Горев - Специальные конструкции и сооружения. Том 3

Металлические конструкции. В 3 т. Т.З. Специальные конструкции и сооружения: Учеб. для строит, вузов; Под ред. В. В. Горева.—2-е изд., испр.— М.: Высш. шк., 2002. — 544 с: ил

В учебнике изложены вопросы конструирования и расчета специальных  конструкций и сооружений. Представлены листовые конструкции (резервуары, газгольдеры, бункеры, трубопроводы); высотные сооружения (антенные устройства, опоры высоковольтных линий электропередачи, промышленные трубы, водонапорные башни, вышки, градирни, морские стационарные платформы, лыжные трамплины, надшахтные копры); другие виды конструкций и сооружений (комбинированные и трансформируемые конструкции, пешеходные мосты, конвейерные галереи, крановые эстакады, гидротехнические конструкции). Рассмотрены дополнительные  сведения для проектирования металлических конструкций: состав и правила оформления чертежей, технология изготовления металлических конструкций, основы экономики.

Для студентов строительных специальностей высших учебных заведений, аспирантов и инженерно-технических работников проектных организаций.

©ФГУП «Издательство «Высшая школа», 2002

ПРЕДИСЛОВИЕ

Третий том курса металлических конструкций «Специальные конструкции и сооружения» является продолжением первых двух томов:  «Элементы конструкций» и «Конструкции зданий», однако для читателя, знакомого с общими расчетными положениями и основами проектирования металлических конструкций, это не является помехой для усвоения  материала. Ссылки на текст, рисунки и таблицы первых двух томов лишь дополняют и уточняют отдельные положения, которые можно найти в  справочной литературе. Это относится также к основным буквенным  обозначениям величин, список которых приведен во втором томе, но он полностью соответствует нормам проектирования стальных конструкций СНиП II-23-81*.

Третий том состоит из 25 глав, которые разбиты на четыре раздела. Нумерация рисунков, формул и таблиц дается отдельно в пределах  каждой главы, нумерация литературных источников - общая по разделам,

В первом разделе представлены листовые конструкции. Наиболее подробно рассмотрены вертикальные цилиндрические резервуары с особенностями конструктивного оформления и расчетов стенки, днища, понтона, крыши. Рассмотрены также горизонтальные цилиндрические, каплевидные и сферические резервуары. В числе газгольдеров  переменного объема представлены мокрые и сухие газгольдеры. Затронуты  вопросы проектирования цилиндрических и сферических газгольдеров  постоянного объема. Даны конструкции бункеров с плоскими стенками, силосов, а также висячих бункеров. Уделено внимание наземным и подземным трубопроводам большого диаметра.

Во втором разделе изложены особенности высотных сооружений, их общая характеристика, нагрузки и воздействия. Рассмотрены  конструктивные схемы, узлы, расчет башенных и мачтовых конструкций. Дано описание телевизионных башен, радиорелейных линий, радиотелескопов и антенн космической связи. Представлены вытяжные башни и дымовые трубы, стальные опоры высоковольтных линий электропередачи, вышки различного назначения (осветительные, буровые, спортивные и др.),  водонапорные башни, морские стационарные платформы на  континентальном шельфе, башенные градирни, лыжные трамплины.

В третьем разделе рассмотрены специальные конструкции (комбинированные, трансформируемые, предварительно напряженные, большепролетные) и сооружения различного назначения, не вошедшие в первые два раздела: пешеходные мосты, конвейерные галереи, открытые крановые эстакады, надшахтные копры и гидротехнические конструкции  (затворы, ворота шлюзов).

В четвертом разделе представлены вопросы, без решения которых нельзя грамотно оформить проект стальных конструкций с учетом  требований их заводского изготовления и технико-экономического обоснования. Здесь рассмотрены правила оформления проектов КМ и КМД,  технология заводского изготовления металлических конструкций и основы экономики.

Главы 1, 2 написаны канд, техн, наук, доц. А.В. Паниным; гл. 3, 4, 5 — акад. РИА, д-ром техн. наук, проф. А.Б. Пуховским; гл. 6, 7, 8 — чл.-корр. РААСН, д-ром техн. наук, проф. В,В, Горевым; гл. 9 — канд. техн. наук, доц. А,й. Репиным; гл. 10 — инж. О Л. Якимцом; гд. И — канд, техн. наук, доц. В,И, Бабкиным; гл. 12 — канд. техн. наук, доц. И.В. Садоровым; гл. 13 — канд, техн. наук^ доц. В.Ф. Сабуровым; гл, 14 и § 10,4 — канд. техн. наук, проф. И.И. Крыловым; гл. 15,17 — акад. РААСН, д-ром техн. наук, проф. Я.И. Ольковьа4; гл. 16 — чл.-корр. РААСН, д-ром техн. наук, проф. Л.В. Енджиевским;.гл. 18 — д-ром техн. наук, доц. B.C. Казарновским; гл. 19—чл»-корр. РАН, д-ром техн. наук, проф В.В. Фшшпповым, канд. техн. наук, проф. В.Г. Аржаковым н канд техц.наук, доц. АЛ. Собакиным; гл. 20 — канд. техн. наук, доц. В.М, Путилшшм; гл. 21 — проф. В.В. Горевым по материалам инж. Л.Л.  Лебединского (Справочник проектировщика под ред. В.В. Кузнецова); гл 22 — канд. техн. наук, доц. Е,А. Митюговым; гл. 23 — канд. техн. наук, доц. ИЛ. Сигаевым и кавщ. техн. наук доц. А.С. Щегловым; гл. 24 — кацд. техн. наук, доц. В.М. Путилиными канд. техн. наук, доц. В.В Зверевым; гл. 25 — д-ром техн, наук, проф. А.Ф. Кузнецовым.

