9.3.2 Учет снеговых нагрузок
Несущая способность крыши должна проверяться с учетом равномерного и неравномерного распределения снеговой нагрузки по ее поверхности.
9.3.2.1. Величина действующей на крышу снеговой нагрузки вычисляется по формуле: psr = μрs.
9.3.2.2. Коэффициент неравномерности распределения снегового покрова μ следует определять по таблице 9.5.
Таблица 9.5
| ФОРМА КРЫШИ |
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СНЕГА | |||
|---|---|---|---|---|
| НЕРАВНОМЕРНОЕ (ПО РИС. 9.2) | РАВНОМЕРНОЕ | |||
| Μ | ДИАМЕТР КРЫШИ, М |
|||
| Купольная при fr/D ≤ 0,05 |
учитывать не требуется | 0,85 | до 60 вкл. | |
| Коническая при α ≤ 7° |
||||
 |
r1(z/r)2sinβ | при отсутствии снегозадерживающих преград |  |
св. 60 до 100 вкл. |
 |
при наличии снегозадерживающих преград | |||
| Коническая при 7° < α ≤ 30° |
r3(z/r)sinβ | 1,0 | св. 100 | |
9.3.2.3 В таблице 9.5 используются следующие коэффициенты:
Рис. 9.1. Геометрические параметры стенки резервуара
Рис. 9.2. Неравномерное распределение снеговой нагрузки на стационарной крыше
9.3.3.1. Расчет толщины настила
9.3.3.1.1. Минимальная толщина настила бескаркасной конической крыши определяется из условия устойчивости оболочки по формулам:
9.3.3.1.2. Расчетная нагрузка на крышу вычисляется для сочетаний нагрузок 1, 3 (таблица П. 4.2 Приложения П.4) следующим образом:
9.3.3.1.3. Если Grt = 0, или pv = 0, или ps = 0 формула 9.3.3.1.2 должна быть приведена в соответствие с полученным сочетанием нагрузок.
9.3.3.1.4. Формулы 9.3.3.1.1 применимы для углов α ≤ 30° и при выполнении условия r/(tr0 sin α) > 274, которое следует проверить после вычисления первого приближения для tr0. Поскольку рr в свою очередь зависит от предварительно неизвестной толщины tr0, для расчета требуется несколько последовательных приближений.
9.3.3.2. Узел сопряжения крыши и стенки
9.3.3.2.1. Узел крепления крыши к верху стенки должен выполняться по одному из вариантов, приведенных на рис. 9.3. В расчетное сечение включается кольцевой элемент жесткости, а также прилегающие участки крыши и стенки.
9.3.3.2.2. Узел сопряжения крыши со стенкой должен быть рассчитан на прочность при действии кольцевого растягивающего усилия, возникающего от нагрузок расчетных сочетаний 1, 3 (таблица П. 4.2 Приложения П.4). При этом размеры поперечного сечения должны удовлетворять условию:
где,
Аr — выделенная на рис. 9.3 площадь поперечного сечения уторного узла крыши, причем размеры включенных в расчет участков стенки и настила крыши определяются соотношениями:
9.3.3.2.3. В резервуарах, работающих с внутренним избыточным давлением, узел сопряжения крыши со стенкой необходимо также проверить на устойчивость в случае действия кольцевого сжимающего усилия, возникающего от нагрузок расчетной комбинации 2, назначаемой по таблица П. 4.2 Приложения П.4. При этом размеры поперечного сечения должны обеспечивать выполнение следующего условия:
где
Jy — момент инерции расчетного поперечного сечения относительно вертикальной оси «у-у», совпадающей с осью стенки (рис. 9.3).
Рис. 9.3. Соединение крыши со стенкой
9.3.4.1. Каркас крыши представляет собой систему радиальных и кольцевых балок. Количество радиальных балок nr определяется по конструктивным соображениям с учетом неравенства: nr ≥ π D/1,8. Результат округляется до числа, кратного четырем.
9.3.4.2. Моделирование крыш следует производить методом конечных элементов. Расчетная схема должна включать все несущие стержневые и пластинчатые элементы, предусмотренные конструктивным решением. Если листы настила не приварены к каркасу, то в расчете учитываются только их весовые характеристики.
9.3.4.3. Модель крыши должна учитывать деформативность ее внешнего опорного контура, т.е. включать элементы уторного узла, верхний участок стенки высотой Ls и кольцевой участок настила крыши шириной Lr. При этом размеры Ls, Lr определяются по формулам 9.3.3.2.2.
9.3.4.4. Проверка несущей способности узла сопряжения крыши со стенкой производится в соответствии с требованиями п. 9.3.3.2.2.
9.3.5.1. Каркасные крыши взрывозащищенного исполнения должны удовлетворять требованиям п.п. 9.3.1, 9.3.2, 9.3.4, а также быть рассчитаны на действие двух дополнительных сочетаний нагрузок (таблица П. 4.3 Приложения П.4), которые включают помимо веса конструкций и теплоизоляции, внутреннее избыточное давление с коэффициентами надежности по нагрузке 1,25 (гидро-пневмоиспытания) и 1,6 (аварийный режим).
9.3.5.2. Для взрывозащищенных крыш должны выполняться условия:
а) D ≥ 15 м;
б) α ≤ 9,46° (уклон крыши меньше или равен 1:6);
в) крыша должна крепиться к опорному уголку односторонним угловым швом с катетом не более 5 мм;
г) конструкция узла сопряжения стенки и крыши должна соответствовать одной из схем, приведенных на рис. 9.3;
д) площадь сечения, выделенного на рис. 9.3, должна удовлетворять неравенству:
где
R — величина, определяемая в п. 9.2.2.3.
9.3.5.3. Если требования пункта 9.3.5.2 не обеспечены, взрывозащищенная крыша должна быть рассчитана в следующей последовательности:
а) Выполняется конечно-элементный геометрически нелинейный расчет крыши на действие комбинаций нагрузок, приведенных в таблице П. 4.3 Приложения П.4, включающих действие избыточного давления:
— 1,25 р для гидро-пневмоиспытаний,
— 1,6 р для условий аварии.
В расчетную модель следует включать настил крыши со связями, соответствующими конструктивному решению.
б) Определяются реактивные усилия, передаваемые на шов крепления настила к опорному кольцу крыши и проверяется его прочность по СНиП II-23-81*.
в) Крыша является взрывозащищенной, если конструкция узлов сопряжения стенки и крыши, стенки и днища резервуара, а также размеры сварного шва сопряжения настила крыши с кольцевым элементом жесткости удовлетворяют следующим условиям:
— прочность шва сопряжения стенки и настила крыши обеспечена в условиях гидро- пневмоиспытаний (комбинация 1, таблица П. 4.3 Приложения П.4);
— прочность шва сопряжения стенки и настила крыши не обеспечена в условиях аварии (комбинация 2, таблица П. 4.3 Приложения П.4);
— прочность узла сопряжения стенки с окрайкой днища для всех расчетных сочетаний нагрузок обеспечена, т.е. выполняется условие:
πr2par ≤ (Gs + Gr — Gr1) + 0,95(Gs0 + Gr0 + Gst + Grt),
где
par — избыточное давление, при котором происходит разрушение уторного шва крыши (1,2 р < par < 1,6 р).
Весовые характеристики металлоконструкций в правой части неравенства должны быть назначены за вычетом веса откорродировавшего металла.
Прочность узла сопряжения стенки с окрайкой днища в условиях аварии может не проверяться, если резервуар оборудован анкерными устройствами, предотвращающими его подъем при аварийном избыточном давлении.
9.4. Расчет плавающих крыш и понтонов
9.4.1. Общие положения расчета
9.4.1.1. Расчет плавающей крыши (понтона) заключается в проверке плавучести и несущей способности конструкции, которая должна быть обеспечена для двух положений: на плаву и на опорных стойках.
9.4.1.2. Элементы и узлы крыши должны быть запроектированы таким образом, чтобы максимальные усилия и деформации в них не превышали предельных значений по прочности и устойчивости, регламентированных СНиП II-23-81*.
9.4.1.3. Расчет плавающих крыш (понтонов) в положении на плаву следует производить при наличии повреждений конструкций и в случае их отсутствия. Модель поврежденной плавающей крыши должна включать два любых смежных отсека, потерявших герметичность. Модель поврежденного понтона должна допускать возможность затопления центрального отсека и двух смежных секций понтона.
9.4.1.4. Плавучесть крыши (понтона) при отсутствии повреждений следует считать обеспеченной, если в положении на плаву превышение верха любого бортового элемента (включая переборки) над уровнем продукта составляет не менее 150 мм.
9.4.1.5. Плавучесть крыши (понтона) при наличии повреждений следует считать обеспеченной, если в положении на плаву верх любого бортового элемента и переборок расположен выше уровня продукта.
9.4.1.6. Для предотвращения образования газовых пузырей под днищем однодечной крыши допускается применение дополнительных грузов (балласта) на центральной деке. Величину и схему расположения балласта следует назначать расчетом для проектной плотности продукта при отсутствии других нагрузок.
9.4.2. Нагрузки и воздействия
9.4.2.1. При расчете плавающей крыши (понтона) необходимо учитывать следующие нагрузки и воздействия:
— собственный вес элементов крыши (понтона);
— вес оборудования на крыше (понтоне);
— вес снегового покрова при равномерном и неравномерном распределении снега на плавающей крыше;
— 250 мм дождевых осадков на плавающей крыше;
— вес обслуживающего персонала (2,2 кН на площади 0,1 м2) в любой точке понтона;
— равномерно распределенную по поверхности понтона технологическую нагрузку 0,24 кПа;
— выталкивающую силу от продукта плотностью 0,7 т/м3.
9.4.2.2. Распределение неравномерной снеговой нагрузки по поверхности плавающей крыши принимается в соответствии с формулой п. 9.3.2.1 и рис. 9.4, где: μ1 = 0,52 — 0,7Нs/D, μ2 = 1,77 + 1,06HS/D, μ3 = 0,9μ2, μ4 = 0,8, μ5 = 1,0.
Рис. 9.4. Неравномерное распределение снеговой нагрузки на плавающей крыше
9.4.2.3. Сочетания нагрузок и воздействий, используемых при проверке плавучести и несущей способности плавающих крыш и понтонов, приведены в таблице П. 4.4, П. 4.5 Приложения П.4.
9.4.2.4. Комбинации нагрузок, включающие собственный вес и равномерную снеговую нагрузку (или дождевые осадки), следует учитывать при расчете неповрежденной крыши и крыши с нарушенной герметичностью в положении на плаву.
9.4.2.5. Комбинации нагрузок, включающие собственный вес и неравномерную снеговую (для крыши) или технологическую (для понтона) нагрузку, следует учитывать при расчете неповрежденной плавающей крыши (понтона) в положении на плаву.
9.4.2.6. Неповрежденный понтон в положении на плаву должен сохранять плавучесть при действии двойного собственного веса.
9.4.2.7. В положении плавающей крыши (понтона) на опорах необходимо также проверить несущую способность опор в соответствии с сочетаниями воздействий, приведенных в таблице П. 4.4, П. 4.5 Приложения П.4.
9.4.3. Порядок выполнения расчетов
Расчет плавающих крыш и понтонов производится в следующей последовательности:
Этап 1 — выбор конструктивной схемы плавающей крыши (понтона) и предварительное определение толщин элементов исходя из функциональных, конструктивных и технологических требований.
Этап 2 — назначение комбинаций воздействий (таблице П. 4.4, П. 4.5 Приложения П.4), учитывающих величину и характер действующих нагрузок, а также возможность потери герметичности отдельных отсеков крыши (понтона).
Этап 3 — моделирование конструкции крыши (понтона) методом КЭ.
Этап 4 — расчет равновесных положений крыши (понтона), погруженных в жидкость для всех расчетных комбинаций воздействий.
Этап 5 — проверка плавучести крыши (понтона). Если плавучесть крыши не обеспечена, производится изменение ее конструктивной схемы и расчет повторяется, начиная с этапа 1.
Этап 6 — проверка несущей способности конструктивных элементов крыши для полученных на этапе 4 положений равновесия. В случае изменения толщин элементов, расчет повторяется, начиная с этапа 3.
Этап 7 — проверка прочности и устойчивости опор.
9.5 Допускаемые нагрузки на патрубки врезок в стенку резервуара
9.5.1. Действие настоящего раздела распространяется на врезки с размерами, регламентированными в п. 8.6, и с условными диаметрами патрубка Dy, соответствующими области, выделенной на рис. 9.5.
