгодного случая комбинаций нагрузок, проверку же устойчивости арок 
производят как для центрально сжатого стержня: