|
n
c
y
x
R
W
M
A
N
γ
γ
⋅
≤
+
(1)
2
2
2
4
,
1
s
I
E
N
x
⋅
⋅
⋅
≤
µ
π
(2)
где
N
-
продольное усилие в радиальном ребре, кН;
A
-
площадь
поперечного сечения ребра, м
2
;
M
-
момент в радиальном ребре, кН·м;
W
x
-
момент сопротивления сечения, м
3
;
R
y
-
расчетное сопротивление
материала ребра, МПа;
γ
c
-
коэффициент условий работы;
γ
n
-
коэффициент
надежности по назначению;
E
-
модуль упругости материала ребра, МПа;
I
x
-
момент инерции сечения, м
4
;
µ
-
коэффициент расчетной длины,
учитывающий кривизну арки и зависящий от отношения стрелки арки к
пролету;
s
-
длина полуарки сферической кровли, м.
Подставив результаты расчетов в (1) и (2) получаем 216,356 МПа ≤
313,636 МПа и 79,226 кН ≤ 242,07 кН, следовательно, прочность и
174
устойчивость радиальных балок стационарной кровли резервуара
обеспечена.
Проверка прочности опорного кольца выполнялась по формуле:
n
c
y
к
y
к
к
к
R
W
M
A
N
γ
γ
⋅
≤
+
min,
,
(3)
где
N
к
-
продольное усилие в опорном кольце, кН;
A
к
-
площадь сечения
опорного кольца, м
2
;
M
к
-
максимальный момент в кольце, кН·м;
W
y, min
, к
-
момент сопротивления кольца относительно вертикальной оси,
проходящей через центр тяжести сечения, определяемый по отношению к
наиболее растянутой наружной грани кольца, если
N
к
является усилием
растяжения, и по отношению к наиболее сжатой грани, если
N
к
-
усилие
сжатия, м
3
.
Проверка устойчивости опорного кольца в радиальном направлении
выполняется по:
n
c
y
к
e
к
R
A
N
γ
γ
ϕ
⋅
≤
⋅
(4)
где
φ
е
-
коэффициент устойчивости при внецентренном сжатии.
Расчетная схема опорного кольца представляет собой бесконечную
балку, которая нагружена сосредоточенными силами. Расчет усилий
позволил подставить численные значения в (3) и (4), так 110,117 МПа ≤
313,636 МПа и 10,384 МПа ≤ 313,636 МПа соответственно. Так как
условия выполняются, значит прочность и устойчивость опорного кольца
обеспечена.
Численный метод расчета: в ПК ANSYS, реализующем метод
конечных элементов, модель поведения материала определялась линейным
законом (5):
ε
σ
⋅
=
E
(5)
где σ - напряжения, возникающие в металле, МПа.
Согласно [4] максимальные действующие эквивалентные
напряжения в металлоконструкциях сферической кровли не должны
превышать предела текучести стали, учитывая коэффициенты запаса:
m
n
yn
c
cr
eqv
γ
γ
R
γ
σ
⋅
⋅
=
≤
σ
(6)
где
γ
m
= 1,025 –
коэффициент запаса по материалу.
Конечно-элементная модель крыши резервуара представляет собой
совокупность металлических конструкций, состоящую из радиально
расположенных балок, листового настила, опорного кольца и узла
соединения стенки резервуара с кольцом жесткости [5, 6]. Численная
модель РВС учитывает 12-метровую стенку резервуара для максимального
приближения модели к реальным условиям работы. Опорное кольцо,
стенка и радиальные балки жестко соединены между собой. Нижняя
кромка первого пояса стенки жестко защемлена по контуру днища.
175
На сооружение действуют следующие нагрузки: ветровая нагрузка,
снеговая нагрузка, внутреннее избыточное давление, вакуум, собственный
вес балок, оборудования кровли и листового настила. Разработанная
численная модель отражает действительное состояние крыши при сборке
секторов. Результаты расчета элементов балочного каркаса кровли для
самого невыгодного случая показали, что максимальные действующие
напряжения не превышают предельных значений согласно условию (6).
Выполнение данного условия говорит о том, что прочность и устойчивость
металлоконструкций сферической кровли резервуара полностью
обеспечена.
Корреляционный анализ результатов, полученных в ходе численного
расчета стационарной кровли вертикального стального резервуара в ПК
ANSYS и аналитического расчета методом строительной механики,
показал, что разница между ними составила не более 8 %. Этот факт
свидетельствует об адекватности численной модели крыши РВС и
достоверности результатов конечно-элементного расчета.
Таким образом, применение численного метода расчета для
обоснования работоспособности крыши вертикального стального
резервуара является правомерным действием со стороны любой проектной
организации и обеспечивает получение реальных значений параметров
напряжено-деформированного состояния конструкции крыши при
эксплуатации резервуара с учетом геометрической и физической
нелинейности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Чепур, П. В. Создание и верификация численной модели
резервуара РВСПК-50000 / П. В. Чепур, А. А. Тарасенко //
Фундаментальные исследования. - 2015. - № 7-1. - С. 95-100.
2.
Нехаев, Г. А. Проектирование и расчет стальных цилиндрических
резервуаров и газгольдеров низкого давления / Г. А. Нехаев. – Москва :
Издательство АСВ, 2005. – 216 с.
3.
Нагрузки и воздействия : СП 20.13330.2010 : утв. М-вом
регионального развития РФ 27.12.10 : ввод. в действие с 20.05.11. – Москва
: БСТ, 1990. - 14 с.
4.
Магистральный
трубопроводный
транспорт
нефти
и
нефтепродуктов. Резервуары стальные вертикальные для хранения нефти и
нефтепродуктов объемом 1000-50000 куб. м. Нормы проектирования : РД-
23.020.00-
КТН-018-14 : утв. ОАО АК «Транснефть». – Москва : ОАО АК
«Транснефть», 2014. – 118 с.
5.
Коробков, Г. Е. Численное моделирование напряженно-
деформированного состояния и устойчивости трубопроводов и
176
резервуаров в осложненных условиях эксплуатации / Г. Е. Коробков, Р. М.
Зарипов, И. А. Шаммазов. – Санкт-Петербург : Недра, 2009. – 410 с.
6.
Инженерный анализ в ANSYS Workbench: учебное пособие / В. А.
Бруяка [и др.]. – Самара : СамГТУ, 2010. – 271 с.
УДК. 69.07:69.01
Do'stlaringiz bilan baham: |
