Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Общие методические указания

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования

«Ижевский государственный технический университет

Имени М.Т. Калашникова»

(ФГБОУ ВО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова»)

Институт «Современные технологии машиностроения,

автомобилестроения и металлургии»

Кафедра «Технологии и оборудование машиностроительных производств»

Методические указания

по курсовой работе

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАРНОЙ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ

ВЕРТИКАЛЬНОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО РЕЗЕРВУАРА

Рекомендовано советом института «СТМАиМ»

ФГБОУ ВО «ИжГТУимени М.Т. Калашникова»

для использования в учебном процессе в качестве

учебно-методических материалов (элемент УМКД) по дисциплине

«Проектирование сварных конструкций» для студентов, обучающихся по направлению 15.03.01 «Машиностроение» «Оборудование и технология сварочного производства»

Ижевск, 2019

УДК 621.74(07)

ГОС2/Ф01/110

Составитель: Шулятьев М.И., старший преподаватель кафедры «Технологии и оборудование машиностроительных производств»

ИжГТУ имени М.Т. Калашникова

Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине «Проектирование сварных конструкций» для студентов, обучающихся по направлению 15.03.01 – «Машиностроение» профиль «Оборудование и технология сварочного производства»

Рекомендовано советом института «СТМАиМ» ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова» для использования в учебном процессе в качестве учебно-методических материалов (элемент УМКД) по дисциплине «Проектирование сварных конструкций» для студентов, обучающихся по направлению 15.03.01 – «Машиностроение» профиль «Оборудование и технология сварочного производства»

Аннотация

В методических рекомендациях приводятся содержание курсовых проектов по дисциплине «Проектирование сварных конструкций» и рекомендации по их оформлению.

©М.И. Шулятьев, составление, 2019

©ФГБОУ ВО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова, 2019

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

1.1. Характеристика сварных металлоконструкций вертикальных цилиндрических резервуаров.

Сварные листовые конструкции типа резервуаров являются основным видом хранилища для нефти, нефтепродуктов, воды. Они занимают значительное место в общем объеме монтажного–сварочных работ, выполняемых при сооружении современных промышленных объектов. Основными особенностями этих металлоконструкций являются значительные геометрические размеры – порядка десятков метров, большая, исчисляемая километрами, протяженность сварных швов, к плотности и прочности которых предъявляются высокие требования, использование для изготовления всех основных элементов листовой стали сравнительно небольших величин.

Конструкции резервуаров весьма разнообразны. Для курсового проекта выделены следующие основные типы (рис. 1):

а) с конической кровлей и центральной стойкой;

б) с конической кровлей без центральной стойки;

в) со сферической кровлей (для резервуаров объёмом более 5000 м³);

г) с плавающей кровлей.

Перечисленные типы резервуаров относятся к резервуарам низкого давления и предназначены для хранения воды и нефтепродуктов с низкой упругостью пара («тёмные» нефтепродукты), внутреннее давление в них не превышает 2000 Па (0,02 кгс/см²), вакуум – 400 Па. Резервуары с плавающей кровлей могут также применяться и для хранения «светлых» нефтепродуктов, таких как автомобильный и авиационный бензин.

Рис. 1. Типы вертикальных цилиндрических резервуаров: а). с конической кровлей и центральной стойкой; б). с конической кровлей без центральной стойки; в). со сферической подкрепленной кровлей; г). со сферической самонесущей кровлей; д). с плавающей крышей; 1 – вертикальная стенка; 2 – кровля; 3 – днище; 4 – центральная стойка; 5 – понтон; 6 – кольцевая площадка

1.2 Содержание курсового проекта.

В графическую часть курсового проекта входят:

1 лист – чертеж на изготовление вертикальной стенки и днища резервуара, содержащий необходимое для сборки, сварки и нормирования сварочных работ количество видов, размеров, разрезов, спецификаций;

2 лист – чертеж на изготовление щита перекрытия или полотнища кровли в зависимости от конструкции кровли;

3 лист – чертеж на изготовление стойки или понтона кровли, либо центрального кольца;

4 лист – общий вид резервуара, содержащий необходимое количество видов, разрезов, размеров для общей сборки и монтажа металлоконструкций.

