ГОСТ Р 51273-99

 

Сосуды и аппараты

НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА
НА ПРОЧНОСТЬ

Определение расчетных усилий для аппаратов
колонного типа от ветровых нагрузок
и сейсмических воздействий

 

 

ГОССТАНДАРТ РОССИИ

Москва

 

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Техническим комитетом ТК 260 «Оборудование химическое и газонефтеперерабатывающее»

2 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 6 мая 1999 г. № 158

3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ГОСТ Р 51273-99

Сосуды и аппараты

НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ

Определение расчетных усилий для аппаратов колонного типа
от ветровых нагрузок и сейсмических воздействий

Дата введения 2000-01-01

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает метод определения расчетных усилий, возникающих в элементах вертикальных цилиндрических сосудов (аппаратов колонного типа) от ветровых нагрузок и сейсмических воздействий.

Для аппаратов колонного типа сочетания нагрузок при различном состоянии (монтаж, испытание, эксплуатация) устанавливаются по ГОСТ Р 51274.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использована ссылка на ГОСТ Р 51274-99 Сосуды и аппараты. Аппараты колонного типа. Нормы и методы расчета на прочность.

3 Общие требования

3.1 Расчету на ветровую нагрузку подлежат аппараты, устанавливаемые на открытой площадке.

3.2 Расчету на сейсмические воздействия подлежат аппараты, предназначенные для установки в районах с сейсмичностью 7 и более баллов по шкале MSK-64.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

3.3 Расчетная схема

3.3.1 В настоящем стандарте рассмотрены вертикальные аппараты, закрепленные в нижних сечениях.

В качестве расчетной схемы аппарата принимают консольный упруго защемленный стержень (рисунок 1).

В случае другого способа опирания расчет ведут по специальной методике, согласованной с разработчиком стандарта.

Рисунок 1 - Расчетная схема аппарата

3.3.2 Аппарат по высоте разбивают на z участков, где высота участка h_i £ 10 м.

3.3.3 Нагрузки (весовая, ветровая и сейсмическая) рассматривают как сосредоточенные силы, приложенные в серединах каждого из z участков.

Нагрузку от веса прикладывают вертикально, а ветровую и сейсмическую нагрузки - горизонтально.

3.4 Условные обозначения и размерность величин, указанных в стандарте, приведены в приложении А.

4 Определение периода собственных колебаний

4.1 Период основного тона собственных колебаний аппарата постоянного сечения с приблизительно равномерно распределенной по высоте аппарата массой следует определять по формуле

                                                           (1)

где                                                           (2)

При отсутствии данных о фундаменте в первом приближении допускается принимать Т = Т₀.

4.2 Период основного тона собственных колебаний аппарата переменного сечения следует определять по формуле

                                                  (3)

где C_F - коэффициент неравномерности сжатия грунта, определяют поданным инженерной геологии, а при отсутствии таких данных C_F = 6 × 10⁷ Н/м³ (6 × 10⁶ кгс/м³);

a_i - относительное перемещение центров тяжести участков, рассчитывают по формуле

                                                    (4)

где b_i - коэффициент по рисунку 2 или по формулам:

                           (5)

g - коэффициент, определяемый по формуле

                                   (6)

D, l, m - коэффициенты по рисунку 3 или по формулам:

 

                                                      (7)

Для аппаратов с двумя переменными жесткостями коэффициенту определяют по формуле (5), при этом H₃ = 0.

Рисунок 2 - Коэффициенты b_i, b_k

Рисунок 3 - Коэффициенты D, l, m.

Для аппаратов с числом переменных жесткостей более трех коэффициенту определяют другими методами, согласованными с разработчиком стандарта.

4.3 Общий период колебаний для групповых аппаратов (число аппаратов z_k), установленных на общем фундаменте и жестко связанных в горизонтальном направлении, следует определять по формуле

                                                        (8)

5 Определение расчетного изгибающего момента от ветровой нагрузки

5.1 Расчетный изгибающий момент в сечении на высоте х₀ следует определять по формуле

                                               (9)

5.2 Ветровую нагрузку на i-м участке определяют по формуле

P_i =P_{i st} + P_{i dyn}.                                                      (10)

5.3 Среднюю составляющую ветровой нагрузки на i-м участке определяют по формуле

P_{i st} = q_{i st}D_ih_i.                                                      (11)

5.4 Пульсационную составляющую ветровой нагрузки на i-м участке определяют по формуле

P_{i dyn} = vG_ixh_i.                                                     (12)

5.5 Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на середине i-го участка аппарата (на высоте х_i над поверхностью земли) определяют по формуле

q_{i st} = q₀Q_iK,                                                       (13)

где q₀ - нормативное значение ветрового давления по таблице 1;

Q_i - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте аппарата, по рисунку 4 или по формулам:

                                             (14)

К - аэродинамический коэффициент по таблице 2.

Таблица 1 - Нормативное значение ветрового давления q₀

Таблица 2 - Аэродинамический коэффициент К

^* Стрелкой указано направление ветра.

