Расчет кольцевых элементов купола

5.4 Расчет кольцевых элементов купола

а) Опорное кольцо

Распор, передаваемый на опорное кольцо со стороны радиального ребра, определяется по формуле (3.55) [1]

где ctgα₀=1/tgα₀; tgα₀=0,3429

Изгибающие моменты и продольные усилия, вызываемые распорами, определяются при нагрузке сверху вниз q на купол:

- момент под радиальным ребром

- момент между радиальными ребрами

- продольное усилие (растягивающее)

Дополнительные продольные усилия и изгибающие моменты в опорном кольце:

- от избыточного давления на 0,4Н стенки

- от вакуума на 0,4H стенки

- от ветровой нагрузки на 0,4H стенки по формуле (3.59) [1]

где γ_f,в=1,4; c_e1=0,6; w₀=0,23кН/м²; sin36^°=0,588.

Коэффициент k₀ следует определять для середины 0,4H стенки, т.е. на высоте

k₀=0,738 при z=14,4м.

В результате подстановки имеем

По формуле (3.63) [1]

где c’_e1=1,0 (см. рис. 3.22 [1]); sin45^°=0,707.

Имеем

Изгибающие моменты по формуле:

Усилие в кольце от ветрового отсоса на покрытие резервуара

где ψ=0,9 – коэффициент сочетания нагрузок;

γ_f,от=1,4; w₀=0,23кН/м²;

k₀=0,85 и c_e2=-0,6;

Распор от ветрового отсоса, передаваемый через радиальные ребра

где ctgα₀=1/tgα₀=1/0,3429; α₀=18,93°.

Изгибающие моменты в опорном кольце от ветровых распоров P^от:

Продольное усилие

Результаты определения усилий в опорном кольце от нагрузок приведены в табл.2

Таблица 2

Вертикальные нагрузки на покрытие – вниз q			Вакуум на 0,4Н стенки	Вертикальные нагрузки на покрытие – вверх q1
1			2	3
-59,1	29,4	2411	-2,6	-	-	-

Продолжение таблицы 2

Избыточное давление на 0,4Н стенки	Ветер на 0,4Н стенки			Ветровой отсос на покрытие
4	5			6
79	±556,3	-18,4	36,9	4,9	-2,5	-200,7

Таблица 3

Номера загружения и расчетные усилия в сечениях опорного кольца

Усилия	Нагрузки (из табл. 2)
	1+2	3+4+5+6	1+2+5+6
	29,4	561,2	590,6
	-59,1	-558,8	-617,9
	2411	-84,8	2244,6

Размеры указанные на (рис. 6) получены способом последовательных приближений. Для опорного кольца принята сталь марки ВСт3пс6 (R_y=24 кН/cм² при t≤20 мм).

В сечение опорного кольца необходимо учесть часть стенки резервуара высотой:

Рис.6 Сечение опорного кольца

При этом площадь сечения кольца составляет:

А = 90,0×0,8+2×2,0×30,0+19,5×1,1=213,5 см².

Момент инерции сечения кольца относительно вертикальной оси y-y:

 

Момент сопротивления:

Проверка сечения на прочность осуществляется по формуле:

где N=2244,6 кН; М_y = 617,9 кН×м

Положительное значение момента М_у принято потому, что для симметричного сечения противоположные волокна будут иметь равные по величине и обратные по знаку нормальные напряжения. При положительном моменте нормальные напряжения от продольной силы и момента будут одинакового знака:

прочность опорного кольца обеспечена.

Устойчивость кольца в своей плоскости будет обеспечена за счет опирающихся на него щитов и листов кровли (настила).

б) Промежуточное кольцо

Рассмотрим расчет кольца, смежного с опорным (рис. 7).

Рис.7 К расчету промежуточного 2-го кольца

Продольное усилие в элементе 2-го кольца определяется по формуле 3.64 [1]:

Подставляя эти значения, имеем:

Принимая условие, что настил приваривается к кольцам, определяем требуемое сечение кольца из условия прочности по формуле:

Если предположить, что настил приварен к кольцам, то сечение кольца определяется из условия устойчивости по формуле 3.65 [1]:

Законструируем кольцо по второму варианту, когда настил не приварен к кольцам (рис. 8). Ширину кольца можно определить по требуемому инерции J_к,тр задавшись толщиной.

Рис.8 Сечение промежуточного 2-го кольца

Момент инерции сечения кольца относительно вертикальной оси y-y:

сечение кольца достаточно для обеспечения его устойчивости.

Площадь сечения кольца А=3×70+2×20=250см², что значительно больше требуемого сечения кольца из условия прочности, равного 33,1 см². Поэтому целесообразно настил приваривать к кольцам, если это возможно по конструктивным соображениям.

в) Центральное кольцо

Радиус центрального кольца определен в п. 6.3 и составляет r_к,ц=1,986 м.

Центральное кольцо воспринимает распоры со стороны радиальных ребер от вертикальных нагрузок (рис. 9).

Рис.9 К расчету центрального кольца

Распор радиального ребра:

Поскольку радиальные ребра расположены часто по периметру центрального кольца, то приведем нагрузку на кольцо к равномерно распределенной по оси кольца:

Продольное сжимающее усилие в центральном кольце определяется по формуле:

Настил приваривается к центральному кольцу, что обеспечивает его устойчивость. Поэтому требуемое сечение кольца установим по прочности:

Сечение центрального кольца конструируем в виде сварного двутавра (рис. 10)

Рис.10 Сечение центрального кольца

Высота сечения стенки двутавра (205 мм) принимается равной высоте прокатного швеллера № 20 (радиального ребра) и плюс 5 мм на зазор.

Фактическое сечение центрального кольца

А_ц = 1,0×20,5+2×2,0×20,0=100,5 см² > А_тр,ц =63,44 см².

Принятое сечение центрального кольца завышено с учетом того, что при неравномерной нагрузке на купол кольцо дополнительно будет испытывать кручение.

6. Список литературы

1.  Г.А. Нехаев. Проектирование и расчет стальных цилиндрических резервуаров и газгольдеров низкого давления: Учебное пособие. – М.: Изд-во АСВ, 2005.-216 с.

2.  Металлические конструкции / под ред. Н.С. Стрелецкого, - 3-е изд. – М.: Госиздат., 1961.-776 с.

3.  Металлические конструкции / под ред. Е.И. Беленя, - 6-е изд. – М.: Стройиздат., 1985.-560 с.

4.  СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования. – М: ЦИТП, 1991. 96 с.

5.  СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. – М: Министерство строительства Российской Федерации, 1996. 43 с.