|
|
|
|||||||
![]() ![]() |
![]() ![]() |
![]() ![]() |
![]() ![]() |
![]() ![]() |
|||||
|
|||||||||
![]() |
УДК 624.953:624.046.03 Решение линейной задачи устойчивости стальных вертикальных резервуаров при ветровой нагрузке /Федоряка Ю.В. аспирант (ПГАСиА, Украина)/.
Актуальность. Проблема устойчивости стальных вертикальных резервуаров (РВС), используемых для хранения нефтепродуктов, имеет немаловажное значение, т.к. при полной потере устойчивости резервуар становится неработоспособным, и его конструкции практически не подлежат восстановлению. Расчеты устойчивости РВС, эксплуатируемых в климатических условиях Украины, показывают, что составляющая от кольцевых напряжений, вызванных действием ветровой нагрузки и вакуума, имеет преобладающее значение. Поэтому проблема устойчивости резервуаров при ветровой нагрузке является весьма актуальной. Постановка проблемы. Ветровая нагрузка на вертикальные цилиндрические резервуары в нормах проектирования [1] представлена в виде неравномерного знакопеременного внешнего давления, действующего на цилиндрическую стенку, и равномерного пассивного давления, действующего на кровлю резервуара. При оценке устойчивости РВС влиянием пассивного давления на кровлю пренебрегают, в качестве расчетной схемы рассматривается отдельно цилиндрическая стенка с шарнирно опертыми краями. Неравномерное ветровое давление приводится к равномерному внешнему давлению. Операция приведения выполняется следующим образом:
где
В нормах проектирования
[2]
коэффициент приведения принят равным 0,5 для всех резервуаров. Данное
положение представляется спорным, поскольку геометрические параметры
резервуаров изменяются в весьма широком диапазоне:
здесь
Из (2) очевидно, что коэффициент приведения определяется также в зависимости от условий закрепления краев оболочки. Как ранее отмечалось, в отечественных нормах проектирования условия закрепления приняты шарнирными. Однако в действительности соединение стенки с днищем – сварное, что соответствует упругому защемлению, а условия закрепления стенки по верхнему краю определяются в зависимости от конструктивного решения кровли резервуара. Данное обстоятельство никак не учитывается в [2, 4]. Задача устойчивости РВС при ветровой нагрузке является частным случаем задачи устойчивости цилиндрических оболочек при неравномерном давлении. В [5] отмечено, что такие задачи могут решаться в линейной или нелинейной постановке. Там же ([5]) для оценки применимости того или иного метода расчета предложен параметр изменяемости внешней нагрузки:
где
где
В
[5]
установлено, что для цилиндрических оболочек, нагруженных давлением (4),
область применимости бифуркационного расчета ограничена диапазоном значений
параметра
Анализ разложения в
тригонометрический ряд давления (4) и ветровой нагрузки показал, что при
по окружности ветровой
нагрузки. Однако геометрические параметры оболочек, рассматриваемых в [5],
не соответствуют геометрическим параметрам рассматриваемых резервуарных
оболочек, следовательно, остается неопределенным число волн
В качестве расчетного метода в данной работе принят метод конечных элементов. Задача устойчивости решается в линейной постановке.
Содержание исследований.
Все расчеты проводились с использованием программного комплекса «ЛИРА 9.0»,
реализующего метод конечных элементов. Рассматривались цилиндрические
оболочки с такими геометрическими параметрами:
Численные значения критического равномерного давления сравнивались с известными теоретическими значениями. Сопоставление результатов показало, что отклонения при обоих вариантах ГУ не превышают 5%.
Результаты расчетов для
двух загружений представлены в виде графиков зависимости критической
нагрузки
Рис. 1. Параметр критического неравномерного давления и критическое равномерное давление для оболочек:
а) при
а)
б)
в)
Из графиков, приведенных
на рис. 1, видно, что с увеличением параметра
Полученные результаты
позволяют определить значения
где
Анализ полученных
результатов показывает, что расхождения между значениями коэффициента
На рис. 2 приведены
графики зависимости значений коэффициента
Рис. 2. Коэффициент
приведения ветровой нагрузки
Из графиков видно, что для
более тонких и коротких оболочек значение коэффициента
ВЫВОДЫ
1.
Результаты решения
линейной задачи устойчивости указывают на наличие зависимости коэффициента
приведения ветровой нагрузки
2. Значения критических
нагрузок для оболочек с защемленными краями превышают аналогичные значения
критических нагрузок шарнирно опертых оболочек при действии ветровой
нагрузки в
3. Для рассматриваемых
оболочек параметр изменяемости ветровой нагрузки составляет
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ: 1. СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия / Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1987. – 36 с. 2. ВБН В 2.2-58.2-94. Резервуари вертикальні сталеві для зберігання нафти і нафтопродуктів з тиском насичених парів не вище 93,3 кПа / Державний Комітет України по нафті і газу. – Київ, 1994. – 95 с. 3. CEN/TC 250/SC3/PT4 Eurocode 3: Design of steel structures. Part 1-6: General Rules: Supplementary Rules for Shell Structures. – Brussels: Centr. Secr., 1999. – 83 p. 4. СНиП II-23-81* Стальные конструкции. Нормы проектирования / Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990. – 96 с. 5. Андреев Л.В., Ободан Н.И., Лебедев А.Г. Устойчивость оболочек при неосесимметричной деформации. – М.: Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. – 207 с.
|
||||||||
![]() |
|||||||||
![]() |
|||||||||
![]() |
|||||||||
![]() |
|||||||||
![]() |
|||||||||
![]() |
|||||||||
![]() |
|||||||||
![]() |
|||||||||
|
|||||||||