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
g
с1
=0
.8 –
коэффициент условий работы
g
f2
=1.1 -
коэффициент надежности по нагрузке для гидростатического давления
Rwy
=2450 кг
/с
м
2
-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
.000
7
5
кг
/с
м3
- обьемный вес жидкости (бензин)
Принимаем предварительно максимальную высоту стенки резервуара
h
ст
=16
.16
м
,
используем листы размером 2*8 м
N
листов
=
h
ст
/h
листа
=16.16
/1.99=8.12
шт
Округляем количество листов по высоте до 8 шт
.
тогда
окончательная
высота стенки составит
H
оконч
=
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
L
р
/l
листа
=52
.01/7.99=6.51
шт
Принимаем 6.75
шт
,
тогда
L
Р
=6
.75*7.99=53.93
м
,
и уточняем значение радиуса резервуара
r2
r2
=L
Р
-0.2/2*
p
=(53.93-0.2)/(2*3.14)=8.56
м
Табл
.1
Генеральные размеры резервуара
| V,
м3 |
H
ст , м |
r2
, м |
H/D
|
L
стенки , 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
|
Высота столба жидкости yi
|
r*gf2*
кПа
|
Pизб*
gf3 кПа |
(2)+(3),
кПа
|
t
cм
|
t
мм
|
t
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
=0,75
т
/
м3
обьемный вес бензина
g
f2
=1,1 коэффициент надежности по нагрузке для жидкости
P
изб
=2
,
2*
1 =2,2
т
/
м2
Избыточное давление паров бензина
,
соответствующее
2200 мм вод
.
ст
олба
g
f3
=1,2 коэффициент надежности по нагрузке для
избыточного давления
r
2
=8,56
м
Rwy
=2450 кг
/с
м
2
-расчетное сопротивление сварного стыкового шва (Rwy
=Ry
) для стали Вст3сп5-1 (лист 4-10 мм)
g
с1
=0
.8 –
коэффициент условий работы стенки резервуара
стр.3
Пункт1.3 Расчет стенки резервура на устойчивость
Определение критических напряжений:
а) мередиональных (
s
cr1
)
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 (
s
cr2
)
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
*
g
F3
+qВ
*с2
*
g
F4
)*nc
=(0.01*1.2+0.006*0.5*1.4)*0.9= 0,01458 кг
·
s
2
=P2
*r2
/tmin
= 0,01458*856/0.4= 31,20 кг/см2
PВАК
=100 мм.вод.ст=1 кПа=0.01 кг/см2
g
F3
=1.2
qВ
=0.6 кПа =0.006 кг/см2
(V район по ветру) с2
=0.5
g
F4
=1.4 nc
=0.9
Сбор кольцевых сжимающих нагрузок
·
P1
=gкров
*
g
F1
+(Pснег
*
g
F5
+Pвак
*
g
F3
-qВ
*с1
*
g
F1
)*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
g
F3
=1.2
gкровли
=(0.35-0.30)/(5000-3000)*3662+0.3=0,39 кН/м
2
=0.0039 кг/см2
g
F1
=1.1
Pснег
= 0.7 кПа=0.007 кг/см2
(II снеговой район)
g
F5
=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
=0.9
4
·
s
1
=P1
*r2
/2tст
+
g
F1
*
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
s
1/
s
cr1+
s
2/
s
cr2 <=
g
c2=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 ;
s
cr1=68.69 кг/см2
s
1
=P1
*r2
/2tст
+
g
F1
*
r
*b*nпоясов
= 0.0298*856/2*0,4+1.1*0.00785*199*4= 28,80 кг/см2
s
2
=P2
*r2
/tmin
= 0,01458*856/0.4= 31,20 кг/см2
Проверка устойчивости
У
s
1/
s
cr1+
s
2/
s
cr2 <=
g
