Тема 1 «Листовые конструкции» Вопросы: 1. Особенности листовых конструкций 2. Резервуары 3. Газгольдеры 4. Бункеры и силосы 1
1. Особенности листовых конструкций Листовыми конструкциями называются конструкции, состоящие в основном из металлических листов и лент и предназначенные для хранения, транспортирования, перегрузки или переработки жидкостей, газов и сыпучих материалов. К ним относятся: • Резервуары для хранения нефтепродуктов, сжиженных газов и воды; • Газгольдеры для хранения и распределения газов; • Бункеры и силосы для хранения и перегрузки сыпучих материалов; • Трубопроводы больших диаметров; • Специальные конструкции металлургической, химической и др. отраслей промышленности (кожухи доменных печей, воздухонагревателей, пылеуловителей и т. д. ); • Дымовые и вентиляционные трубы; • Градирни; • Защитные сооружения – оболочки АЭС. Листовые конструкции составляют 30% от всех металлоконструкций в России. 2
Особенности листовых конструкций: 1. Представляют собой тонкостенные сплошные оболочки; 2. Характеризуются двухосным напряженным состоянием; 3. Характерно явление краевого эффекта на участках защемления стенки у колец жесткости, крыш и днищ; 3
4. 5. 6. 7. 8. Совмещают несущие и ограждающие функции; Имеют большую протяженность сварных соединений (в 2 -3 раза больше, чем у обычных МК); Характеризуются широким использованием автоматической, полуавтоматической и электрошлаковой сварки; Швы должны удовлетворять требованием прочности и плотности; Требуют защиты от коррозии при хранении продуктов, агрессивных к стали. 4
2. Резервуары – сосуды, предназначенные для хранения нефти, нефтепродуктов, сжиженных газов, воды, жидкого аммиака, кислот и др. жидкостей. Классификация: 1. По геометрической форме: – цилиндрические для хранения нефти и нефтепродуктов; – сферические (шаровые) для хранения больших объемов сжиженных газов; – каплевидные для хранения бензина с высокой упругостью паров; 5
2. По расположению относительно уровня строительной площадки: • Надземные (на опорах); • Наземные; • Полузаглубленные; • Подземные; • Подводные. 3. По объему: • Постоянного; • Переменного. Тип резервуара зависит от: 1. Свойств хранимой жидкости; 2. Режима эксплуатации (длительности хранения, оборачиваемости резервуара); 3. Климатических особенностей района строительства. 6
2. 1. Вертикальные цилиндрические резервуары Конструктивное решение: Разработаны проекты объемом 100 -5000 м 3 для хранения нефтепродуктов и уникальные: - 10 тыс. м 3 - 20 тыс. м 3 - 50 тыс. м 3 - 100 тыс. м 3. Основные элементы: днище, стенка, крыша (покрытие). Для сокращения потерь нефтепродуктов при их испарении применяют резервуары следующих типов: • низкого давления; • повышенного давления; • высокого давления; • с понтонами; • с плавающими крышами. 7
Днище цилиндрических резервуаров устанавливают на песчаной подушке. Оно испытывает только сжатие от давления жидкости. Толщина днища принимается конструктивно: t=4 мм при ø<18 м, t=5 мм при ø=18 -25 м, t=6 мм при ø>25 м. Крайние листы днища (окрайки) принимаются на 1 -2 мм толще листов средней части. Размеры листов днища: 1, 4 х4, 2 м при V<1000 м 3; 1, 5 х6 м и 2 х8 м при V>=1000 м 3. 8
Соединение листов: • по продольным кромкам: при t=4 -5 мм внахлестку с перекрытием на 30 -60 мм, при t=6 мм встык; • короткие швы, соединяющие листы в полосы выполняются встык. Днище изготавливается на заводе в виде сварных полотнищ и поступает на строительную площадку рулонами. Оно может состоять из двух и более монтажных элементов. 9
После раскатки рулонов днища монтажный стык приходится делать внахлестку, поскольку подварка стыкового шва с обратной стороны невозможна. Для обеспечения плотного прилегания нижней кромки развернутого полотнища стенки в зоне монтажного стыка днища концевые участки нахлесточного соединения окраек днища следует переводить на соединение встык на подкладке. 10
Стенка Виды соединений стенки: 1. Встык (на заводе) 2. Телескопическое 3. Ступенчатое Толщину стенок назначают по расчету от 4 мм и более. Размеры листов стенки: 1400 х4200 1500 х6000 – при V<20 000 м³ 2000 х8000 – при V≥ 20 000 м³ 11
При методе рулонирования стыки листов смежных поясов следует располагать не вразбежку, как при листовом способе, а в одну линию , что бы обеспечить удобство автоматической сварки. Строительство вертикальных цилиндрических резервуаров методом рулонирования заключается в поставке полотнищ заводского изготовления свернутых в габаритные рулоны, которые на строительной площадке разворачиваются и устанавливаются в проектное положение. 12
Покрытия могут быть: 1. Конические с распорным кольцом 2. Конические с центральной стойкой 3. Висячие 4. Сферические 5. Сфероцилидрические 13
2. 2. Горизонтальные цилиндрические резервуары используются для хранения нефтепродуктов, жидких газов и др. жидкостей под разным избыточным давлением. Избыточное давление для нефтепродуктов 0, 07 МПа, для сжиженных газов до 1, 8 МПа и более. В таких резервуарах возможен вакуум до 0, 1 МПа. Объем резервуаров: 5, 10, 25, 50, 75, 100 (сжиженных газов до 300) м 3 Основные элементы: -стенка (оболочка или корпус) -днище Корпус резервуара состоит из нескольких обечаек Обечайка - цилиндрический барабан из листового материала шириной 1, 5 -2 м, открытый с торцов (без днищ). Является заготовкой для резервуаров большого диаметра. 14
