2.1 Толщины поясов однослойной стенки резервуара

Из условия:

, >

t_i ,

с₁ - припуск на коррозию; с₁ = 0.

с₂ - минусовый допуск (см. п. 1.4.).

R_wy - расчетное сопротивление стыкового сварного соединения сжатию, растяжению и изгибу по пределу текучести;

Так как сварка выполняется автоматическим методом, то R_wy= R_y = 24 кН/см² для стали марки С255.

Р -равномерно распределенная нагрузка на полоску резервуара шириной 1см.

Р = с*х_i*10*г_f1 +P_ef*г_f2,

х_i - расстояние от верха стенки до рассчитываемого сечения, м;

г_f1 - коэф. надежности по нагрузке для гидростатического давления; г_f1 = 1;

г_f2 - коэф. надежности по нагрузке для избыточного давления; г_f2 = 1,2;

Расчеты сведены в таьл.2.1.

2.2 Толщины поясов двухслойной стенки резервуара

; Е = 2,1*10⁴ кН/см².

е = - относительное удлинение.

Усилие, возникающее в стенке при заданной ее толщине:

Часть нагрузки, воспринимаемая основной стенкой на перемещении ?:

Р_осн =

Оставшаяся часть нагрузки, воспринимаемая при совместной работе основной и дополнительной стенки:

Р = с*х_i*10*г_f1 +P_ef*г_f2 - Р_осн.

Напряжение в основной и дополнительной стенке от полученной нагрузки:

Проверка прочности:

- основной стенки:

у₁ + у₂ < R_wy*г_c.

- дополнительной стенки:

у₂ < R_wy*г_c.

Для расчета принята толщина нижних пяти поясов основной стенки, на которые устанавливается дополнительная стенка, t_онс = 1,4см.

Дополнительная стенка изготавливается из стали С255, для которой R_wy=24 кН/см².

Проверку прочности достаточно выполнить только для нижнего пояса.

Расчет толщины дополнительной стенки

=12.35 кН/см².

2.4.1 Устойчивость от меридиональных напряжений

2.4.2 Устойчивость от действия кольцевых напряжений .

0,22*х₁ = 1,44; > х₁ = 6,42 .

х₂ = 0,51 .

Проверка: 0,33*6,42-4,6*0,51+0,2 = 0

0=0

Получили для дальнейших расчетов: = х₁ = 6,42и = х₂ = 0,51

Проверка момента:

- при упругом защемлении:

М_ст = 0,1*q₀*D*t_ст = 0,1*0,0164*1700*1,6 = 8,9 кН*см

- при жестком защемлении:

М^/_ст = 0,3*q₀*D*t_ст = 0,3*0,0164*1700*1,6 = 26,8 кН*см.

Так как 7=6,42<26,8, значит момент, передающийся на стенку, найден верно!

Момент, передающийся на днище:

=5,9

Для стенки:

0,43 см³.

- условие выполняется.

Для днища:

0,42 см³.

- условие выполняется!

2.8 Результаты расчета стенки резервуара

В результате проведенных расчетов получена стенка, состоящая из девяти поясов, укрепленная кольцом жесткости.

Пояса стенки состоят из листовой стали шириной B=1500 мм и длиной L_Л=8000 мм. Монтажный стык выполняется внахлестку на 150 мм.

Стенка резервуара делится на рулоны по допустимой массе одного рулона (60т).

Расчет массы и стоимости всей стенки:

Масса стенки на 6 м длины одного листа:

=10.2т.

Количество листов в рулоне по длине:

60/10,2 = 5,8, т.е. 5 шт

Принимаем рулон шириной 5*6=30 м, массой 10,2*5 = 50,8 т.

Количество рулонов в стенке:

106,7/30 = 3,55,

т.е. 3 полных рулонов шириной 30 м и массой 50,8 т каждый

и один рулон шириной 16,7 м массой 28,32 т.

3. Расчет крыши резервуара

Основными конструктивными элементами ребристого купола являются: ребра-арки, наружное и внутреннее опорные кольца. Ребра-арки опираются на наружное и внутреннее кольца. Конструктивные решения узла опирания ребер-арок на наружное кольцо всегда соответствует шарнирному соединению. В результате считается, что наружное кольцо ограничивает только горизонтальные перемещения ребер-арок, а значит и всего наружного контура купола, а стенка резервуара служит неподвижной опорой в вертикальном направлении. В узле возникают горизонтальная (распор) и вертикальная реакции. Опирание ребер-арок на внутреннее кольцо решаться в вариант: ребра-арки привариваются к внутреннему кольцу и тогда это соединение принято считать жестким. Считая распределение внешних нагрузок равномерным, расчет ребристого купола сводится к расчету отдельных арок (ребра купола) с наружной затяжкой (наружное кольцо арки). При этом арка рассматривается как двухшарнирная.

3.1 Геометрическая схема купола

Расчетная распределенная:

а = 7,626 м - грузовая площадь;

17.8 кН/м

3.4 Расчет двухшарнирной арки

Двухшарнирная арка является однажды статически неопределимой системой. За неизвестное принимается распор арки Н . Арку рассчитываем методом сил.

Нагрузка на арку располагается по длине в виде треугольников.