Рис. 9.5. Область допускаемых размеров патрубков Dy для раздела 9.5
9.5.2. Нагрузки на патрубок задаются в виде комбинаций трех усилий (рис. 9.6): радиальной силы вдоль оси патрубка FR* (кН), изгибающего момента в вертикальной плоскости ML* (кН·м), изгибающего момента в горизонтальной плоскости Мс* (кН·м). На рис. 9.6 показаны положительные направления усилий.
Рис. 9.6. Нагрузки на патрубок врезки в стенку резервуара
9.5.3. Допускаемыми являются такие комбинации нагрузок, которые обеспечивают несущую способность сварных швов по предельным состояниям, то есть попадают внутрь области допускаемых нагрузок, полученной в результате расчета на конечно-элементной модели, включающей стенку, окрайку днища, патрубок, усиливающий лист и все швы в зоне врезки. Моделирование осуществлялось с применением трехмерных конечных элементов и обеспечивало многослойную разбивку по толщине стенки, патрубка и сварных швов. Методика получения границы области допускаемых нагрузок приведена в п. 9.5.4.
Рис. 9.7. Область допускаемых нагрузок на патрубки
9.5.4. Размеры области допускаемых нагрузок (рис. 9.7) определяются по формулам:
Здесь
значения коэффициентов γс, γt, γp1, γp2, определяются соответственно в пп. 9.1.3, 9.1.4, 9.5.7, 9.5.8;
МC0 — максимально допускаемая величина момента МC* при FR* = ML* = 0.
9.5.5. Параметр λ вычисляется в зависимости от величины момента МC* по формуле:
9.5.6. Безразмерные коэффициенты е1i-е3i зависящие от условной высоты налива Н* и условного прохода патрубка Dy приведены в таблице 9.6.
Таблица 9.6
| Н*, М | I | DY 100 | DY 300 | DY 600 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| е1i | e2i | e3i | e1i | e2i | e3i | е1i | e2i | e3i | ||
| 9 | 0 | 0,45 | -0,93 | 1,98 | 0,63 | -1,25 | 6,13 | 0,88 | 0,25 | 3,88 |
| 1 | 2,93 | -5,48 | 11,03 | 1,83 | -3,38 | 20,25 | 1,13 | 4,88 | -3,75 | |
| 2 | -1,19 | 0,98 | -10,19 | -1,78 | 2,19 | -17,63 | -1,16 | -2,38 | -16,88 | |
| 3 | 0,45 | -0,88 | 1,88 | 0,75 | -1,45 | 4,95 | 0,88 | -0,63 | 5,38 | |
| 4 | -0,43 | 0,78 | -1,78 | -0,78 | 2,03 | -7,13 | -0,88 | -0,13 | -3,88 | |
| 12 | 0 | 0,23 | -0,15 | 1,03 | 1,25 | -2,50 | 6,50 | 0,50 | 10,00 | -4,38 |
| 1 | 1,05 | -1,73 | 8,63 | 3.00 | -4,65 | 19,80 | 1,02 | 13,43 | -10,73 | |
| 2 | -1,35 | 1,06 | -7,81 | -2,63 | 2,50 | -16,25 | -2,01 | -6,81 | -11,81 | |
| 3 | 0,23 | -0,15 | 0,98 | 1,38 | -3,25 | 6,13 | 2,13 | -5,63 | 18,88 | |
| 4 | -0,23 | 0,16 | -1,08 | -1,25 | 2,63 | -6,88 | -1,13 | -4,13 | -4,50 | |
| 18 | 0 | 0,54 | -0,66 | 1,21 | 2,50 | -4,63 | 6,88 | 2,33 | 4,38 | -0,88 |
| 1 | 1,43 | -0,53 | 6,98 | 5,63 | -10,13 | 21,30 | 7,43 | -12,83 | 23,70 | |
| 2 | -3,56 | 5,56 | -10,13 | -7,13 | 10,63 | -18,38 | -8,13 | 17,69 | -37,50 | |
| 3 | 0,56 | -0,75 | 1,20 | 2,63 | -4,25 | 4,75 | 3,78 | -8,25 | 18,38 | |
| 4 | -0,51 | 0,59 | -1,20 | -2,50 | 4,38 | -6,80 | -1,45 | -8,75 | 6,13 | |
| 24 | 0 | 0,55 | -0,48 | 1,00 | 3,21 | -4,37 | 5,00 | 3,54 | -0,63 | 4,05 |
| 1 | 1,75 | -0,78 | 6,90 | 7,05 | -10,90 | 19,80 | 7,56 | -9,54 | 17,90 | |
| 2 | -3,90 | 5,95 | -10,25 | -13,46 | 25,30 | -26,25 | -9,00 | 19,00 | -37,0 | |
| 3 | 0,58 | -0,62 | 1,04 | 3,85 | -6,26 | 5,00 | 5,06 | -13,50 | 24,08 | |
| 4 | -0,55 | 0,50 | -1,06 | -3,45 | 4,88 | -5,52 | -1,69 | -10,35 | 10,69 | |
Величина Н*, используемая в таблице 9.6, определяется по формуле:
но не более 24 м.
