Определение периода собственных колебаний колонных аппаратов является составной частью расчета аппаратов на ветровую нагрузку

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

T = T ₀ ,(1)

где T ₀ = 1,8 H . (2)

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

T = 2 p H , (3)

где C_F - определяется по данным инженерной геологии; при отсутствии таких данных C_F выбирают в зависимости от плотности грунтов по табл. 1.1;

a_i - относительное перемещение центров тяжести участков рассчитываемое по формуле

, (4)

где b_i- коэффициент, определяемый по формуле

(5)

g - коэффициент, определяемый по формуле

g . (6)

Для аппаратов с двумя переменными J₀ и J₁ в формуле (6) следует принимать Н₂ =0;

D, a, m -определяют по формулам

, (7)

, (8)

. (9)

Рис. 1.2. Расчетная схема определения g

Таблица 1.1

Грунт	Коэффициент неравномерности сжатия грунта CF , H/м3
Слабые грунты (материал и шлам в пластичном состоянии, пылевой песок в состоянии средней плотности)
Грунты средней плотности (материал и шлам на границе течения, песок средней плотности)
Плотные грунты (твердый глинистый шлам, гравийный песок, плотный лесс)
Скальные грунты

1.2. Определение изгибающего момента от ветровой нагрузки

При расчете ветровая нагрузка, распределенная непрерывно по высоте аппарата, заменяется сосредоточенными горизонтальными силами P_i, приложенными в серединах участков (рис. 1.1).

Изгибающий момент в расчетном сечении на высоте следует определять по формуле

, (10)

где M_vJ -ветровой момент от действия ветра на площадки обслуживания, МН×м.

Ветровая нагрузка на i - м участке

. (11)

Статическая составляющая ветровой нагрузки на i - м участке

. ( 12 )

Динамическая составляющая ветровой нагрузки на i - м участке

. ( 13 )

Нормативное значение статической составляющей ветровой нагрузки на середине i - го участка аппарата

, ( 14 )

где q ₀ - определяется по табл. 1. 2;

, ( 15 )

для аппаратов круглого сечения K = 0,7.

Таблица 1.2

Коэффициент динамичности x находится в зависимости от параметра

. ( 16 )

Коэффициент динамичности xопределяется по формуле

. ( 17 )

Коэффициент пространственной корреляции пульсации ветра n определяют по формуле:

. ( 18 )

Приведенное относительное ускорение центра тяжести i - го участка

, ( 19 )

где a _i , a _n -относительное перемещение i - го и n - го участка при основном колебании.

Если X > 10, то

. ( 20 )

Если X £ 10, то m _n =0,6.

Изгибающий момент в расчетном сечении на высоте от действия ветровой нагрузки на обслуживающую площадку следует определять по формуле

, ( 21 )

где А_J -общая площадь, включенная в контур площадки, м²;

q_J и m_J- определяются соответственно по формулам (15) и (20), кэффициент c_J - поформуле

. ( 22 )

1.3. Определение расчетного изгибающего момента от сейсмических воздействий

Сейсмические силы являются по существу инерционными силами, действующими на аппарат во время землетрясения. При расчетах сейсмические силы прикладываются горизонтально в середине участков аппарата.

Расчетная сейсмическая сила в середине i - го участка для первой формы колебаний определяется по формуле

, ( 23 )

где b - коэффициент динамичности находят по формуле (24), но во всех случаях bпринимают не менее 0,8 и не более 2,5.

b =1,9/T.( 24 )

Сейсмический коэффициент K_S выбирают в зависимости от района установки колонны по табл. 1.3;

a _i и a _n определяют по формуле ( 4 ).

Таблица 1.3

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

. ( 25 )

Расчетный изгибающий момент M_{R C}в сечении с учетом влияния высших форм колебания рассчитывают по следующим формулам

Если < 0, 75 H,

. ( 26 )

Если ³ 0, 75 H ,

. ( 27 )

Рис. 1.3. Эпюра определения изгибающего момента М_R

1.4.Расчетные сечения колонного аппарата

При расчете колонного аппарата устанавливаются следующие основные расчетные сечения:

- поперечные сечения корпуса колонны в месте изменения толщины стенки или диаметра;

- поперечное сечение корпуса в месте присоединения к опорной обечайке;

- поперечное сечение опорной обечайки в месте присоединения к корпусу колонны;

- поперечное сечение опорной обечайки в местах расположения отверстий;

- поперечное сечение опорной обечайки в месте присоединения опорного кольца.