Авторы выражают глубокую благодарность чл.-корр. РААСН, д-ру техн. наук, проф. А.М, Болдыреву и сотрудникам кафедры  металлических конструкций и сварки в строительстве ВГАСА, д-ру техн. наук, проф. Ю.И. Кудишину, принявшим участие в рецензировании книги. 

Авторы будут благодарны также читателям, которые сочтут возможным высказать свои замечания и пожелания по содержанию учебника.

Авторы

РАЗДЕЛ I

ЛИСТОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Глава 1

ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.1. Общие сведения

Листовые конструкции представляют собой сплошные тонкостенные пространственные конструкции в виде различной формы оболочек, обычно совмещающих несущие и ограждающие функции. Их используют для хранения, перегрузки, транспортирования, переработки  жидкостей, газов и сыпучих материалов.

Классификация листовых конструкций может быть представлена в следующем виде:

резервуары для хранения и технологической обработки жидкостей (нефти, нефтепродуктов, масел, воды, сжиженных газов, аммиака,  кислот, спиртов и пр.);

газгольдеры для хранения, смешивания и выравнивания состава  газов, для регулирования их расхода и давления;

бункеры и силосы для хранения и перегрузки сыпучих материалов (руды, угля, песка, гравия, щебня, цемента, сахара и др.);

трубопроводы большого диаметра (D> 0,5 м) для транспортирования воздуха, газов, жидкостей, размельченных или разжиженных твердых  веществ;

специальные листовые конструкции металлургической, химической, нефтяной и других отраслей промышленности (кожухи доменных печей, воздухонагревателей, пылеуловителей, сосуды химической аппаратуры, защитные оболочкой АЭС и т.п.).

По характеру работы листовые конструкции разделяют на  надземные, наземные и подземные: наливные и работающие под внутренним давлением или вакуумом; находящиеся под действием высокой,  нормальной или низкой температуры; работающие на статическую,  знакопеременную и ударную нагрузки; работающие в условиях нейтральных или агрессивных сред.

1.2. Особенности листовых конструкций

Соединения элементов листовых конструкций должны удовлетворять требованиям не только прочности, но и плотности. При этом  протяженность сварных швов в листовых конструкциях примерно в два раза больше, чем в стержневых конструкциях. Основным типом соединений листовых конструкций является сварное соединение встык, которое  обуславливает наименьший расход наплавленного металла и высокую  надежность соединения. Для негабаритных листовых конструкций  характерно широкое использование автоматической и полуавтоматической сварки как при изготовлении, так и при монтаже. Для контроля качества сварных швов используют физические методы.

При изготовлении листовых конструкций применяют специальные операции: фасонный раскрой листового проката, вальцовку цилиндрических, конических оболочек и колец, штамповку и вальцовку оболочек двоякой кривизны, отбортовку и строжку кромок выпуклых днищ и др.

Листовые конструкции работают, как правило, в более тяжелых по сравнению с другими типами металлических конструкций условиях: они почти постоянно испытывают значительные напряжения, близкие к  расчетным сопротивлениям, в зонах сопряжений их элементов возникают значительные местные напряжения, обусловленные краевым эффектом, температурными воздействиями, а также большим числом сварных швов.

В условиях двухосного напряженного состояния, которое ограничивает возможность свободной деформации металла, особую остроту  приобретает проблема хрупкого разрушения, в связи с чем стали, применяемые для большинства листовых конструкций, должны удовлетворять  дополнительным требованиям по ударной вязкости. Для листовых конструкций во многих случаях экономически оправдано применение высокопрочных сталей.

В резервуарах для хранения агрессивных жидкостей целесообразно применение алюминиевых сплавов wm биметаллов — стальных листов, плакированных со стороны агрессивной среды нержавеющей сталью или никелем. При отсутствии такой возможности внутреннюю поверхность резервуаров из обычной стали защищают от коррозии перхлорвиниловым или другого вида покрытием.

1.3. Основные сведения из теории оболочек

В своем большинстве листовые конструкции являются оболочками различной формы. Оболочкой называют сплошную конструкцию (или элемент), две ограничивающие криволинейные поверхности которой  отстоят друг от друга на весьма малое расстояние, во много раз меньшее, чем прочие размеры. Воображаемую поверхность, равноотстоящую от обеих ограничивающих поверхностей, называют срединной  поверхностью. Геометрическое наименование оболочки определяется формой ее срединной поверхности (цилиндрическая, сферическая,  эллипсоидальная, торосферическая и т.д.), В частном случае при плоской срединной поверхности оболочка превращается в пластинку.

Применительно к листовым конструкциям большинство оболочек  являются тонкостенными для которых характерно безмоментное двухосное напряженное состояние, за исключением мест скачкообразного изменения нагрузки или формы оболочки, где возникают локальные, быстро затухающие при удалении от этих мест (краев), напряжения краевого эффекта. В частном случае оболочки вращения, находящейся под действием осесимметричной нагрузки в безмоментном напряженном состоянии, действуют только нормальные меридиональные и кольцевые усилия.

Безмоментное напряженное состояние оболочек вращения описывается уравнением Лапласа, получаемым из рассмотрения равновесия  бесконечно малой площадки, выделенной двумя меридиональными и двумя горизонтальными плоскостями (рис. L4)