Расчетно-пояснительная записка объемом 30-50 страниц содержит следующие расчеты и обоснования:

1. Краткое описание металлоконструкции резервуара и условий работы.

2. Подбор марки стали (обычной или повышенной прочности) для элементов конструкции, обоснование выбора с точки зрения хорошей свариваемости и механических свойств.

3. Определение расчетных сопротивлений для основного металла и металла шва.

4. Определение наиболее рациональных размеров резервуара, выбор типа кровли и его обоснование.

5. Определение расчетных нагрузок, действующих на металлоконструкцию резервуара.

6. Проверка устойчивости стенки резервуара.

7. Расчет сопряжений стенки с днищем.

8. Расчет толщины листов вертикальной стенки, выбор схемы соединения листов.

9. Расчет покрытия резервуара.

10. Список литературы.

11. Приложения (спецификация).

2. КОМПОНОВОЧНАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА

Компоновка выполняется в соответствии с заданием, в котором указывается объем резервуара и его назначение. Кроме того руководителем проекта может быть указан тип кровли. Компоновку металлоконструкции резервуара рекомендуется выполнять в следующей последовательности.

2.1. Определение рациональных размеров резервуара.

Генеральными размерами резервуара является диаметр резервуара и высота вертикальной стенки. При заданном объеме эти величины связаны между собой соотношением:

(1)

где V – объём резервуара, м³;

D – диаметр резервуара, м;

H – высота вертикальной стенки, м.

Из условия минимального расхода стали находят оптимальную высоту стенки резервуара [1]. При V ≤ 2000 м³ целесообразно принимать постоянную толщину всех поясных листов стенки S _СТ = const и тогда

(2)

При V > 2000м³ экономичнее переменная толщин стенки, в этом случае

(3)

где Δ – приведённая толщина металла днища и кровли (см. табл.1), мм;

γ _С ₁ =0,8 – коэффициент условий работы стенки при расчёте на прочность;

R_wy – расчётное сопротивление для вертикального сварного шва стенки (R_wy ₌ R_y при сварке с физическим контролером качества швов, в этом числе монтажного замыкающего шва), МПа;

γ _f ₂ =1,1 – коэффициент надёжности по нагрузке для гидростатического давления продуктов;

ρ – плотность воды или нефтепродукта (см.табл.2) кг/мм³;

Ry - расчетное сопротивление металла стенки, которое определяется по таблицам [2] в зависимости от марки стали, ГОСТа, толщины листов, МПа.

За толщину листов при определении Ry можно приближенно принимать приведенную толщину Δ.

Марки сталей или указываются в задании, или выбираются [2] в зависимости от группы конструкций или климатического района строительства. Резервуары с V < 10 тыс. м³ относятся ко 2 – й группе конструкций, V > 10000 м³– к первой группе.

Для резервуаростроения применяются низкоуглеродистые стали марок 18пс, 18сп, ВСт3пс, Вст3сп, низколегированные стали марок 09Г2, 09Г2С, 16Г2АФ, 16Г2. Возможно изготовление нижних поясов стенки из низколегированных сталей, а верхних – из низкоуглеродистых.

Полученное значение Н_опт должно быть скорректировано с учетом следующего: высота стенки должна быть кратной высоте пояса листовой стали 1490 мм (1500 мм за вычетом 2×5 мм на строжку кромок) при сварке всех поясов встык.

Если при расчете на прочность и устойчивость верхние пояса стенки могут быть приняты минимальной толщины (S _СТ = 4 мм), то они могут быть сварены внахлестку (в этом случае строжка кромок не производится) с перекрытием поясов в 30 – 40 мм. В дальнейшем это необходимо учесть при установлении окончательных размеров резервуара.

Следует учитывать, что в РФ имеется много станков для рулонирования при высоте стенки Н ≤ 12,0 м и ограниченное количество станков при высоте стенки Н ≤ 18,0 м. Поэтому можно рекомендовать при Н_опт = 12…14 м принимать Н = 1,49×8 = 11,92 < 12 м; если Н_опт > 14 м., то принимать Н = Н_опт с учетом кратности листов, но не более 18 м.

Приняв Н, находят (рис. 1):

(4)

где r = D /2 – радиус резервуара.