Распор Н определяется из канонического уравнения, которое в методе сил записывается в следующем виде:

Используя формулу Мора, перемещения и определяются следующим образом:

; .

М₁ - момент от усилия в затяжке 1кН;

М_р - момент от действующей нагрузки;

Е= Е_з = 2,1*10⁴ кН/см² - модуль упругости;

I - момент инерции сечения арки;

А_з - площадь сечения затяжки;

L=D = 34 м - длина арки.

Для решения уравнений необходимо построить эпюры от М₁ и М_р , и найти и перемножив соответствующие эпюры по правилу треугольника.

Для определения М_р схему арки заменяем на балку и находим реакции на опорах:

151.3 кН

Для расчетов принимаем сечение арки 45Б1 с характеристиками:

А=76,1 см²;I_x = 24690 см⁴;

Площадь сечения затяжки

А_з = ,

где n = 14 - количество полуарок, А_к - площадь опорного кольца.

А_к = А + А₁ + h_w*t_w + b_f*t_f .

Принимаем 20, для которого:А=23,4 см².

21 см

А₁ - площадь стенки, работающая вместе с опорным кольцом.

А₁ = (а + 18)*1 = 39 см².

=200 мм;

1 см = 10 мм.

А_к = 23,4+39+105*1+20*1,2 = 191.4 см²;

А_з = 49 см².

Результаты расчета сведены в табл.3.4.1:

Распор, найденный методом сил: Н = 270.1 кН.

Так как , то параболическая арка практически совпадает с круговой, т.е. рассчитывается как круговая.

Распор в таком случае определяется по формуле:

,

где ; - коэф., учитывающий силу обжатия.

- площадь поперечного сечения арки;

n 0.95 при отношениях в пределах 1/10.

Для ранее принятого сечения арки 45Б1: =76,1 см²I_x = 24690 см⁴;

= 0,0055;

= 0.987

= 432,2 кН.

Распор, найденный по справочнику: Н = 270.4 кН.

К дальнейшим расчетам принимаем Н = 270.1 кН.

3.5 Определение усилий в арке

Для дальнейших расчетов необходимо построить эпюры: изгибающих моментов от действия распора Н=432,2 кН, от - балочной поперечной силы, и суммарные эпюры М,Q и N.

Значения нормальной и поперечной сил в произвольном сечении х определяются по формулам:

,

Угол - это угол между нормалью к сечению «х» и горизонталью:

Углы определены выше, в п.3.1. Геометрическая схема купола.

Результаты расчетов сведены в табл.3.5.1.:

3.6 Проверка несущей способности арки

3.6.1 Проверка на устойчивость

3.7.1 Геометрические характеристики опорного кольца

Для определения момента инерции и момента сопротивления сечения необходимо знать расстояние х от оси 0-0 до оси У-У, проходящей через центр тяжести сечения.

х =

S_0-0 - статический момент, равный: S_0-0 = ?А_i*a_i ,

где А - площадь простого сечения;

а- расстояние от центра тяжести соответствующего простого сечения до оси 0-0.

А₁ = 39*1= 39 см²;

а₁ = 105+3+1*0,5 = 108,5 см.

А₂ = 23,4 см²;

а₂ = а₁ - z₀ - 1,1*0,5 = 108,5-2,07-0,55 = 105,9 см.

z₀ =2,07см-расстояние от наружной грани стенки швеллера до его центра тяжести.

А₃ = 105*1 = 105 см²;

а₃ = 105*0,5 +1,2 = 57,3 см.

А₄ = 20*1,2 = 24 см²;

а₄ = 1,2*0,5 = 0,6 см.

?А = А_к = 39+23,4+105+24 = 191,4 см²;

? S_0-0 = 39*108,5+23,4*105,9+105*53,7+24*0,6 = 12362,46 см³.

х = 64,59 см.

Момент инерции сечения:

J_y = ?(J_yi+A_i*b_i²)= ?C_i;

= 3,25 см⁴;

= 113 см⁴;

= 96468,8 см⁴;

= 2,88 см⁴;

b - расстояние от центра тяжести отдельного сечения до оси У-У.

b₁ = a₁ - x = 108,5-64,6 = 43,9 см;

b₂ = a₂ - x = 105,9-64,6 = 41,3 см;

b₃ = /a₃ - x/= /53,7-64,6/ = 10,9 см;

b₄ = /a₄ - x/= /0,6-64,6/ = 64 см;

С₁ = 3,25+39*43,9² = 75164,4 см⁴;

С₂ = 113+23,4*41,3² = 40026,1 см⁴;

С₃ = 96468,8+105*10,9² = 108943,9 см⁴;

С₄ = 2,88+24*64² = 98306,9 см⁴;

J_y = 75164,4+40026,1+108943,9+98306,9= 322441,3 см⁴.

Моменты сопротивления:

- по наружному волокну:

см³;

- по внутреннему волокну:

см³;

3.7.2 Расчет кольца на растяжение

Определение усилий:

N = P*r = кН.

190.7 кН*м.

0.224 рад

- угол, образуемый двумя смежными полуарками;

12.9

34.5 кН*м.

Проверка прочности в месте действия М_оп :

- условие выполняется!

Проверка прочности в месте действия М_пр :

- условие выполняется!