c2=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 ;
s
cr1=68.69 кг/см2
s
1
=P1
*r2
/2tст
+
g
F1
*
r
*b*nпоясов
= 0.0205*856/2*0,4+1.1*0.00785*199*3= 26,62 кг/см2
s
2
=P2
*r2
/tmin
= 0,01458*856/0.4= 31,20 кг/см2
Проверка устойчивости
Условие устойчивости стенки
s
1/
s
cr1+
s
2/
s
cr2 <=
g
c2=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 ;
s
cr1=68.69 кг/см2
s
1
=P1
*r2
/2tст
+
g
F1
*
r
*b*nпоясов
= 0.0205*856/2*0,4+1.1*0.00785*199*2= 25,06 кг/см2
s
2
=P2
*r2
/tmin
= 0,01458*856/0.4= 31,20 кг/см2
Проверка устойчивости
Условие устойчивости стенки
s
1/
s
cr1+
s
2/
s
cr2 <=
g
c2=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
s
1
=P1
*r2
/2tст
+
g
F1
*
r
*b*nпоясов
= 0.0205*856/2*0,5+1.1*0.00785*199*2= 20.67 кг/см2
s
2
=P2
*r2
/tmin
= 0,01458*856/0.5= 24,96 кг/см2
Проверка устойчивости
Условие устойчивости стенки
s
1/
s
cr1+
s
2/
s
cr2 <=
g
c2=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
Расчетсопряжения стенки с днищем
MY
=0.1*p*r2
*t
ст
P=
r
*
g
f2
*H+P
изб
*
g
f3
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
P
изб и ветровой нагрузки
s
1
p1
=(
P
изб
*
g
f3
+
g
f4
*с1
*qв
)nc
g
f1
’
*g
кр
-
g
f1
’
*g
ст
p1
=(
0.22*1.2+1.4*0.952*0.006)0.9-0.95*0.0039=0
,244-0,00371= 0,241
s
1
=P1
*r2
/
2tст
-
g
f1
’
*g
кр
-
g
f1
’
*g
ст
=0.241*856/2*0.7-0.95*0.00785*199*8=
= 147,35-
8,31= 139,04 кг/см2
Суммарное напряжение
s
s
s
s
=
s
M
+
s
1
=1152.24-139.04= 1013,2
кг/см2
<RY
*
g
C
=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
/
g
wm
=0.55*4200/1.25= 1848
кг/см2
1)
Катет шва принимаем
kf
=
5мм
;
b
f
=0.7
Wf
=(
b
f
*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
;
b
f
=0.7
Wf
=(
b
f
*kf
)2
/6=(0.7*0.6)2
/6= 0,0294
см3
1716,20
кг/см2
<1848*1*1
кг/см2
Условие прочности металла шва выполняется
Производим поверку крепления стенки к днищу на отрыв
:
Rth
=0.5*Run
/
g
wm
=0.5*2500/1.05= 1190,48
кг/см2
1716,20
кг/см2
> Rth
*
g
c
= 1190,48
кг/см2
Условие не выполняется следовательно увеличиваем катет шва kf
=
7мм
Wf
=(
b
f
*kf
)2
/6=(0.7*0.7)2
/6= 0,0400
см3
1275,56
кг/см2
> Rth
*
g
c
= 1190,48
кг/см2
Условие не выполняется следовательно увеличиваем стенку до
8 мм
И катет шва до
kf
=
8мм
MY
=0.1*p*r2
*t
ст
MY
=0.1*1.57*856*0.8= 107,51
кг*см
p1
=(
P
изб
*
g
f3
+
g
f4
*с1
*qв
)nc-
g
f1
’
*g
кр
-
g
f1
’
*g
ст
p1
=(
0.22*1.2+1.4*0.952*0.006)0.9-0.95*0.0039=0
,244-0,00371= 0,241
s
1
=P1
*r2
/
2tст
-
g
f1
’
*g
кр
-
g
f1
’
*g
ст
=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
=(
b
f
*kf
)2
/6=(0.7*0.8)2
/6= 0,0523
см3
1113,13
кг/см2
< Rth
*
g
c
= 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
N
п
будет равна
NП
=gf3
*Pизб
*p*r2
=1.2*0.22*3.14*8562
= 607409 кг
Удерживающая сила
N
уд
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
N
анкерн.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
t
об
=5мм