Санкт-Петербургский
Государственный
Архитектурно-Строительный Университет
Кафедра металлических конструкций
и испытаний сооружений
Пояснительная записка
к курсовому проекту на тему
Проектирование вертикального
цилиндрического резервуара для нефтепродуктов
Проект выполнил:
Санкт-Петербург
2000г
пункт 1.1 Определение
геометрических размеров резервуара
Обьем резервуара VЗАД=3400 м3, что
больше 2000 м3 , таким образом оптимальную высоту резервуара
определим по следующей формуле:
где
gс1=0.8 – коэффициент условий
работы
gf2=1.1 - коэффициент надежности по нагрузке для гидростатического давления
Rwy=2450 кг/см2 -расчетное
сопротивление сварного стыкового шва (Rwy=Ry) для стали
Вст3сп5-1 (лист 4-10 мм)
D=1.1 см - приведенная
толщина стенки и кровли (V=3400
м3)
r=0.00075 кг/см3 - обьемный
вес жидкости (бензин)
Принимаем предварительно
максимальную высоту стенки резервуара hст=16.16 м, используем листы размером 2*8 м
Nлистов=
hст/hлиста=16.16 /1.99=8.12 шт
Округляем количество
листов по высоте до 8 шт. тогда окончательная высота стенки
составит Hоконч= 15.92 м
Определяем
радиус резервуара r2:
Определяем
длину рулона
Lр=2*p*r2+0.2=2*3.14*8.25+0.2=52.01 м
Определяем
количество листов в рулоне
Lр/lлиста=52.01/7.99=6.51 шт
Принимаем
6.75 шт , тогда LР=6.75*7.99=53.93 м,
и уточняем значение радиуса резервуара
r2
r2=LР-0.2/2*p=(53.93-0.2)/(2*3.14)=8.56 м
Табл.1 Генеральные
размеры резервуара
V,м3
|
Hст,м
|
r2, м
|
H/D
|
Lстенки, м
|
3662
|
1.99*8=15.92
|
8.56
|
0.92
|
53.73
|
cтр.2
Пункт 1.2 Определение толщины
стенки резервуара.
Рис.1
Таблица 2. Определение толщины
стенки резервуара
Номер
сечения i
|
Высота столба жидкости
yi ,м
|
r*gf2*yi
кПа
|
Pизб*gf3кПа
|
(2)+(3),
кПа
|
tвыч,
cм
|
tпрння-тое,
мм
|
tоконч,
мм
|
Марка
стали
|
0
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7 |
8 |
1
|
15,92
|
131,34
|
26,4
|
157,74
|
0,69
|
7
|
|
Вст3сп5-1 |
2
|
13,93
|
114,92
|
26,4
|
141,32
|
0,62
|
7
|
|
Вст3сп5-1 |
3
|
11,94
|
98,50
|
26,4
|
124,9
|
0,55
|
6
|
|
Вст3сп5-1 |
4
|
9,95
|
82,08
|
26,4
|
108,48
|
0,47
|
5
|
|
Вст3сп5-1 |
5
|
7,96
|
65,67
|
26,4
|
92,07
|
0,40
|
4
|
|
Вст3сп5-1 |
6
|
5,97
|
49,25
|
26,4
|
75,65
|
0,33
|
4
|
|
Вст3сп5-1 |
7
|
3,98
|
32,83
|
26,4
|
59,23
|
0,26
|
4
|
|
Вст3сп5-1 |
8
|
1,99
|
16,41
|
26,4
|
42,81
|
0,19
|
4
|
|
Вст3сп5-1 |
Требуемая толщина стенки
резервуара определяется по формуле:
где
r=0,75т/м3 обьемный вес бензина
gf2=1,1 коэффициент надежности по нагрузке для жидкости
Pизб=2,2*1 =2,2 т/м2 Избыточное давление паров
бензина, соответствующее
2200 мм вод. столба
gf3=1,2 коэффициент надежности по нагрузке для
избыточного давления
r2=8,56м
Rwy=2450 кг/см2 -расчетное сопротивление сварного стыкового шва (Rwy=Ry)
для стали Вст3сп5-1 (лист 4-10 мм)
gс1=0.8 – коэффициент условий работы стенки резервуара
стр.3
Пункт1.3 Расчет
стенки резервура на устойчивость
Определение критических
напряжений:
а) мередиональных (scr1)