1.5. Расчетные нагрузки, действующие на колонный аппарат

Расчетное давление Р_Rв рабочих условиях для каждого расчетного сечения определяют по ГОСТ 14249 - 89.

Давление испытания Р_пр определяют по "Правилам устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением" ПБ 10-115-96.

При расчете колонн должны быть учтены следующие весовые нагрузки от собственного веса:

G₁ -вес колонны в рабочих условиях , включая вес обслуживающих площадок , изоляции, внутренних устройств и рабочей среды, МH;

G₂ - вес колонны при гидроиспытании, включая вес жидкости, заполняющей колонну, МH;

G₃ - максимальная нагрузка колонн от собственного веса в условиях монтажа, H;

G₄ - минимальная нагрузка колонны от собственного веса в условиях монтажа ( после установки колонны в вертикальное положение ), МH.

Необходимо учитывать, что нагрузка от веса воды, заполняющей колонну в условиях испытания, действует только на нижнее днище и расчетные сечения опорной обечайки.

При расчете должны быть учтены следующие расчетные изгибающие моменты:

M_G - изгибающий момент от действия эксцентрических весовых нагрузок, в том числе от присоединяемых трубопроводов и других нагрузок, необходимо определять для каждого расчетного сечения, МH×м;

M_V - изгибающие моменты от действия ветровых нагрузок, МH×м;

M_R -изгибающие моменты от сейсмических воздействий, МH×м.

Расчетную температуру для каждого элемента колонного аппарата следует определять по ГОСТ 14249 - 80.

Для элементов нижнего опорного узла обечаек, которые приварены к корпусу колонны и изолированы, расчетную температуру в рабочих условиях определяют по стандарту Р 51274-99.

1.6. Сочетание нагрузок

Колонный аппарат необходимо рассчитывать для следующих трех условий работы аппарата:

- рабочие условия;

- условия испытания;

- условия монтажа.

Примечание:

1. При расчете моментов M_V1 и M_G1 исходят из общей весовой нагрузки в рабочих условиях.

2. При расчете момента M_V2 исходят из общей весовой нагрузки в условиях испытания.

3. При расчете моментов M_V3 и M_R3 исходят из общей весовой нагрузки в условиях монтажа; при расчете M_V4 учитывают изоляцию.

Таблица 1.4

Сочетание нагрузок для условий работы аппарата

1.7. Расчет вспомогательных величин

Диаметр фундаментного кольца:

- внутренний:

м, ( 28 )

- наружный:

м, ( 29 )

где S _оп - толщина стенки опорной обечайки, м.

Момент инерции сечения аппарата

( 30 )

Момент инерции подошвы фундамента

( 31 )

Общая площадь, включенная в контур площадки

м². ( 55 )

2. ПРОГРАММА И ПРИМЕР РАСЧЕТА УСИЛИЙ И МОМЕНТОВ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОЛОННЫЕ АППАРАТЫ, ОТ ВЕТРОВОГО И СЕЙСМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

2.1. Программа расчета усилий и моментов, действующих на колонные аппараты, от ветрового и сейсмического воздействия и ввод исходных данных

Программа расчета усилий и моментов, действующих на колонные аппараты, от ветрового и сейсмического воздействия составлена на алгоритмическом языке Borland Pascal Version 7.0, Borland International Inc. и позволяет выполнять расчеты вертикальных колонных аппаратов постоянного сечения, а также колонн переменного диаметра. При этом число участков с различным диаметром или с различной толщиной стенки не должно превышать трех.

Ввод исходных данных отображается на экране монитора и позволяет многократно редактировать исходные данные. Пример ввода исходных данных для колонного аппарата, имеющего два участка различного сечения с четырьмя площадками обслуживания, приведен на рис. 2.1-2.4.

Рис. 2.1. Ввод общих исходных данных для колонного аппарата

Метками 8w обозначается редактируемое значение, а в столбце пояснений указывается размерность редактируемой величины и возможные пределы ее изменения. Переход к вышележащей или нижележащей строке таблицы исходных данных осуществляется с помощью клавиш пульта ­ или ¯. Для продолжения ввода исходных данных необходимо использовать клавишу  PgDn.