(5)

где L _СТ – длина развертки стенки.

Длина развертки стенки округляется в большую сторону до размера, кратного длине листа 5990 мм (после строжки); можно также использовать ½ или ¼ стандартного листа (2990 мм или 1490 мм). При этом в монтажном стыке рулона стенки резервуаров вместимостью 10000 м³ и более необходимо предусмотреть нахлестку по 100 мм в обе стороны от оси стыка, что облегчается достижение плавности круговой формы стенки в этом месте. Затем нахлестка обрезается на монтаже для сварки в стык. Приняв длину рулона стенки L_РУЛ, окончательно находят.

, (мм) (6)

В монтажом стыке при S ≥ 6 мм делается V–образная разделка кромок, обращенная внутрь резервуара.

Монтажный стык резервуаров емкостью до 5000м³ может выполняться внахлестку двумя сплошными швами. Вес рулона стенки не должен превышать 50 – 60 т., если нужно более одного рулона стенки, они должны быть одинаковыми. При этом следует учитывать увеличение количества монтажных стыков.

Из условия рулонирования максимальная толщина стенки недолжна превышать 16 мм для низкоуглеродистых сталей и 14 мм – для низколегированных.

Наиболее распространенная схема раскладки листов вертикальной стенки при изготовлении ее на современных механизированных станах предусматривает совмещение всех вертикальных стыков листов в одну линию. Это упрощает сборку и выполнение швов автоматической сваркой. В случае применения разбежки всех или части вертикальных стыков величина ее должна быть не менее 500 мм.

После компоновки стенки определяется окончательный объем резервуара, который должен отличатся от заданного в пределах от минус 2% до плюс 5%.

Для вычисления объема и последующего статического расчета принимается внутренний радиус резервуара r ₂; высота налива условно принимается до самого верха, т.е. равной Н стенки. Окончательно принятые объем и размеры резервуара записываются в табл.3.

2.2. Проектирование днища резервуара

Днище резервуара укладывается на уплотненную песчаную подушку высотой 200 – 300 мм, покрытую гидрофобным слоем. Днищу придается уклон от центра к краям 1 - 2% для сбора воды и отстоя. Толщина днища принимается конструктивно:

при емкости ≤ 3000 м³ - 4 мм

> 3000 м³ - 5 мм

По краям днища принимаются более толстые листы (окрайки), их толщина составляет (0,6 – 0,8) толщина нижнего листа стенки, но не менее 6 мм. Окрайки днища должны выступать на кромку стенки на 50 мм. Между собой окрайки свариваются встык, а со средней частью днища – встык или внахлестку. В месте описания стенки поверхность окрайков должна быть гладкой [3].

Таблица 1

Суммарная приведенная толщина днища и кровли

V, м³	1000	2000	3000	4000	5000	8000	10000	12000
∆, см	0,8	0,9	1,0	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6
V, м³	15000	18000	20000	25000	30000	40000	50000
∆, см	1,7	1,8	1,9	2,1	2,3	2,5	2,6

Таблица 2

Нормативная плотность продукта

Продукт	Вода	Нефть	Керосин	Бензин
ρ, т/м³	1,0	0,90	0,85	0,75

Таблица 3

Основные размеры резервуара

V, тыс. м³	Н, м	D, м	r, м	H/D	L_РУЛ, м
5930	1,49×9=13,41	23,73	11,86	0,565	5,99×12,5=74,75

Средняя часть днища обычно состоит из двух совершенно одинаковых полотнищ с монтажным стыком посередине внахлестку (нахлестка 50 – 60 мм). Поперечные швы одного полотнища в месте монтажного стыка должны быть сдвинуты относительно аналогичных швов другого полотнища не мене чем на 100 – 150 мм. Для этого раскладка листов полотнища выполняется со сдвигом относительно его сои симметрии.

Расстояние по радиусу от края днища до стыков окрайков с листами средней части должны быть не менее 8000 мм. Вертикальные швы стенки и швы окрайков следует смещать не менее чем на 200 мм.

2.3 Проектирование кровли резервуара

Кровля для резервуаров низкого давления проектируется конической (с центральной стойкой или без нее) и сферической (рис. 1).