где с-коэффициент
принимаемый по отнощению r2/tmin=856/0.4=2140; c=0.07
E=2*106 кг/см2
tmin=4 мм=0.4
см
б) кольцевых (scr2)
E=2*106
кг/см2
tcр=(4*4+2*7+6+5)/8
мм=5,125 см
h=Hст-0.33hvar=1592-0.33*796=1329,32
см
hvar=1.99*4=796
см
Сбор продольных сжимающих нагрузок
· P2=(PВАК*gF3+qВ*с2*gF4)*nc=(0.01*1.2+0.006*0.5*1.4)*0.9=
0,01458 кг
· s2=P2*r2/tmin=
0,01458*856/0.4= 31,20 кг/см2
PВАК=100
мм.вод.ст=1 кПа=0.01 кг/см2 gF3=1.2
qВ=0.6 кПа
=0.006 кг/см2 (V район по ветру) с2=0.5 gF4=1.4
nc=0.9
Сбор кольцевых сжимающих нагрузок
· P1=gкров*gF1+(Pснег*gF5+Pвак*gF3-qВ*с1*gF1)*nc=0.0039*1.1+
+(1.6*0.007+0.01*1.2-0.006*0.952*0.9)*0.9=
0,0205кг
PВАК=100
мм.вод.ст=1 кПа=0.01 кг/см2 gF3=1.2
gкровли=(0.35-0.30)/(5000-3000)*3662+0.3=0,39
кН/м2=0.0039 кг/см2 gF1=1.1
Pснег= 0.7
кПа=0.007 кг/см2 (II снеговой
район) gF5=1.6
qВ=0.6
кПа=0.006 кг/см2 (V район по ветру)
с1=0.6*H/D+0.4=0.6*0.92+0.4=0,952
g‘F4=0.94
· s1=P1*r2/2tст+gF1*r*b*nпоясов=
0.0205*856/2*0,4+1.1*0.00785*199*4= 28,80 кг/см2
r=7.85 т/м3=7850кг/м3=7850/(100*100*100)= 0,00785 кг/см3
Проверка устойчивости
Условие устойчивости стенки
s1/scr1+s2/scr2 <=gc2=1
28.80/68.69+31.20/10.90= 0,41+ 2,86= 3.27>1
Требуется установка ребер
(колец) жесткости. Устанавливаем одно ребро жесткости на отметке 7.96м
(середина высоты резервуара), тогда ;
scr1=68.69 кг/см2
s1=P1*r2/2tст+gF1*r*b*nпоясов=
0.0298*856/2*0,4+1.1*0.00785*199*4= 28,80 кг/см2
s2=P2*r2/tmin=
0,01458*856/0.4= 31,20 кг/см2
Проверка устойчивости
Условие устойчивости стенки
s1/scr1+s2/scr2 <=gc2=1
28.80/68.69+31.20/12.55= 0,41+ 2,48=2.85>1
Требуется установка
дополнителных ребер (колец) жесткости. Устанавливаем два кольца жесткости на
отметках 5.97м и 9.95 м , тогда ;
scr1=68.69 кг/см2
s1=P1*r2/2tст+gF1*r*b*nпоясов=
0.0205*856/2*0,4+1.1*0.00785*199*3= 26,62 кг/см2
s2=P2*r2/tmin=
0,01458*856/0.4= 31,20 кг/см2
Проверка устойчивости
Условие устойчивости стенки
s1/scr1+s2/scr2 <=gc2=1
26.62/68.69+31.20/16.73= 0,39+ 1,86=2.25>1
Требуется установка
дополнителных ребер (колец) жесткости. Устанавливаем три кольца жесткости на
отметках 3.98 м и 7.96 и 11.94 м , тогда ;
scr1=68.69 кг/см2
s1=P1*r2/2tст+gF1*r*b*nпоясов=
0.0205*856/2*0,4+1.1*0.00785*199*2= 25,06 кг/см2
s2=P2*r2/tmin=
0,01458*856/0.4= 31,20 кг/см2
Проверка устойчивости
Условие устойчивости стенки
s1/scr1+s2/scr2 <=gc2=1
25.06/68.69+31.20/25.09= 0,36+ 1,24=1.6>1
Увеличиваем толщину листов
верхней части стенки до 5 мм, тогда;
где с-коэффициент
принимаемый по отнощению r2/tmin=856/0.5= 1712; c=0.07
s1=P1*r2/2tст+gF1*r*b*nпоясов=
0.0205*856/2*0,5+1.1*0.00785*199*2= 20.67 кг/см2
s2=P2*r2/tmin=
0,01458*856/0.5= 24,96 кг/см2
Проверка устойчивости
Условие устойчивости стенки
s1/scr1+s2/scr2 <=gc2=1
20.67/85.86+24.96/35.07= 0,24+ 0.71=0.95<1
Условие
устойчивости выполняется следовательно оставляем текущую конструкцию стенки
резервуара:
1,2,3,4,5
листы сверху приняты толщиной 5мм, 6лист -6мм, 7,8 листы -7 мм.