Рисунок 4 - Коэффициенты Q_i, Q_j

5.6 Коэффициент динамичности x определяют по рисунку 5 или формуле

x = 1,1 + ,                                                          (15)

где x - параметр, определяемый по формуле

                                                      (16)

Рисунок 5 - Коэффициент x

5.7 Приведенное относительное ускорение центра тяжести i-го участка определяют по формуле

                                                     (17)

где a_i и a_k - относительные перемещения i и k-го участков, определяют по формуле (4);

т_k и m_j - коэффициенты пульсации давления ветра для середины соответственно k-го участка на высоте х_k и j-й площадки на высоте х_j по рисунку 6 или формулам:

                               (18)

Рисунок 6 - Коэффициенты пульсации давления ветра m_k, m_j

5.8 Коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра v определяют по рисунку 7 или формуле

v = 0,968 - 0,025.                                               (19)

Рисунок 7 - Коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра v

5.9 Изгибающий момент в сечении на высоте х₀ от действия ветровой нагрузки на обслуживающую j-ю площадку следует определять по формуле

M_vj = Kq₀Q_j(х_i - х₀)(1 + 0,75xχ_jm_j)SA_р.                                       (20)

При отсутствии точных данных о форме площадки изгибающий момент M_vj определяют по формуле

M_vj = Kq₀Q_j(х_i - х₀)(1 + 0,75xχ_jm_j)A_j,                                        (21)

где К - аэродинамический коэффициент по таблице 2;

SA_р - сумма площадей всех проекций профилей j-й площадки на плоскость, перпендикулярную направлению ветра, м²;

A_j - площадь, ограниченная контуром j-й площадки, м²;

χ_j - коэффициент по рисунку 8 или формуле

                                                      (22)

т_j - коэффициент пульсации давления ветра по рисунку 6;

Q_j - коэффициент по рисунку 4.

Рисунок 8 - Коэффициент χ_j

6 Определение расчетного изгибающего момента от сейсмических воздействий

6.1 Сейсмическую нагрузку, приложенную в середине i-го участка и соответствующую первому тону собственных колебаний аппарата, определяют по формуле

                                              (23)

где b - коэффициент динамичности по рисунку 9 или по формуле, но во всех случаях b принимают не менее 0,8 и не более 2,5

                                                           (24)

K_s - сейсмический коэффициент, выбирают в зависимости от района установки аппарата по таблице 3;

a_i, a_k - относительное перемещение центров тяжестей участков, определяют по формуле (4).

Таблица 3 - Сейсмический коэффициент К_s

^* Сейсмичность населенных пунктов - по СНиП II-7-81 [2].

Рисунок 9 - Коэффициент динамичности b

6.2 Максимальный изгибающий момент в нижнем сечении аппарата при учете только первой формы колебаний определяют по формуле

                                                         (25)

6.3 Расчетный изгибающий момент с учетом влияния высших форм колебаний при необходимости устанавливают специальными методами.

В качестве первого приближения расчетный изгибающий момент M_R в сечении на высоте x₀ с учетом влияния высших форм колебаний следует выбирать в зависимости от М_max по эпюре рисунка 10.

Рисунок 10 - Эпюра для определения изгибающего момента M_R

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(обязательное)

Условные обозначения и размерность величин

a_i (a_k) - относительное перемещение центров тяжести i-го (k-го) участка аппарата, 1/(Н × м) [1/(кгс × м)]

С_F - коэффициент неравномерности сжатия грунта, Н/м³ (кгс/м³)

D_i (D_l, D_z) - наружный диаметр i-го (1, z-го) участка аппарата (рисунок 1), м

Е - модуль продольной упругости материала при расчетной температуре, Н/м² (кгс/м²)

G - общий вес аппарата, Н (кгс)

G_i (G₁, G₂, G_k, G_z) - вес i-го (1, 2, k, z-го) участка аппарата (рисунок 1), Н (кгс)

G_l - вес каждого отдельного (из групповых) аппаратов, Н (кгс)

g - ускорение силы тяжести, м/с²

H - высота аппарата (рисунки 1, 3, 10), м

Н₁, H₂, H₃ - высота 1, 2, 3-го участков аппарата переменного сечения (рисунок 3), м

H_l - высота каждого отдельного (из групповых) аппарата, м.

h_i (h₁, h₂, h_z) - высота i-го (1, 2, z-го) участка аппарата (рисунок 1), м

I - момент инерции верхнего основного металлического сечения аппарата относительно центральной оси, м⁴

I₁, I₂, I₃ - момент инерции верхнего металлического сечения 1, 2, 3-го участков аппарата переменного сечения относительно центральной оси (рисунок 3), м⁴

I_F - минимальный момент инерции подошвы фундамента, м⁴

М_max - максимальный изгибающий момент в нижнем сечении колонны, Н × м (кгс × м)

M_R - расчетный изгибающий момент в сечении на высоте x₀ от сейсмических воздействий, Н × м (кгс × м)

M_v - расчетный изгибающий момент в сечении на высоте x₀ от действия ветра, Н × м (кгс × м)

M_vj - изгибающий момент от действия ветра на обслуживающую j-ю площадку в сечении на высоте х₀, Н × м (кгс × м)

т - число площадок над расчетным сечением

п - число участков аппарата над расчетным сечением

P_i (P₁, P₂, P_z) - ветровая нагрузка на i-м (1, 2, z-ом) участке аппарата (рисунок 1), Н (кгс)

P_{i dyn} - средняя составляющая ветровой нагрузки на i-м участке, Н (кгс)

Р_{i st} - пульсационная составляющая от ветровой нагрузки на i-м участке, Н (кгс)

q₀ - нормативное значение давления ветра, Н/м² (кгс/см²)

q_ist - нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на середине i-го участка аппарата, Н/м² (кгс/см²)

S_i - сейсмическая нагрузка в середине i-го участка, Н (кгс)

Т - период основного тона собственных колебаний аппарата, с

x₀ - высота расчетного сечения аппарата от поверхности земли (рисунок 1), м

x_i (x_k) - расстояние от середины i-го (k-го) участка от поверхности земли (рисунок 1), м

x_j - высота обслуживающей площадки от поверхности земли, м

z - число участков

z_k - число аппаратов

h_i - приведенное относительное ускорение центра тяжести i-го участка аппарата

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

(справочное)

Библиография

[1] СНиП 2.01.07-85 Строительные нормы и правила. Нагрузки и воздействия.

[2] СНиП II-7-81 Строительные нормы и правила. Строительство в сейсмических районах.