Ввод исходных данных для первого и второго участков, считая сверху вниз по высоте аппарата, приведен на рис. 2.2 и 2.3.

Рис. 2.2. Ввод исходных данных для первого участка колонного аппарата

Рис. 2.3. Ввод исходных данных для второго участка колонного аппарата

Исходные данные для площадок обслуживания вводятся в порядке сверху вниз по высоте аппарата. Координата площадок обслуживания измеряется от поверхности земли (с учетом высоты фундамента). Пример ввода координат площадок обслуживания приведен на рис. 2.4 – 2.6.

Рис. 2.4. Ввод исходных данных для первой площадки обслуживания

Рис. 2.5. Ввод исходных данных для четвертой площадки обслуживания

После ввода всех исходных данных и их проверки выполняют расчет. Результаты расчета для просмотра удобнее отобразить на дисплее. Выбор отображения результатов расчета приведен на рис. 2.6.

Для отображения результатов расчета на страницах приложения к проекту необходимо предварительно записать результы в виде файла, присвоить ему имя, а затем открыть его в формате “Microsot Word” с преобразованием файла из текста MS-DOS.

Рис. 2.6. Выбор отображения результатов расчета

Приложение следует начинать с новой страницы с указанием наверху слова “ПРИЛОЖЕНИЕ” и его обозначения буквами русского алфавита. Под ним в скобках для обязательного приложения пишут слово “Обязательное”. Приложение должно иметь заголовок, который записывается симметрично относительно текста с прописной буквы отдельной строкой.

2.2. Пример расчета усилий и моментов, действующих на колонные аппараты, от ветрового и сейсмического воздействия

Пример расчета усилий и моментов, действующих на колонные аппараты, от ветрового и сейсмического воздействия приведен в приложении А.

Результаты расчета позволяют определить относительное перемещение центра тяжести аппарата, расчетный изгибающий момент и нагрузку от веса аппарата в любом его расчетном сечении Х от поверхности земли.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Берковский М. А. и др. Алгоритмизация расчета на прочность колонных аппаратов с помощью ЭВМ. - М.: ЦИНТИХИМнефтемаш, 1973.-86 с.

2. Лащинский А. А. Конструирование сварных химических аппаратов: Справочник/ Под ред. А. Р. Толчинского.- Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1981. - 382 с.

3. ГОСТ 14249- 84. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. - Издательство стандартов, 1984. -21 с.

4. ГОСТ 2515-82. Сосуды и аппараты высокого давления. Обечайки и днища. Нормы и методы расчета на прочность. - Издательство стандартов, 1982. - 22 c.

5. 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. - Издательство стандартов, 1999. -15 с.

6. ГОСТ Р 51274-99. Сосуды и аппараты. Аппараты колонного типа. Нормы и методы расчета на прочность. - Издательство стандартов,
1999. -19 c.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Исходные данные и результаты расчета колонного аппарата на действие ветровой и сейсмической нагрузки

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Высота колонны от поверхности земли ...... 20.0000 м