При наличии центральной стойки кровля имеет уклон 1:20. Она состоит из радиальных щитов, опирающихся в центре на оголовок центральной стойки. Максимальная ширина щита у стенки должна быть не более 3,5 м, а минимальная – не менее 3,0 м. Каркас щита состоит из продольных (радиальных) и поперечных ребер и должен образовывать жесткий транспортабельный элемент [3, с 114]. Толщина листов обшивки 2,5 – 3,0 мм. Центральная стойка, имеющая оголовок и базу, выполняется с составным сечение (из швеллеров со связями) либо со сплошным (трубчатым) сечением.

При выполнении покрытия коническим без центральной стойки (рис. 1,б) уклон кровли должен быть большим, чем в конструкции с кровли под действием вертикальной внешней нагрузки. Уклон кровли принимается равным 1/6 – 1/8. Кровля состоит из радиальных щитов с замыкающим монтажным элементом в центре. Для восприятия распора наверху стенки обычно с внутренней стороны устраивается опорное кольцо из швеллера или двутавра (рис. 8), возможны и другие решения.

Для резервуаров емкостью свыше 3500 м³ рекомендуется применять кровлю сферического очертания с углом подъема у стенки φ = 15º, что соответствует стреле подъема оболочки f = (1/10 – 1/12)D и радиусу сферы R_СФ = (2,4 – 2,8) r. Конструкция кровли принципиально не отличается от конической.

Сферическая самонесущая кровля (рис. 1,г) применяется для резервуаров повышенного давления (свыше 4000 Па).

Резервуары с плавающей кровлей (рис. 1, д) имеют подвижную крышу, плавающую на поверхности жидкого продукта. В них отсутствует покрытие и центральная стойка. Жесткость верхней части стенки обеспечивается кольцевой площадкой. Между плавающей крышей и стенкой резервуаров (зазор равен 200 – 300 мм) устанавливается затвор, который предотвращает потери от испарения продукта. Плавучесть кровли обеспечивается кольцевым понтоном, выполненным из герметичных коробов сегментной формы. Центральная часть крыши, выполненная из полотнища толщиной 4 мм, приваривается к кольцевому понтону. Крыша оборудуется опорными стойками, которые служат для удержания ее над днищем в нижнем положении на высоте 1,8 м для возможности работы людей при ремонте или очистке резервуара. Применяются также плавающие крыши с радиальными ребрами, выполненными из прокатного профиля или коробчатых балок.

Следует учитывать, что применение плавающих крыш в северных районах РФ практически невозможно из – за большого количества снега и обледенения затвора. В этих районах целесообразно применять резервуары с щитовой кровлей, внутри которых на поверхности продукта плавает понтон, конструкция которого подобна конструкции плавающей крыши.

3. РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ РЕЗЕРВУАРА

После выполнения общей компоновки резервуара производится расчет его конструкции на прочность и устойчивость Расчет конструкций резервуаров производится по предельному состоянию в соответствии со СНиП II– 23 – 81 [2].

3.1. Нагрузки и расчетные коэффициенты

Нормативные нагрузки, действующие на металлоконструкцию резервуара, а также коэффициенты надежности по нагрузке (коэффициенты перегрузки) принимаются в соответствии со СНиП II – 6 – 74 [4] (табл.1).

При учете одновременного действия более чем одной кратковременной нагрузки вводится коэффициент сочетания n_c = 0,9. Коэффициенты условий работы даны в табл.5.

Таблица 4

Данные по коэффициентам надежности

№ п/п	Наименование нагрузки	Обозначения	Коэффициенты надежности
1	Собственный вес конструкции	g	γ f1 = 1,1 γ f1 = 0,9
2	Давление жидкости	γ	γ f2 = 1,1
3	Избыточное давление и вакуум	P_изб, Р_ван	γ f3 = 1,2 γ f3 = 0,9
4	Давление ветра	g_в	γ f4 = 1,2 γ f4 = 0,9
5	Вес снега	P_CH	γ f5 = 1,4 – 1,6

