CC BY
146
© П.В. Бурков, С.П. Буркова, В.Д. Брюханов, 2011
УДК 624.953
П.В. Бурков, С.П. Буркова, В.Д. Брюханов ВЛИЯНИЕ ВЕТРОВОЙ НАГРУЗКИ
НА ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ВЕРТИКАЛЬНОГО СТАЛЬНОГО РЕЗЕРВУАРА
Cоздана модель резервуара, на который действует ветровая нагрузка, и рассматриваются возможные последствия после снятия этой нагрузки.
Ключевые слова: резервуар вертикальный стальной, ветровая нагрузка, потеря устойчивости..
Действие ветра на сооружения проявляется в виде статической ветровой нагрузки и в возбуждении колебаний конструкций. Недостаточность знаний о действии ветра на сооружение приводила к обрушению строительных конструкций, в частности резервуаров. Основными причинами аварий были ошибки в назначении величины расчетной ветровой нагрузки, неправильное представление о характере ее распределения по сооружению, недостаточный учет аэродинамических характеристик, вибрация конструкций.
Целью работы является анализ влияния ветровой нагрузки на резервуар, а также моделирование резервуара, с действующими на него ветровыми нагрузками, с помощью современных программных комплексов.
Реакция сооружений на ветер будет различной: жесткие конструкции воспринимают ее как статическую, реакция гибких конструкций зависит от частоты свободных (собственных) колебаний. Ветровая нагрузка на сооружения в основном зависит от геометрических параметров сооружения и скорости ветра. Тема ветровой нагрузки слабо освещена в отечественной литературе, то же относится и к нормативным документам, касающимся контроля технического состояния резервуаров, находящихся в эксплуатации [1-3].
Основным конструктивным элементом резервуаров рассматриваемого вида является цилиндрическая стенка, которая представляет собой очень тонкостенную, а значит и малоустойчивую, оболочку, имеющую, к тому же, многочисленные начальные несо-
вершенства геометрии, что также снижает общую ее устойчивость. Нужно также иметь в виду постоянно развивающиеся процессы коррозии, приводящие к уменьшению толщины поясов цилиндрической стенки, которые совместно с ветровой нагрузкой могут привести к потере устойчивости рассматриваемых сооружений. Это заставляет постоянно держать под контролем и совершенствовать теоретическую базу оценки устойчивости рассматриваемых сооружений.
Ветровая нагрузка w0 определяется в соответствии с районированием территории РФ по нормативному значению ветрового давления, которое принимается по [3], где указано всего 8 ветровых районов. Однако существуют также территориальные строительные нормы, например СНКК 20-303-2002 [4-5], в котором приведены особые и горные ветровые районы с нормативным давлением до 70 кгс/м2.При этом, в соответствии с [3], только для горных и малоизученных районов величину w0 допускается устанавливать на основе данных метеостанций Росгидромета. Нормативное значение w0 на основе этих данных определяют по формуле w0=0,062 v02, где v0 — скорость ветра, м/с, на уровне 10 м над поверхностью земли для местности типа А, соответствующей 10-минутному интервалу осреднения и превышаемой в среднем 1 раз в 5 лет. Но опыт показывает, что нормативная скорость ветра, определенная в соответствии с [3], может превышаться: например, для Самары метеостанцией зарегистрирована скорость ветра v= 26 м/с вместо нормативной 24,7 м/с, т.е. нормативное давление превышено в 1,1 раза. В связи с этим возникает вопрос об определении скорости ветра и ветрового давления, принимаемых для анализа состояния стенки резервуаров после влияния ветровой нагрузки, как при монтаже, так и при эксплуатации.
Принимая во внимание [6-8] в работе рассмотрен резервуар вертикальный стальной вместимостью 1000 м3, предназначенный для хранения нефти и нефтепродуктов с характеристиками: R = 10,43 м, H = 12 м, на который воздействует ветровая нагрузка равная 60 кгс/м 2 (V ветровой район)
С помощью программного комплекса Inventor произведен расчет, который показал, что вследствие воздействия ветровой нагрузки на стенку резервуара возникают напряжения, результатом которых является смещение по оси. На рис.1 хорошо видно, что наибольшие напряжения возникают в нижней части,
Рис. 1. Изображение напряженно-деформированного состояния стенки РВС в программном комплексе Inventor
так как в целях сохранения устойчивости РВС жестко закреплен на фундаменте. Смещение (рис.3) в свою очередь больше проявилось в верхней части, обладающей большей степенью свободы по сравнению с нижней.
Преимущества программных комплексов (Inventor, Ansys) использующих метод конечных элементов как численный метод очевиден. Это, прежде всего, возможность сведения задачи к системе линейных или нелинейных алгебраических уравнений непосредственно, без предварительной формулировки их дифференциальных аналогов. Проведение многодисциплинарных расчетов позволяет объективно оценить всю совокупность факторов воздействующих на расчетную модель и получить результаты максимально приближенные к результатам натурных испытаний.
Рис. 2. Графическая интерпретация результатов НДС стенки
Рис. 3. Изображение смещения стенки РВС в результате воздействия ветровой нагрузки в программном комплексе Inventor
Статья выполнена в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» НА 2009-2013 гг. ГК № П1404 от 03.09.2009 г. проект «Исследование физикомеханических процессов взаимодействия породоразрушающего инструмента с обрабатываемой средой при бестраншейной прокладке трубопроводов методом
Рис. 4 Графическая интерпретация результатов смещения стенки.
наклонно-направленного бурения».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ПБ 03-381-00. Правила устройства вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов. - М.: изд. Госгортехнадзора России, 2001.
2. ПБ 03-381-03. Правила устройства вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов. - М.: ГУП «НТЦ «Промышленная безопасность», 2003.
3. СНиП 2-01.07-85*. Нагрузки и воздействия. - М., 2003
4. СНиП 2-23-81*. Нормы проектирования. Стальные конструкции. - М.,
1991.
5. СНКК 20-303-2002. Нагрузки и воздействия. Ветровая и снеговая нагрузки. - Краснодар, 2003.
6. Савицкий Г.А. Ветровая нагрузка на сооружения. - М.: изд. Лит-ры по строительству, 1972.
7. Егоров. Е.А., Федоряка Ю.В. Исследование вопросов устойчивости стальных вертикальных цилиндрических резервуаров // Металлические конструкции. - 2006. - Т. 9, №1. - С. 89-97.
8. Бурков П.В., Епифанцев К.В. Анализ концентраторов напряжений, возникающих при испытаниях секции крепи МКЮ.2Ш-26/53 в COSMOS-Works //Горный информационно-аналитический бюллетень, 2010. - т. - № . - С. 16-26.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Бурков n.B. - доктор технических наук, профессор,
Буркова С.П. - кандидат технических наук, доцент,
Брюханов BД. - магистрант,
Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, e-mail: [email protected]