Коэффициент неравномерности сжатия грунта. 60.00000

Сейсмический коэффициент ................ . 0.10000

Скоростной напор ветра .................... 0.00038 МН/м^2

Доля ветрового момента в расчетном

ветровом моменте .......................... 1.00000

Число площадок обслуживания ............... 4

Число участков аппарата разного диаметра .. 2

Исходные данные для участка 1

Высота участка ............................ 18.0000 м

Модуль нормальной упругости ..... .... 200000.0 МПа

Исполнительная толщина стенки

участка колонны ........................... 0.01000 м

Прибавка на коррозию ...................... 0.00200 м

Внутренний диаметр участка аппарата ....... 2.00000 м

Наружный диаметр участка аппарата ......... 2.17000 м

Вес участка аппарата ...................... 0.0600 МН

Исходные данные для участка 2

Высота участка ............................ 2.0000 м

Модуль нормальной упругости ...... ... 200000.0 МПа

Исполнительная толщина стенки

участка колонны ........................... 0.00800 м

Прибавка на коррозию ...................... 0.00200 м

Внутренний диаметр участка аппарата ....... 2.00000 м

Наружный диаметр участка аппарата ......... 2.01600 м

Вес участка аппарата ...................... 0.0100 МН

Координаты от поверхности

земли площадки обслуживания 1... 18.0000 м

Координаты от поверхности

земли площадки обслуживания 2... 14.0000 м

Координаты от поверхности

земли площадки обслуживания 3... 10.0000 м

Координаты от поверхности

земли площадки обслуживания 4... 6.0000 м

Продолжение

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА

Момент инерции сечения колонны на участке 1......... 0.02544

Момент инерции сечения колонны на участке 2......... 0.01902

Внутренний диаметр опорного кольца, м................ 1.94000

Наружный диаметр опорного кольца, м.................. 2.21600

Момент инерции подошвы фундамента, м^4............... 1.56745

Коэффициент динамичности при сейсмической нагрузке .. 2.50000

Период собственного колебания колонны, С............. 0.64287

Сейсмический коэффициент в основании аппарата ....... 0.06220

Коэффициент динамичности при ветровой нагрузке ...... 1.59586

Коэффициент пульсации скорости ветра ................ 0.85620

Таблица 1

-------------------------------------------------------------------

¦ Расстояние от середины ¦ Относительное перемещение ¦ Коэффициент ¦

¦ участка колонны до ¦ центра тяжести участка, ¦ бетта ¦

¦ поверхности земли, м ¦ 1/МН.м ¦ ¦

+------------------------+---------------------------+-------------+

¦ 19.1000 ¦ 0.0115 ¦ 0.9325 ¦

¦ 17.3000 ¦ 0.0103 ¦ 0.7987 ¦

¦ 15.5000 ¦ 0.0092 ¦ 0.6682 ¦

¦ 13.7000 ¦ 0.0081 ¦ 0.5431 ¦

¦ 11.9000 ¦ 0.0069 ¦ 0.4257 ¦

¦ 10.1000 ¦ 0.0058 ¦ 0.3181 ¦

¦ 8.3000 ¦ 0.0047 ¦ 0.2226 ¦

¦ 6.5000 ¦ 0.0037 ¦ 0.1413 ¦

¦ 4.7000 ¦ 0.0026 ¦ 0.0763 ¦

¦ 2.9000 ¦ 0.0016 ¦ 0.0300 ¦

¦ 1.9000 ¦ 0.0010 ¦ 0.0131 ¦

¦ 1.7000 ¦ 0.0009 ¦ 0.0105 ¦

¦ 1.5000 ¦ 0.0008 ¦ 0.0082 ¦

¦ 1.3000 ¦ 0.0007 ¦ 0.0062 ¦

¦ 1.1000 ¦ 0.0006 ¦ 0.0045 ¦

¦ 0.9000 ¦ 0.0005 ¦ 0.0030 ¦

¦ 0.7000 ¦ 0.0004 ¦ 0.0018 ¦

¦ 0.5000 ¦ 0.0003 ¦ 0.0009 ¦

¦ 0.3000 ¦ 0.0002 ¦ 0.0003 ¦

¦ 0.1000 ¦ 0.0001 ¦ 0.0000 ¦

-------------------------+---------------------------+--------------

Продолжение

Таблица 2

-------------------------------------------------------------------

¦ Статическая состав- ¦ Динамическая состав- ¦ Приведенное относи- ¦

¦ ляющая ветровой ¦ ляющая ветровой ¦ тельное ускорение ¦

¦ нагрузки, МН. ¦ нагрузки, МН. ¦ центра тяжести ¦

+---------------------+----------------------+---------------------+

¦ 0.00162 ¦ 0.00127 ¦ 0.19727 ¦

¦ ! ! !

¦ 0.00146 ¦ 0.00123 ¦ 0.17755 ¦

¦ ! ! !

¦ 0.00129 ¦ 0.00119 ¦ 0.15792 ¦

¦ ! ! !

¦ 0.00113 ¦ 0.00115 ¦ 0.13841 ¦

¦ ! ! !

¦ 0.00098 ¦ 0.00110 ¦ 0.11909 ¦

¦ ! !

¦ 0.00082 ¦ 0.00104 ¦ 0.10002 ¦

¦ ! ! !

¦ 0.00067 ¦ 0.00098 ¦ 0.08124 ¦

¦ ! ! !

¦ 0.00051 ¦ 0.00091 ¦ 0.06281 ¦

¦ ! ! !

¦ 0.00037 ¦ 0.00082 ¦ 0.04478 ¦

¦ ! ! !