Таблица 5

Данные по коэффициентам условий работы

№ п/п	Рассчитываемый элемент или конструкция	Коэффициент условий работы
1	Стенка резервуара: на прочность на устойчивость	γ с1 = 0,8 γ с2 = 1,0
2	Сферические самонесущие кровли: на прочность на устойчивость	γ с3 = 0,9 γ с4 = 1,0
3	Верхнее кольцо жесткости при распорной кровле: на прочность на устойчивость	γ с5 = 0,9 γ с6 = 0,9
4	Промежуточные кольца жесткости: на устойчивость	γ f7 = 0,9
5	Сопряжение стенки с днищем (зона краевого эффекта)	γ с8 = 1,6

3.2.Расчет стенки резервуара на прочность

Нормальные напряжения в стенке определяются по безмоментной теории. При двухосном напряжённом состоянии в оболочке возникает меридиональное напряжение σ₁ и кольцевое напряжение σ₂ (рис. 2). Они связаны между собой уравнением Лапласа [5].

(7)

В цилиндрической оболочке r ₁ = ∞ и тогда

(8)

где r ₂ = r –радиус резервуара;

S _ст – толщина стенки резервуара.

При расчёте по первому предельному состоянию:

(9)

Так так σ₁ гораздо меньше σ₂, им можно пренебречь, тогда

(10)

или

(11)

где γ = ρ g - удельный вес хранимой жидкости, н/мм³;

Р _изб – избыточное давление паров, МПа;

y _i – расстояние от верха стенки до нижней кромки i -го пояса за вычетом 300 мм;

R _wy - расчетное сопротивление растяжению сварного стыкового шва, МПа.

Из формулы (11) определяют толщину поясов при Р _изб ≠ 0, т.e.:

(12)

Рис. 2. Нагрузки и напряжения при расчете стенки на прочность

Определив требуемые толщины поясов, их округляют до ближайщих больших значений листовой стали по сортаменту. Расчет рекомендуется вести от самого нижнего поясов к верхнему, заполняя табл. 6. Следует учитывать, что S _СТmin = 4 мм, S _СТmax = 16 мм для низкоуглеродистой стали и 14 мм – для низколегированной. Окончательно принятые толщины поясов записываются в графу 8 после расчета стенки на устойчивость.

Таблица 6

Толщины поясов стенки

i	y_i, м	γ ∙ γf₂ ∙ y_i, КПа	P_изб ∙ γf₃, КПа	γ ∙ γf₂ ∙ y_i + P_изб ∙ γf₃, КПа	S_ст треб., мм	S_ст округл., мм	S_ст окончат., мм	Марка стали
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	1,19 1,19	11,5 11,5	2,4 2,4	13,9 13,9	1,3 0,8	4 4	7 7	ВСт3пс 09Г2С
2								ВСт3пс 09Г2С
…
9								ВСт3пс 09Г2С

3.3. Расчет стенки резервуара на устойчивость

Нагрузки, действующие на покрытие и стенку резервуара, могут вызывать в ней кольцевые и меридиональные напряжения сжатия, способные вызвать потерю устойчивости стенки. Проверку устойчивости стенки производят по формуле:

(13)

где и - соответственно критические меридиональные и кольцевые напряжения;

- коэффициент условий работы для стенки (см. табл. 5);

σ₁ и σ₂ - соответственно расчетные меридиональное и кольцевое напряжения в стенке.

Рис. 3. К расчету устойчивости стенки. Нагрузки к опреледению

Меридиональные критические напряжения определяются по формуле

(14)

где S _min - минимальная толщина верхних поясов стенки, мм;

С - коэффициент, зависящий от соотношения r/Smin (берется по табл. 7);

r – радиус резервуара, мм;

Е - модуль упругости материала стенки, МПа.

Таблица 7

Данные по коэффициенту С

r/Smin	300	400	600	800	1000	1500	2500	3000 и более
С	0,16	0,14	0,11	0,09	0,08	0,07	0,06	0,055

Кольцевые критические напряжения

(15)

где h – высота стенки. При стенке постоянной толщины h = H. При стенке с переменной толщиной за высоту стенки принимается h = H - 0,33∙ h _пер (h _пер – высота участка стенки с переменной толщиной поясов). Если стенка укреплена кольцевыми между ними, мм.

S _cр – средняя толщина стенки на расчетном участке, мм;

Определим σ₂.

