Расчет стенки резервуара на устойчивость

Потеря устойчивости стенки (оболочки) резервуара может происходить от действия сжимающих напряжений. При расчете на устойчивость необходимо, чтобы возникшие сжимающие напряжения не превысили критических напряжений для рассматриваемой конструкции:

, (4.12)

где – максимальные сжимающие напряжения;

– критические напряжения.

Величина критических напряжений зависит от гибкости рассчитываемых элементов строительных конструкций. Гибкость определяется геометрическими размерами, формой и условиями закрепления сжимаемых элементов конструкций, в частности, для цилиндрической оболочки зависит от толщины, радиуса и высоты стенки. Формулы для вычисления критических напряжений необходимо выбирать по СНиП II-23-81 «Стальные конструкции».

При проверке устойчивости стенки вертикального резервуара со стационарной крышей расчетным считается тот случай, когда резервуар пустой, герметически закрыт и в нем возникает вакуум (рис. 4.8). В этом случае сжатие стенки будет происходить как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях.

При расчете на устойчивость необходимо учитывать следующее сочетание нагрузок:

– осевое сжатие от веса стенки и крыши резервуара, снега и ва­куума;

– равномерное внешнее давление, действующее при возникновении вакуума внутри резервуара и от ветровой нагрузки;

– совместное воздействие этих нагрузок.

Рис. 4.8. Схема для расчета стенки резервуара на устойчивость

Если учитывается совместное сжатие резервуара в осевом и горизонтальном направлениях, проверка устойчивости стенки резервуара производится по формуле

, (4.13)

где – расчетные осевые напряжения в стенке резервуара, МПа;

– расчетные кольцевые напряжения в стенке резервуара, МПа;

– критические осевые напряжения в стенке резервуара, МПа;

– критические кольцевые напряжения в стенке резервуара, МПа.

Осевые напряжения определяются по минимальной толщине стенки пояса, кольцевые напряжения – по средней толщине стенки.

Расчетные осевые напряжения для резервуаров РВС определяются по формуле, описывающей сжатие поперечных горизонтальных сечений вертикальной цилиндрической оболочки:

, (4.14)

где – коэффициент надежности по нагрузке от собственного
веса;

– коэффициент надежности по снеговой нагрузке;

– вес покрытия резервуара, Н;

– вес вышележащих поясов стенки, Н;

– полное расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия, Н;

– вес покрытия резервуара, Н;

– расчетная толщина стенки i-го пояса резервуара, м.

Вес покрытия резервуара рассчитывается по нормативному удельному весу крыши (табл. 4.6)

. (4.15)

Таблица 4.6

Нормативный вес крыши на единицу площади

Объем резервуара, м3
Удельный вес крыши, , кН/м3	0,3	0,35	0,45	0,55	0,6	0,65

Вес вышележащих поясов стенки резервуара определяется из условия, что высота всех поясов одинакова и равна ширине листа :

, (4.16)

где – номер последнего верхнего пояса, если начало отсчета снизу;

– удельный вес стали.

Нормативная снеговая нагрузка на горизонтальную проекцию резервуара определяется для заданного снегового района:

(4.17)

где – коэффициент перехода от веса снегового покрытия горизонтальной поверхности земли к снеговой нагрузке на трубопровод;

– нормативное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, которое выбирается по табл. 4.7 для соответствующего снегового района Российской Федерации.

Таблица 4.7

Нормативные значения веса снегового покрова
(СНиП 2 .01.07-85 Нагрузки и воздействия)

Снеговые районы Российской Федерации	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
, кПа	0,8	1,2	1,8	2,4	3,2	4,0	4,8	5,6

Вес снегового покрова на всю крышу будет пропорционален её площади:

. (4.18)

Нормативная нагрузка от вакуума на покрытие зависит также от размера крыши:

. (4.19)

Осевые критические напряжения зависят от толщины стенки и радиуса цилиндрической оболочки:

, (4.20)

где МПа – модуль упругости стали;

– коэффициент, принимаемый по табл. 4.8.

Для определения коэффициента необходимо вычислить среднюю толщину стенки резервуара:

. (4.21)

Таблица 4.8

Значение коэффициента

	0,11	0,09	0,08	0,07	0,06

Расчетные кольцевые напряжения в стенке при расчете на устойчивость резервуара определяются по формуле

, (4.22)

где – нормативное значение ветровой нагрузки на резервуар, Па;

–коэффициент надежности по ветровой нагрузке;

–средняя арифметическая толщина стенки резервуара, м.

Нормативное значение ветровой нагрузки определяется по формуле

, (4.23)

где – нормативное значение ветрового давления, для рассматриваемого района, Па (табл. 4.9);

– коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте;

– аэродинамический коэффициент.

Таблица 4.9

Ветровые давления по ветровым районам

Ветровые районы СССР	Ia	I	II	III	IV	V	VI	VII
, кПа	0,17	0,23	0,30	0,38	0,48	0,60	0,73	0,85

Аэродинамический коэффициент выбирается по СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» (табл. 4.10).

Таблица 4.10

Аэродинамический коэффициент

	0,17	0,25	0,5	1,0	2,0
	0,5	0,55	0,7	0,8	0,9

Критические кольцевые напряжения в стенке резервуара определяются по формуле

, (4.24)

где – геометрическая высота стенки резервуара, м.

Если по результатам расчета условие устойчивости не выполняется, то значения номинальной толщины стенки для соответствующих поясов стенки резервуара должны быть увеличены.