Здесь
t — назначенная в проекте толщина нижнего пояса резервуара,
величина R определяется в п. 9.2.2.3 для режима эксплуатации.
9.5.7. Если предусмотрена термообработка узла врезки, то в формулах 9.5.4 следует принять γp1 = l, в противном случае γp1 = 0,95.
9.5.8. Для учета циклического характера приложения нагрузок используется коэффициент γp2, который зависит от условного количества циклов налива (слива) продукта nс и определяется следующим соотношением:
причем, если γp2 > 1, следует принять γp2 = 1.
В представленной формуле параметры B1 и В2, измеряемые в МПа, назначаются по таблице 9.7, соответствующей ГОСТ Р 52857.6-2007.
Таблица 9.7
| СТАЛИ | B1 | B2 |
|---|---|---|
| Углеродистые | 6·104 | 0,4 Rm/t |
| Низколегированные | 4,5·104 | |
| Аустенитные коррозионно-стойкие | 6·104 |
В таблице 9.7 Rm/t — временное сопротивление стали при расчетной температуре Т, принимаемое по ГОСТ Р 52857.1-2007.
Единичным наливом (сливом) продукта следует считать технологическую операцию, при которой уровень налива (слива) изменяется не менее чем на 0,5 Н.
9.5.9. Комбинация фактических нагрузок на патрубок FR*, ML*, MC* является допускаемой, если точка с координатами FR*, ML*, построенная на графике рис. 9.7, располагается внутри многоугольника.
9.5.10. Комбинация фактических нагрузок на патрубок FR*, ML*, MC* является недопускаемой при выполнении любого из условий:
— точка с координатами FR*, Ml*, построенная на графике рис. 9.7, располагается снаружи многоугольника;
— многоугольник на рис. 9.7 вырождается в точку (a1 = а2 = a3 = a4 = 0).
9.5.11. Допускаемые нагрузки на патрубки с величиной Dy, отличающейся от приведенной в таблице 9.6, могут быть получены интерполяцией.
9.5.12. Возможны два варианта применения методики расчета по пунктам 9.5.4-9.5.11.
Первый вариант предполагает проверку несущей способности врезки на действие заданных комбинаций фактических нагрузок FR*, ML*, МC*. Второй вариант позволяет получить область допускаемых значений для последующей проверки любых комбинаций нагрузок. В этом случае, предварительно задается набор значений момента МC* в интервале от 0 до МC0, а затем для каждого из этих значений вычисляются границы области, изображенной на рис. 9.7. Полученный набор многоугольников и представляет область допускаемых значений нагрузок на патрубок.
9.5.13. Для врезок с параметрами, выходящими за пределы указанной в п. 9.5.1 области, допускаемые нагрузки определяются конечно-элементным расчетом на модели, указанной в п. 9.5.3. Критерием несущей способности врезки является условие: ε ≤ εp, то есть максимальная деформация сварного шва ε не должна превышать предельно допустимую деформацию этого шва εp.
Деформация сварного шва определяется как удлинение (укорочение) любой из сторон поперечного сечения сварного шва, отнесенное к ее недеформированному размеру. Предельно допустимая деформация шва вычисляется по формуле:
εp = γcγtγp1γp2Ry/E.
9.5.14. Примеры расчета допускаемых нагрузок на патрубок приведены в Приложении П.18.