¦ 0.00022 ¦ 0.00071 ¦ 0.02721 ¦

¦ ! ! !

¦ 0.00002 ¦ 0.00006 ¦ 0.01767 ¦

¦ ! ! !

¦ 0.00002 ¦ 0.00006 ¦ 0.01578 ¦

¦ ! ! !

¦ 0.00002 ¦ 0.00006 ¦ 0.01390 ¦

¦ ! ! !

¦ 0.00002 ¦ 0.00006 ¦ 0.01202 ¦

¦ ! ! !

¦ 0.00001 ¦ 0.00005 ¦ 0.01015 ¦

¦ ! ! !

¦ 0.00001 ¦ 0.00005 ¦ 0.00829 ¦

¦ ! ! !

¦ 0.00001 ¦ 0.00005 ¦ 0.00644 ¦

¦ ! ! !

¦ 0.00001 ¦ 0.00004 ¦ 0.00459 ¦

¦ ! ! !

¦ 0.00000 ¦ 0.00004 ¦ 0.00275 ¦

¦ ! ! !

¦ 0.00000 ¦ 0.00003 ¦ 0.00091 ¦

----------------------+----------------------+----------------------

Продолжение

Таблица 3

-------------------------------------------------------------------

¦ MV ¦ MR ¦ M1 ¦ G ¦ X ¦

+-----------+------------+-------------+------------+--------------+

¦ 0.0026 ¦ 0.0155 ¦ 0.0155 ¦ 0.0060 ¦ 18.2000 ¦

¦ 0.0102 ¦ 0.0155 ¦ 0.0155 ¦ 0.0120 ¦ 16.4000 ¦

¦ 0.0225 ¦ 0.0174 ¦ 0.0225 ¦ 0.0180 ¦ 14.6000 ¦

¦ 0.0390 ¦ 0.0248 ¦ 0.0390 ¦ 0.0240 ¦ 12.8000 ¦

¦ 0.0595 ¦ 0.0322 ¦ 0.0595 ¦ 0.0300 ¦ 11.0000 ¦

¦ 0.0835 ¦ 0.0397 ¦ 0.0835 ¦ 0.0360 ¦ 9.2000 ¦

¦ 0.1107 ¦ 0.0471 ¦ 0.1107 ¦ 0.0420 ¦ 7.4000 ¦

¦ 0.1407 ¦ 0.0546 ¦ 0.1407 ¦ 0.0480 ¦ 5.6000 ¦

¦ 0.1729 ¦ 0.0620 ¦ 0.1729 ¦ 0.0540 ¦ 3.8000 ¦

¦ 0.2071 ¦ 0.0695 ¦ 0.2071 ¦ 0.0600 ¦ 2.0000 ¦

¦ 0.2110 ¦ 0.0703 ¦ 0.2110 ¦ 0.0610 ¦ 1.8000 ¦

¦ 0.2150 ¦ 0.0711 ¦ 0.2150 ¦ 0.0620 ¦ 1.6000 ¦

¦ 0.2189 ¦ 0.0720 ¦ 0.2189 ¦ 0.0630 ¦ 1.4000 ¦

¦ 0.2228 ¦ 0.0728 ¦ 0.2228 ¦ 0.0640 ¦ 1.2000 ¦

¦ 0.2268 ¦ 0.0736 ¦ 0.2268 ¦ 0.0650 ¦ 1.0000 ¦

¦ 0.2308 ¦ 0.0744 ¦ 0.2308 ¦ 0.0660 ¦ 0.8000 ¦

¦ 0.2348 ¦ 0.0753 ¦ 0.2348 ¦ 0.0670 ¦ 0.6000 ¦

¦ 0.2388 ¦ 0.0761 ¦ 0.2388 ¦ 0.0680 ¦ 0.4000 ¦

¦ 0.2428 ¦ 0.0769 ¦ 0.2428 ¦ 0.0690 ¦ 0.2000 ¦

------------+------------+-------------+------------+---------------

MV - расчетный ветровой момент в сечении с координатой X от поверхности земли, МН.м;

MR - расчетный сейсмический момент в сечении с координатой X, МН.м;

M1 - момент с учетом ветрового и сейсмического момента, МН.м;

G - нагрузка от веса аппарата, МН.

Дата добавления: 2015-06-30; просмотров: 544; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!