Установлены
три кольца жесткости на отметках 3.98 м и 7.96 и
11.94
м
Расчет сопряжения стенки с днищем
MY=0.1*p*r2*tст
P=r*gf2*H+Pизб*gf3
P=0.00075*1.1*1592+0.22*1.2=1.57 кг/см2
MY=0.1*1.57*856*0.7=
94,1 кг*см
кг/см2
для резервуаров высокого
давления необходимо учитывать растягивающие усилия от Pизб
и ветровой нагрузки s1
p1=( Pизб*gf3+ gf4*с1*qв)ncgf1’*gкр-gf1’*gст
p1=(0.22*1.2+1.4*0.952*0.006)0.9-0.95*0.0039=0,244-0,00371= 0,241
s1=P1*r2/2tст-gf1’*gкр-gf1’*gст =0.241*856/2*0.7-0.95*0.00785*199*8=
= 147,35- 8,31= 139,04 кг/см2
Суммарное напряжение ss
ss=sM+s1=1152.24-139.04= 1013,2 кг/см2<RY*gC=2450*0.8= 1960 кг/см2
Принимаем крепление стенки
к днищу двумя угловыми швами
Условие прочности сварного шва по металлу шва:
Сварку ведем
полуавтоматическим способом, с применением сварочной
проволоки Св-08А с Rwun=4200
кг/см2
Rwf=0.55
Rwun/gwm=0.55*4200/1.25= 1848 кг/см2
1)Катет шва принимаем kf=5мм ;bf=0.7
Wf=(bf*kf)2/6=(0.7*0.5)2/6=
0.0204 см3
2445,41 кг/см2< 1848*1*1 кг/см2
2)Катет шва принимаем kf=6мм ;bf=0.7
Wf=(bf*kf)2/6=(0.7*0.6)2/6=
0,0294 см3
1716,20кг/см2<1848*1*1
кг/см2
Условие прочности металла
шва выполняется
Производим поверку
крепления стенки к днищу на отрыв :
Rth=0.5*Run/gwm=0.5*2500/1.05= 1190,48 кг/см2
1716,20кг/см2> Rth*gc= 1190,48
кг/см2
Условие не
выполняется следовательно увеличиваем катет шва kf=7мм
Wf=(bf*kf)2/6=(0.7*0.7)2/6=
0,0400см3
1275,56 кг/см2> Rth*gc= 1190,48
кг/см2
Условие не
выполняется следовательно увеличиваем стенку до 8 мм
И катет шва до kf=8мм
MY=0.1*p*r2*tст
MY=0.1*1.57*856*0.8=
107,51 кг*см
p1=( Pизб*gf3+ gf4*с1*qв)nc-gf1’*gкр-gf1’*gст
p1=(0.22*1.2+1.4*0.952*0.006)0.9-0.95*0.0039=0,244-0,00371= 0,241
s1=P1*r2/2tст-gf1’*gкр-gf1’*gст =0.241*856/2*0.8-0.95*0.00785*199*8*0.8=
= 147,35- 8,31= 139,04 кг/см2 128,935- 9,50= 119,44
кг/см2
Wf=(bf*kf)2/6=(0.7*0.8)2/6=
0,0523см3
1113,13 кг/см2< Rth*gc= 1190,48
кг/см2
Условие прочности выполняется следовательно окончательно принимаем
толщину нижнего листа стенки резервуара 8 мм и катет шва kf=8мм
Расчет анкерного крепления
стенки
Подъемная сила Nп
будет равна
NП=gf3*Pизб*p*r2=1.2*0.22*3.14*8562= 607409 кг
Удерживающая сила Nуд
Nуд=gf1(gкровли+gстенки+gокрайков)=0.9(8973+47027+1827,2)= 52045
кг
gкровли=0.0039*p*r2=0.0039*3.14*8562=
8973 кг
gстенки=0.007*7850*0.01*15.92*2*p*r= 47027 кг
