Нехаев Г. А. - Проектирование и расчет стальных цилиндрических резервуаров и газгольдеров низкого давления

Нехаев Геннадий Алексеевич

Проектирование и расчет стальных цилиндрических резервуаров и газгольдеров низкого давления

Издательство АСВ

Год 2005

Описание:

Изложены основные положения по сбору нагрузок, расчету и конструированию элементов и узлов стальных цилиндрических резервуаров и газгольдеров низкого давления. Приведены примеры расчета конструкций резервуаров, газгольдеров и их покрытий. Предназначено студентам инженерной специальности 'Промышленное и гражданское строительство для курсового и дипломного проектирования.

ISBN: 5-93093-366-9

Количество страниц: 216

Содержание

Введение

Глава I. Общие сведения о резервуарах и газгольдерах низкого давления

1.1. Классификация и назначение резервуаров

1.2. Краткая характеристика и назначение газгольдеров низкого давления

1.3. Стали, применяемые для резервуаров и газгольдеров низкого давления

1.4. Сварные соединения и швы

Глава II. Основные положения расчета и конструирования листовых конструкций

2.1. Некоторые сведения из теории расчета тонких оболочек вращения

2.2. Расчет на устойчивость листовых конструкций

2.3. Краевой эффект в месте сопряжения цилиндрических круговых оболочек с плоскими днищами

2.4. Расчет листовых обшивок

2.5. Постоянные и временные нагрузки на резервуары и газгольдеры низкого давления

Глава III. Вертикальные цилиндрические резервуары низкого давления

3.1. Основания и фундаменты под резервуары

3.2. Конструирование и расчет днищ резервуаров

3.2.1. Пример расчета окраек вертикального цилиндрического резервуара объемом 5000 мЗ

3.3. Определение оптимальных габаритных размеров резервуара

3.4. Расчет и конструирование стенок резервуара

3.5. оптимизация толщин листов стенки по высоте резервуара

3.6. Пример расчета днища и стенки резервуара объемом 30000 мЗ

3.7. Стационарные крыши вертикальных резервуаров низкого давления

3.8. Расчет и конструирование элементов конического покрытия

3.9. Пример расчета элементов конического покрытия

3.10. Расчет и конструирование элементов сферического покрытия

3.10.1. Характеристика ребристо-кольцевого купола

3.10.2. Нагрузки на купол

3.10.3. Расчет радиальных ребер купола

3.10.4. Расчет кольцевых элементов

3.11. Пример расчета элементов ребристо-кольцевого купола

3.11.1. Установление габаритных размеров сферического покрытия

3.11.2. Сбор нагрузок на купол

3.11.3. Расчет радиального ребра купола

3.11.4. Расчет кольцевых элементов купола

3.12. Расчет и конструирование плавающей крыши

3.13. Пример расчета плавающей крыши

3.14. Эксплуатационное оборудование вертикального резервуара

Глава IV. Горизонтальные цилиндрические резервуары для нефти и нефтепродуктов

4.1. Основные особенности конструирования горизонтальных резервуаров

4.2. Напряженное состояние стенки и днищ горизонтальных резервуаров

4.3. Расчет стенки резервуара на прочность и устойчивость

4.4. Пример расчета стенки горизонтального резервуара

4.5. Расчет плоских и конических днищ горизонтального резервуара

4.6. Конструкция и расчет сопряжения плоских днищ со стенкой горизонтального резервуара

4.7. Пример расчета плоского днища горизонтального резервуара

4.8. Пример расчета конического днища горизонтального резервуара

4.9. Расчет опорного кольца жесткости резервуара

4.10. Пример расчета опорного кольца жесткости с диафрагмой в виде треугольника

Глава V. Мокрый газгольдер

5.1. Особенности конструирования элементов мокрого газгольдера

5.2. Определение габаритных размеров частей газгольдера и их масс

5.3. Расчет стенок газгольдера

5.4. Пример расчета элементов мокрого газгольдера

5.4.1. Определение основных размеров газгольдера

5.4.2. Определение веса пригруза

5.4.3. Определение толщины листов стенки резервуара из условия прочности

5.4.4. Определение толщины листов стенок колокола и телескопа

5.4.5. Расчет и конструирование элементов сферического покрытия колокола

5.4.5.1. Конструирование элементов покрытия колокола

5.4.5.2. Сбор нагрузок на покрытие

5.4.5.3. Расчет радиального ребра купола

5.4.5.4. Расчет и конструирование опорного кольца покрытия купола

5.4.5.5. Расчет и конструирование промежуточного кольца покрытия

Глава VI. Сухие газгольдеры переменного объема

6.1. Сухой газгольдер поршневого типа

6.2. Пример расчета элементов сухого газгольдера поршневого типа

6.2.1. Определение габаритных размеров газгольдера

6.2.2. Определение толщины стенки газгольдера из условия прочности стыковых швов

6.2.3. Расчет горизонтальных колец жесткости на ветровую нагрузку

6.2.4. Расчет основных элементов ребристого покрытия газгольдера

6.2.5. Расчет основных элементов поршня

6.3. Сухой газгольдер с гибкой секцией

6.4. Пример расчета элементов сухого газгольдера с гибкой секцией

6.4.1. Определение габаритных размеров газгольдера

6.4.2. Расчет стенки газгольдера

6.4.3. Расчет конструкций шайбы

Приложение

Библиографический список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ

Листовыми конструкциями называют емкостные конструкции, состоящие из металлических листов и предназначенные для хранения или транспортирования жидкостей, газов и сыпучих материалов. Они занимают особое место среди всего многообразия металлических конструкций. Для листовых конструкций характерно двухосное напряженное состояние, а в местах сопряжения различных оболочек, расположения колец жесткости, примыкания к днищам возникают местные напряжения, называемые краевым эффектом. Нормы проектирования не требуют обязательной проверки листовых конструкций на напряжения в зонах краевого эффекта. Однако в ответственных случаях необходимо учитывать повышенный уровень напряжений в этих зонах.

