ГОСТ Р 51273-99 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Сосуды и аппараты НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА Определение
расчетных усилий для аппаратов
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 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Сосуды и аппараты НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ Определение расчетных усилий для аппаратов
колонного типа Vessels and apparatus. Norms and methods of
strength Дата введения 2000-01-01 1 Область примененияНастоящий 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 ссылкиВ настоящем стандарте использована ссылка на ГОСТ Р 51274-99 Сосуды и аппараты. Аппараты колонного типа. Нормы и методы расчета на прочность. 3 Общие требования3.1 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 hi £ 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 колебаний4.1 Период основного тона собственных колебаний аппарата постоянного сечения с приблизительно равномерно распределенной по высоте аппарата массой следует определять по формуле (1) 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 CF - коэффициент неравномерности сжатия грунта, определяют поданным инженерной геологии, а при отсутствии таких данных CF = 6 × 107 Н/м3 (6 × 106 кгс/м3); ai - относительное перемещение центров тяжести участков, рассчитывают по формуле (4) где bi - 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 bi, bk 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 zk), установленных на общем фундаменте и жестко связанных в горизонтальном направлении, следует определять по формуле (8) 5 Определение расчетного изгибающего момента от ветровой нагрузки5.1 Расчетный изгибающий момент в сечении на высоте х0 следует определять по формуле (9) 5.2 Ветровую нагрузку на i-м участке определяют по формуле 5.3 Среднюю составляющую ветровой нагрузки на i-м участке определяют по формуле 5.4 Пульсационную составляющую ветровой нагрузки на i-м участке определяют по формуле 5.5 Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на середине i-го участка аппарата (на высоте хi над поверхностью земли) определяют по формуле где q0 - нормативное значение ветрового давления по таблице 1; Qi - 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 Qi, Qj 5.6 Коэффициент динамичности x определяют по рисунку 5 или формуле 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 ai и ak - относительные перемещения i и k-го участков, определяют по формуле (4); тk и mj - коэффициенты пульсации давления ветра для середины соответственно k-го участка на высоте хk и j-й площадки на высоте хj по рисунку 6 или формулам: (18) Рисунок 6 - Коэффициенты пульсации давления ветра mk, mj 5.8 Коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра v определяют по рисунку 7 или формуле 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 Mvj = Kq0Qj(хi - х0)(1 + 0,75xχjmj)SAр. (20) При отсутствии точных данных о форме площадки изгибающий момент Mvj определяют по формуле Mvj = Kq0Qj(хi - х0)(1 + 0,75xχjmj)Aj, (21) где К - аэродинамический коэффициент по таблице 2; SAр - сумма площадей всех проекций профилей j-й площадки на плоскость, перпендикулярную направлению ветра, м2; Aj - площадь, ограниченная контуром j-й площадки, м2; χj - коэффициент по рисунку 8 или формуле (22) тj - коэффициент пульсации давления ветра по рисунку 6; Qj - коэффициент по рисунку 4. Рисунок 8 - Коэффициент χj 6 Определение расчетного изгибающего момента от сейсмических воздействий6.1 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) Ks - сейсмический коэффициент, выбирают в зависимости от района установки аппарата по таблице 3; ai, ak - относительное перемещение центров тяжестей участков, определяют по формуле (4). Таблица 3 - Сейсмический коэффициент Кs
* 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 MR в сечении на высоте x0 с учетом влияния высших форм колебаний следует выбирать в зависимости от Мmax по эпюре рисунка 10. Рисунок 10 - Эпюра для определения изгибающего момента MR ПРИЛОЖЕНИЕ А(обязательное) Условные обозначения и размерность величинai (ak) - относительное перемещение центров тяжести i-го (k-го) участка аппарата, 1/(Н × м) [1/(кгс × м)] СF - коэффициент неравномерности сжатия грунта, Н/м3 (кгс/м3) Di (Dl, Dz) - 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) Gi (G1, G2, Gk, Gz) - вес i-го (1, 2, k, z-го) участка аппарата (рисунок 1), Н (кгс) Gl - 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 Hl - высота каждого отдельного (из групповых) аппарата, м. hi (h1, h2, hz) - 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 IF - минимальный момент инерции подошвы фундамента, м4 Мmax - максимальный изгибающий момент в нижнем сечении колонны, Н × м (кгс × м) MR - расчетный изгибающий момент в сечении на высоте x0 от сейсмических воздействий, Н × м (кгс × м) Mv - расчетный изгибающий момент в сечении на высоте x0 от действия ветра, Н × м (кгс × м) Mvj - 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 Pi (P1, P2, Pz) - ветровая нагрузка на i-м (1, 2, z-ом) участке аппарата (рисунок 1), Н (кгс) Pi dyn - средняя составляющая ветровой нагрузки на i-м участке, Н (кгс) Рi st - пульсационная составляющая от ветровой нагрузки на i-м участке, Н (кгс) q0 - нормативное значение давления ветра, Н/м2 (кгс/см2) qist - нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на середине i-го участка аппарата, Н/м2 (кгс/см2) Si - 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 xi (xk) - расстояние от середины i-го (k-го) участка от поверхности земли (рисунок 1), м xj - высота обслуживающей площадки от поверхности земли, м z - число участков zk - число аппаратов hi - 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.
Ключевые слова: вертикальные цилиндрические сосуды, ветровые нагрузки, изгибающий момент, сейсмические воздействия
|