Конструирование вертикального резервуара (стр. 2 из 4)
Свободный член канонического уравнения (2.23) [1]
Цилиндрическая жесткость окрайки днища
Полученные значения подставим в уравнение (2.23) [1]
Отсюда М0=14,52(кН×см)/см.
Требуемое расчетное сопротивление по пределу текучести для листов окраек по формуле:
где γс=1,0; γкр=1,2.
Величина отрыва днища от фундамента определяется по формуле (2.24) [1]
Если применить кольцевой железобетонный фундамент, то ширина кольца по верху должна быть более l=55,1см.
Днище располагается на кольцевых фундаментах из сборных железобетонных плит шириной 1,5 м и толщиной 0,5 м. В центре кольцевого фундамента – песчаная подушка.
Рис.1 Основание под фундамент
5. Расчет и конструирование элементов сферического покрытия
5.1 Установление габаритных размеров сферического покрытия
Назначаем стрелку подъема f и вычисляем радиус сферы купола (рис. 2)
Стрелка подъема купола f:
Радиус сферы:
Центральный угол сферы α определяется по формуле
отсюда α/2=18,92°, α=37,84°.
Длина дуги купола в вертикальной плоскости:
Половину дуги следует разделить на целое число ярусов щитов покрытия и выделить радиус верхнего центрального кольца. Примем длину щита по дуге окружности l0щ=10,0м, при этом радиус центрального кольца согласно рис. 2
которое уточняется после расчета радиальных ребер.
Рис.2 Схема ребристо-кольцевого купола
Определяем число щитов в одном ярусе, исходя из ширины щита по опорному кольцу b0=3,0…3,5м. Количество щитов в одном ярусе:
Примем nщ=64шт.
Купол собирается из трех типов трапециевидных щитов, изготовленных на заводе. Расчетными элементами купола являются:
- радиальные ребра;
- промежуточные кольца;
- опорное кольцо;
- настил.
Ширина щитов:
b0=3,0м;
5.2 Сбор нагрузок на купол
Нагрузки вертикального направления определяются по формулам
- направленные вниз
- направленные вверх
где wтот - нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте z (до середины стрелки подъема купола) от уровня земли
По табл. 2.4 [1] для местности типа В коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, имеет величину k0=0,85 при z=20м,
где w0=0,23 кН/м2 – для Iветрового района;
се2 =-0,6 при Н/D=1/3 [5];
знак «-» учтен направлением ветровой нагрузки на покрытие.
Имеем
так как q1 имеет отрицательное значение, то в дальнейшем расчете учитываются нагрузки, направленные только вниз.
Комбинация нагрузок горизонтального направления на верхнюю часть резервуара (0,4Н):
- нагрузки, вызывающие сжатие опорного кольца купола в виде активного давления ветра и вакуума, определенные по формуле (3.48) [1]:
где wт=w0×k0×с=0,23×0,738×0,5=0.085кН/м2,
коэффициент k0 находится на высоте z=0,8×H=0,8×18,0=14,4м;
k0=0,738.
- нагрузки, вызывающие растяжение опорного кольца: ветровой отсос и избыточное давление по формуле 3.49 [1]
где wт=w0×k0×с=0,23×0,738×1,0=0,17кН/м2, с=1,0;
Вертикальная сосредоточенная нагрузка на узел пересечения радиального ребра с кольцом определяется по формуле 3.50 [1]:
для 1-го кольца при r1=10,947м:
- направленная вниз:
для 2-го кольца при r1=20,849м:
- направленная вниз:
5.3 Расчет радиального ребра купола
Наиболее напряженным будет радиальное ребро между опорным и вторым кольцами. Расчетная схема радиального ребра купола изображена на рис.3
Рис.3 Расчетные схемы радиального ребра купола на нагрузки:
а) горизонтальную; б) вертикальную; в) местную.
Найдем углы наклона касательной с осью x в уровнях опорного кольца (x1=0) и 2-го кольца (х2=9,615м) (см. рис.2) по формуле 3.54 [1]:
α0=18,93°;
α2=12,8°;
Вычислим α1 в уровне 1-го кольца при х1=19,517м.
α1=6,7°;
Для опорного радиального ребра средний угол наклона касательных
то же для ребра между 2-м и 1-м кольцами
Интенсивность нагрузки на опорное радиальное ребро:
Продольные сжимающие усилия в опорном ребре:
где l3=9,615м – см рис. 2
Суммарное продольное сжимающее усилие в опорном ребре определяется по формуле (3.51) [1]
Найдем наибольшее значение изгибающего момента в опорном ребре от распределенной нагрузки рис. 4
Рис.4 Схема загружения опорного ребра распределенной нагрузкой
Левая опорная реакция
Найдем положение сечения с наибольшим изгибающим моментом по формуле (3.52) [1]
где Δq=qp,1-qp,2=5,34-3,56=1,78 кН/м.
Максимальное значение изгибающего момента в этом сечении
где
Радиальные ребра конструируем из двух прокатных швеллеров (рис. 5) из стали марки ВСт3пс6-1 (Rу=24кН/см2).
Ребро работает на внецентренное сжатие.
Считаем, что настил приваривается к радиальным и поперечным ребрам щитов, тем самым обеспечивается устойчивость ребра. Поэтому радиальное ребро будем рассчитывать только на прочность.
Рис.5 Сечение радиального ребра
Высоту сечения ребра принимаем из условия hp=l3/40=961,5/40=24,0см.
Принимаем ребро в виде двух швеллеров №24У (Ашв=30,6см2; Wx=242,0см3).
Проверим принятое сечение радиального ребра на другую комбинацию нагрузок (q1 и W1), вызывающих растяжение.
Продольные растягивающие напряжения в ребре:
Суммарное продольное растягивающее усилие в ребре определяется по формуле:
Поскольку интенсивность распределенной нагрузки направленной вверх, меньше интенсивности нагрузки, направленной вниз, то проверку на прочность ребра по растягивающим усилиям проводить на следует.