К листовым конструкциям относятся:

- резервуары для хранения различных жидкостей;

- газгольдеры для хранения и распределения газов;

- бункеры и силосы для хранения и перегрузки сыпучих материалов;

- трубопроводы большого диаметра (D > 0,5 м), используемые для транспортирования нефтепродуктов, газа, воды, размельченных или разжиженных веществ;

-специальные конструкции металлургической, химической и других отраслей промышленности (кожухи доменных печей, воздухонагревателей, сосуды химической и нефтегазовой аппаратуры и т.п.);

- дымовые и вентиляционные трубы;

- защитные сооружения - оболочки АЭС;

- мембранные висячие покрытия.

Для листовых конструкций характерно двухосное напряженное состояние, а в местах сопряжения оболочек, у колец жесткостей и т.п. - наличие местных изгибающих моментов, называемых краевым эффектом. Сварные швы листовых конструкции должны быть прочноплотными. При конструировании листовых конструкций необходимо предусматривать индустриальные методы их изготовления и монтажа путем применения:

- лент и листов больших размеров;

- способа рулонирования, изготовления заготовок в виде скорлуп и др.;

- раскроя, обеспечивающего минимальное количество отходов;

- минимального количества сварных швов, выполняемых на монтаже.

Среди многообразия листовых конструкций можно выделить по принципу единой методики расчета и конструирования цилиндрические резервуары и газгольдеры (низкого давления), которые имеют широкое распространение из-за простоты изготовления и монтажа.

В зависимости от свойств хранимой жидкости, режима эксплуатации и климатических особенностей района строительства определяется форма и тип резервуара. Широкое распространение получили вертикальные и горизонтальные цилиндрические резервуары. Вертикальные резервуары со стационарной крышей в большинстве своем являются сосудами низкого давления (с избыточным давлением в паровоздушной зоне до 2 кПа (200 мм водяного столба и вакуумом до 0,25 кПа). Эти резервуары просты в изготовлении и монтаже, экономичны по расходу металла.

Вертикальные цилиндрические резервуары повышенного давления (с избыточным давлением 10...70 кПа) имеют достаточно сложные конструктивные решения крыш. К этому типу резервуаров относятся изотермические резервуары для хранения сжиженных газов. Изотермические резервуары относят к специальным типам резервуаров, поскольку они имеют свои особенности расчета и конструирования. Изотермические резервуары изготавливаются из особых марок сталей; при расчетах требуется учет температурных деформаций; опираются они на искусственное основание. ПРАВИЛА ПБ 03-381-00 не распространяются на изотермические резервуары.

В связи с этим в учебном пособии предпринята попытка более детального рассмотрения и систематизации имеющихся сведений по расчету и конструированию вертикальных цилиндрических резервуаров низкого давления, а также горизонтальных цилиндрических резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов при избыточном давлении до 70 кПа. В этом случае несущая способность горизонтальных резервуаров определяется по первой группе предельных состояний.

Газгольдеры предназначаются для хранения газов и регулирования их давления. Они делятся на две группы: переменного объема (мокрые и сухие) и постоянного объема. Газгольдеры переменного объема называются газгольдерами низкого давления (до 5 кПа), постоянного объема (с избыточным давлением 250...2000 кПа) - сосудами высокого давления. Газгольдеры низкого давления рассчитывают по предельным состояниям. Поэтому в пособии рассматриваются только газгольдеры низкого давления.

Круглая форма в плане вертикальных резервуаров и газгольдеров вызывает необходимость конструирования покрытий над ними в виде куполов (реже висячих систем). По своей конструкции купола бывают ребристыми, ребристо-кольцевыми и сетчатыми. Наиболее приемлемыми куполами для рассматриваемых сооружений являются ребристо-кольцевые и сетчатые.

Чаще всего применяются ребристо-кольцевые купола, собираемые из криволинейных трапециевидных стальных щитов.

В общем случае сбор нагрузок и расчет купола представляют достаточно сложную задачу даже с применением ЭВМ.

С целью лучшего понимания методики определения и распределения усилий в элементах купола, а также упрощения расчета узлы купола конструируют шарнирными. При этом такая купольная система с применением щитов становится статически определимой, расчленяемой на простые стержневые элементы.

Наряду с известными положениями автор излагает и некоторые результаты собственных исследований.

Изложенный в учебном пособии материал иллюстрирован конструктивными схемами и примерами расчета, что, несомненно, будет способствовать более глубокому усвоению студентами теоретического материала.

Автор выражает глубокую признательность зав. кафедрой «Металлические конструкции» МГСУ докт. техн. наук, профессору Кудишину Ю. И., сотрудникам кафедры канд. техн. наук, профессору Соболеву Ю. В. и канд. техн. наук, доценту Астряб С. М. за нелегкий труд по рецензированию данной работы и ценные замечания.