gокрайков=0.2*
gднища=0.2*9136= 1827,2 кг
gднища=tднища*p*(r+5)2=0.5*3.14*(861)2*0.00785=
9136 кг
Nанкерн.болтов=
NП- Nуд=607409-52045=
555364 кг
Количество
анкерных болтов при
установке их через 1510 см
(10 град.) равно
36 штук
Усилие на один
болт
Nанк.болта=Nанк.болт.общ/nболтов=555364/36=
15427 кг
Применяем болты нормальной
точности из стали марки Вст3кп2
с расчетным сопротивлением
стали растяжению
145 мпа(1500 кг/см2)
Требуемая площадь анкерного болта
Aтр.болта.нт=Nболта/Rболта=15427/1500=
10,3 см2
Диаметр болта принимаем 42 мм с Аб.нт=11.3 см2
Определим высоту ребра (4
шт), из длины сварных швов учитывая
Срезы 20 х 20 с обоих сторон
Требуемая длина сварных
швов lw при
катете шва 6 мм
lw= Nболта/4bf*kf*Rwf=15427/4*0.6*0.9*1848=
3,9+1+4=8.9 см
При полуавтоматической
сварке проволокой СВ-08А с
Rwun=4200
кг/см2 и Rwf=4200*0.55/1.25= 1848 кг/см2
В нижнем положении и диаметре
проволоки 1.4-2 мм
Коэффициент bf=0.9
Принимаем
конструктивно hст=20 см
Определяем толщину
накладной пластины из стали Вст3сп5
С RY=2400 кг/см2
при lпластины=120
мм
Мпластины= Nболта* lпластины/4=15427*12/4= 46281 кг*см
Wтр= Мпластины/ RY=46281/2400= 19,28 cм3
Ширина пластины b=180
мм
Толщина пластины
= 2,54 см
Принимаем размеры пластины 18
х 2.6 см
Кольцо жесткости принимаем из уголка с полкой b=(1/100D=
=0.01*856*2=
17,12)=18см т.е неравнопол.уголок 180 х
110 х 10
Расчет торосферической кровли
Сбор нагрузок
P¯= gкровли*gf1+(gf5*PСНЕГ+gf3*Pвакуума)*0.9=
=0.0039*1.05+(1.6*0.007+1.2*0.01)0.9=0,0250
кг/см2
P= -gкровли*gf1’+(gf3*Pизб+gf4*qв*с1)0.9=
=-0.0039*0.9+0.9(1.2*0.22+1.4*0.006*0.952)=
0,241 кг/см2
Проверка средней части оболочки по прочности
Предварительно принимаем
толщину листов кровли tоб=5мм
s=0.241*856/2*0.5= 206,3 кг/см2 <Rwy*gc=2450 кг/см2
прочность в средней части
кровли обеспечена
Проверка средней части оболочки по устойчивости
sCR=0.1*2100000*0.5/856 =122,7 кг/см2
s=0.025*856/2*0.5= 21,4 кг/см2 <sCR=122,7 кг/см2
Устойчивость в средней части
кровли обеспечена
Проверка оболочки в месте примыкания ее к стенке по устойчивости
P=0,241
кг/см2 <
1/4*1.21*(0.52/8562-2*333.842)=
0,3025*2100000* *4,90e-7= 0,311 кг/см2
Устойчивость оболочки в
месте примыкания кровли к стенке обеспечена.
Окончательно принимаем
толщину листов кровли tоб=5мм