3.2 Расчёт стенки резервуара на устойчивость.

Нагрузки, действующие на покрытие и стенку резервуара, могут вызывать в ней кольцевые и меридиальные напряжения сжатия, способные вызвать потерю устойчивости стенки.

Проверку устойчивости стенки производим по формуле:

(11)

где s_cr1 и s_cr2 – соответственно критические меридиальные и кольцевые напряжения;

g_c2 – коэффициент условий работы для стенки при расчёте на устойчивость g_c2 =1,0 по таблица 5 [1];

s₁ и s₂ – соответственно расчётные меридиальные и кольцевые напряжения в стенке.

Меридиальные критические напряжения определяем по формуле:

(12)

где S_min=6мм –минимальная толщина верхних поясов стенки;

C – коэффициент зависящий от отношения r/ S_min, принимаем по таблица 7 [1]; C=0,06 согласно таблице 7, [2] при r/ S_min=16,18/(610^-3)=2696 ( 3000 и более)

r=16,18 мм – радиус резервуара;

Е =210¹¹ Па– модуль упругости материала стенки.

Кольцевые критические напряжения:

(13)

где h – высота стенки, мм. При стенке с переменной толщиной за высоту стенки принимается h=Н-0,33 h_пер (h_пер – высота участка стенки с переменной толщиной поясов). h_пер =Н, таким образом

h=0,77Н=0,7717,88=13,77 м.

S_ср=9,67 мм–средняя толщина стенки на расчётном участке см таблицу 2;

Определим кольцевые напряжения в стенке s₂

Технологический вакуум Р_вак вызывает в стенке одновременно кольцевое и меридиальное сжатие. Кроме Р_вак, нагрузкой, вызывающей в стенке сжимающие кольцевые напряжения, является воздействие ветра (рисунок 2), 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.

расчетная эпюра

ветровой нагрузки

действующая эпюра

ветровой нагрузки

ветер

Рис. 2. К расчёту устойчивости стенки.

Расчёт на воздействие ветра при сложной эпюре затруднителен, поэтому для стенки принимаем значение ветровой нагрузки в виде равномерного сжатия, равного g_в и умноженного на аэродинамический коэффициент С₂=0,5, характеризующий “условный вакуум”. Величину g_в принимаем по таблица 8, [1] для I района: g_в=270 Н/м².

Суммарное кольцевое усилие сжатия

(14)

где _f3 и _f4 – коэффициент надёжности принимаем по таблица 4 [1]: _f3=1,2; _f4=1,2;

n_c=0,9 – коэффициент сочетания [1]

P_вак=400 Па=0,4кПа [1]

Кольцевое напряжение растяжения [1]

(15)

Определим мередиальные напряжения в стенке s₁

Нагрузками, которые необходимо учитывать при определении меридиальных сжимающих напряжений s₁, являются: собственный вес крыши g_кр, который предварительно принимаем по таблица 9, [1]: g_кр=350 Н/м²; нагрузка от снега Р_сн таблица 10, [1] Р_сн=1500 Н/м² для IV района; технологический вакуум Р_вак и воздействие ветра на крышу g_в (рисунок 3).

gв

Рсн

gкр

Рвак

Рис. 3. К расчёту устойчивости стенки.

Аэродинамический коэффициент С₁ для определения интенсивности ветровой нагрузки принимаем в зависимости от отношения Н/D по формуле:

(16)

Суммарная нагрузка на единицу горизонтальной поверхности кровли:

(17)

где _f1, _f5, _f2 и ’_f4 – коэффициенты надёжности принимаем по таблица 4, [1]: _f1=1,1, _f2=1,1, ’_f4=0,9, _f5=1,4…1,6, принимаем _f5=1,5;

n_c=0,9 – коэффициент сочетания [1]

P_вак=400 Па=0,4кПа [1]

g_кр=350 Н/м²;

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

(18)

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:

(19)

где _ст=ρ_ст g – удельный вес хранимой жидкости, Н/мм³

ρ_ст=7850 кг/м³ – плотность стали;

g – ускорение свободного падения g=9,8 м/с²

_f1– коэффициенты надёжности принимаем по таблица 4, [1]: _f1=1,1,

b– ширина пояса, м;

n – количество поясов с S_ст=S_min=6 мм, см таблица 2.

Проверяем условие устойчивости для стали марки Вст3пс согласно формул е 11:

Условие устойчивости выполняется, то есть резервуар устойчив при воздействие нагрузок действующих на покрытие и стенку последнего.