Технологический вакуум Р _вак вызывает в стенке одновременно кольцевое и меридиональное сжатие. Кроме технологического вакуума, нагрузкой, вызывающей в стенке сжимающие кольцевые напряжения, является воздействие ветра (рис. З), которое образует на стенке (вследствие обтекания) неравномерную эпюру сил. При этом на небольшом протяжении периметра действует сжатие, а на большей части его - растяжение, вызванное отсосом.

Рис. 4. К расчету устойчивости стенки. Нагрузки к опреледению

Расчет на воздействие ветра при сложной эпюре затруднителен, поэтому для стенки принимается значение ветровой нагрузки в виде равномерного сжатия, равное qв и умноженное на аэродинамический коэффициент С ₂ = 0,5, характеризующий "условный вакуум". Величина q_в берется по табл. 8.

Суммарное кольцевое усилие сжатия:

(16),

где n _c = 0,9 – коэффициент сочетания.

Кольцевые напряжения растяжения:

(17)

Определяем σ₁.

Нагрузками, которые необходимо учитывать при определении меридиональных сжимающих напряжений σ₁ являются: собственный вес крыши q _кр, который предварительно можно взять по табл. 9, а затем уточнить после расчета кровли; нагрузка от снега Р _сн (табл.10), вакуум технологический Р _вак и воздействие ветра на крышу q _в (рис.4). Аэродинамический коэффициент С ₁ для определения интенсивности ветровой нагрузки может приниматься в зависимости от ношения Н / D по формуле:

(18)

Суммарная нагрузка на единицу горизонтальной поверхности кровли:

(19)

Таблица 8

Ветровая нагрузка

Районы России	1	2	3	4	5	6	7
Ветровая нагрузка кН/м2	0,27	0,35	0,45	0,55	0,70	0,85	1,0

· Примечание. Районы РФ принимаются по карте 3 [4]. Средняя полоса европейской части России, в т.ч. Удмуртии, относится к 1 району.

Таблица 9

Все крыши

V, м3	3000	5000	8000	1200	1600
qкр, кН/м2	0,30	0,35	0,40	0,50	0,60

Таблица 10

Снеговая нагрузка

Районы России	1	2	3	4	5	6
Нагрузка от снега, кН/м2	0,5	0,7	1,0	1,5	2,0	2,5

· Примечание. Районы РФ принимаются по карте 1 [4]. Средняя полоса европейской части России относится к 3 району. Удм. Респ. – к 4 району.

Вся нагрузка на кровлю должна уравновешиваться усилиями, действующими в кольцевом сечении стенки рассматриваемого пояса, откуда получим:

(20)

Устойчивость стенки следует рассматривать для нижнего пояса участка стенки с постоянной минимальной толщиной. В этом случае к Р₁ нужно добавить собственный вес стенки вышерасположенных поясов. Тогда:

(21)

где ;

- плотность стали (7850 кг/м³);

g - ускорение свободного падения (9,8 м/с²);

b - ширина пояса, м;

n - количество поясов с S _ст = S _min.

Если условие устойчивости (13) не выполняется, но превышение над γ_С2=1 невелико, целесообразно несколько увеличить S _ст в верхней зоне, что уменьшит σ₁ и σ₂ и увеличит σ_сr₁ и σ_сr₂. Если превышение значительно (в 1,5 – 2,5), эффективнее постановка кольцевых ребер жесткости, что приводит к резкому увеличению σ_сr₂. В ряде случаев возможно комбинированное решение. Экономический расчет ведется в соответствии с [8].

3.4. Расчёт сопряжения стенки с днищем

В вертикальной стенке и в окрайке днища от стеснения деформации стенки расширяющейся от воздействия продукта, в месте примыкания возникает краевой эффект (рис.5). Стесненная деформация стенки вызывает местный изгибающий момент, действующий в меридиональном направлении, и дополнительные нормальные напряжения σ_м. При этом возникает упругий поворот узла в целом. Учет податливости всех примыкающих элементов упругого поворота узла приводит к получению существенно меньших изгибающих моментов, чем при абсолютно жестком узле. В связи с этим нежелательно увеличение жесткости узла; окрайки следует принимать сравнительно тонкими, наружный выступ днища должен быть не более 50 мм.

Рис. 5. К расчету краевого эффекта

Погонный максимальный изгибающий момент M _y в стенке равен:

(22),

где

Краевой момент становится равным нулю на расстоянии y от нижней кромки стенки:

(23)

Тогда напряжения от изгиба стенки:

(24)

К этим напряжениям следует прибавить напряжения σ₁ от вертикальной нагрузки. При Р _изб = 0 эти напряжения определяют от нагрузок, вызывающих сжатие стенки:

(25)

где

Проверка прочности стенки:

(26)

где R _y – расчётное сопротивление материала стенки.

Стенка крепится к днищу двумя угловыми швами (рис.5.). Максимальный размер катета К = 1,2 S _дн.

Проверка прочности сварного соединения:

(27)

где - момент сопротивления шва, мм³;

R _wy – расчетное сопротивление металла шва, МПа;

γ_wf – коэффициент условий работы шва; для конструкций, предназначенных к эксплуатации при температурах -40ºС, γ_wf = 0,85; в остальных случаях γ_wf = 1.

4. РАСЧЕТ ПОКРЫТИЯ РЕЗЕРВУАРА

4.1. Расчет конической щитовой кровли с центральной стойкой.

Расчет несущих радиальных балок щитов выполняется по схеме простой балки на двух опорах, воспринимающей нагрузку от грузовой площадки в виде треугольника с максимальной ординатой (у стенки), равной произведению интенсивности нагрузки на расстояние между балками по периметру стенки (рис. 6).

При отсутствии избыточного внутреннего давления расчет прочности балок производится на нагрузку, действующую извне, т.е. сверху вниз

(28)

Когда имеется внутреннее давление и вакуум, нагрузка извне будет

(29)

Поперечные балки щитов также рассчитывают по схеме простых балок, опирающихся на несущие радиальные балки с соответствующей грузовой площадью.

Рис. 6. К расчету щитовой кровли с центральной стойкой

Для радиальных балок используют прокатные швеллеры, реже - двутавры, а для поперечных – швеллеры. Настил принимается толщиной 2,5 – 3 мм и проверяется на прочность в наиболее крупных отсеках щита по формуле

(30)

где P ₁ – нагрузка, определяемая по формуле (28) или (29), Н/м²;

а – меньшая сторона отсека, м;

S – тощина настила, м;

α – коэффициент; α = 0,192 при а = b; α = 0,407 при а = 0,5b [3]$

b – большая сторона отсека.

Центральная стойка рассчитывается как центрально сжатый стержень на нагрузку равную 1/3 от нагрузки, действующей на всю кровлю. Длина стойки принимается равной полной ее высоте, а закрепление концов считается шарнирным.

Расчету подлежат также оголовок и база стойки [1,3,6].

4.2. Расчет конической щитовой кровли без центральной стойки.

Коническое покрытие с радиальными щитами может рассчитываться на осесимметричную равномерно–распределенную нагрузку следующим упрощенным способом.

Рис. 7. К расчету конической щитовой кровли,

где: ; ; .

Покрытие расчленяется на отдельные плоские рамы, включающие две диаметрально противоположные радикальные балки (рис. 7). Эти балки воспринимают все вертикальные нагрузки. Схема нагружения в виде двух треугольников с максимальными ординатами по концам балок, определяемыми аналогично схеме (рис.6). Продольное усилие N создает вертикальную реакцию V и распор Н.

Распор воспринимается общим для всех рам верхним кольцом жесткости стенки резервуара. При частом расположении радиальных балок действие их распоров можно привести к равномерно распределенной нагрузке:

(31)

где n – количество радиальных рёбер;

Н – распор одной рамы.

Расчет опорного кольца ведется от нагрузок, определяемых по формуле (29). Усилие растяжения в кольце равно

(32)

Прочность его проверяется как у центрально – растянутого стержня

(33)

где F _к – площадь сечения опорного кольца (рис.8).

Рис. 8. К расчету опорного кольца

4.3. Расчет сферической щитовой кровли

Сферическое покрытие с радиальными ребрами рассчитывается аналогично коническому щитовому покрытию, рассмотренному в предыдущем разделе. Рассмотрим лишь некоторые отличительные черты.