15
Материал обечайки: 1. Листы свальцованные на цилиндрических валках (вальцовка – это деформация полосовых заготовок для получения проката плавно изменяющегося сечения); 2. Лента (вальцуется). Соединение листов в обечайках и обечаек друг с другом производится встык. Длина цилиндрической части корпуса кратна ширине стандартных листов с учетом строжки кромок. При необходимости может добавляться 1/2, 1/3, 1/4 ширины листа. Обеспечение местной устойчивости стенки горизонтального цилиндрического резервуара: 1. Промежуточные ребра (кольца) жесткости при отношении Rt > 200 в каждой обечайке; 2. Опорные диафрагмы в опорных сечениях. 16
Классификация по расположению: - надземные (опирание на 2 опоры) - подземные (опирание на сплошную седловидную опору) По виду днищ: а) Плоское (Pизг<0, 04 МПа) б) Коническое (<0, 07 МПа) в) Цилиндрическое (0, 07 -0, 15 МПа) г) Сферическое (0, 2 МПа) д) Элипсоидальное (0, 2 МПа) е) Полусферическое (0, 2 МПа) Размеры горизонтальных цилиндрических резервуаров: - диаметр 1, 4 ÷ 3, 25 м - длина цилиндрической стенки 2 ÷ 30 м - оптимальный диаметр зависит от избыточного давления. 17
Стоечная опора Она состоит из двух металлических стоек двутаврового сечения, соединенных между собой связями из уголков, опирающихся на бетонные фундаменты. На верхние концы стоек устанавливаются специальные башмаки, на которые укладывается резервуар. 18
Седловидная опора Резервуар к опоре крепится гнутыми планками 1, приваренными к резервуару и крепящимися двумя болтами каждая к седловидной опоре 2. Одна из опор резервуара для уменьшения температурных напряжений в резервуаре должна быть подвижной, что достигается устройством овальных отверстий в гнутых планках, приваренных к резервуару. Сама опора опирается на бетонный фундамент. 19
Расчетной схемой горизонтального цилиндрического резервуара является двухконсольная балка (оболочка) кольцевого сечения. Несущая способность резервуаров при Р≤ 70 к. Па определяется по первой группе предельных состояний. 20
Сферические резервуары Объем их колеблется от 600 до 4000 м 3. Достоинства: 1. Хранение сжиженных газов под высоким избыточным давлением; Недостатки: 1. Сложность изготовления; 2. Высокая трудоемкость. Схемы раскроя оболочки сферического резервуара: - меридиональная; - экваториально-меридиональная; - параллельно-меридиональная. 21
Способы изготовления: 1. Вальцовка в холодном состоянии на торцевых вальцах при толщине t<36 мм или штамповка в горячем состоянии на прессах при t≥ 36 мм; 2. Соединение лепестков на прихватках; 3. Сварка автоматами с помощью вращателей для удобства выполнения сварных швов в нижнем поясе; 4. Обязательные повышенные методы контроля качества швов. Способы опирания сферических резервуаров 1. на кольцевую опору; 2. на систему стоек из труб или двутавров. Опирание на стойки более целесообразно, так как обеспечивает большую свободу температурных деформаций. Число лепестков в экваториальном сечении должно быть кратным числу опорных стоек. Размеры лепестков: -ширина увязывается с размерами стандартных листов; - длина - с периметром оболочки с учетом припусков на обработку. 22
3. Газгольдеры представляют собой инженерные сооружения предназначенные для хранения, выравнивания состава и перемешивания газа. Их включают в газовую сеть между источником получения газа и его потребителями. Применение: 1) для хранения природного и искусственного газа на металлургических, коксохимических и газовых заводах; 2) в химической и нефтяной промышленности; 3) в городском хозяйстве. Классификация газгольдеров: 1) В зависимости от объема: - переменного - постоянного объемов; 2) По форме (для газгольдеров постоянного объема): - цилиндрические (вертикальные или горизонтальные) - сферические; 3) По конструкции (для газгольдеров переменного объема): - мокрые - сухие. 3. 1. Газгольдеры переменного объема имеют постоянное давление. Применяются для эксплуатации при низком избыточном давлении (до 0, 005 МПа). 23
3. 1. 1. Мокрые газгольдеры применяются для хранения газов не вызывающих интенсивной коррозии металла. Объем от 10 до 10000 м 3. Основные элементы: - резервуар с водой (стальной или железобетонный); - промежуточные кольцевые звенья (телескопы); - колокол; - внешние направляющие; - внутренние направляющие. Газ подается через дно резервуара под колокол. Непроницаемость соединения отдельных движущихся частей обеспечивается гидравлическим затвором. Гидравлический затвор представляет собой два кольцевых желоба входящих один в другой. При наполнении газгольдера газом колокол поднимается из своего нижнего положения, зачерпывает воду из резервуара нижнего желоба и захватывает им верхний желоб телескопа. По числу подвижных частей колокола и телескопа газгольдеры бывают однозвенные и двузвенные. Плавность движения обеспечивается внешними и внутренними направляющими по которым движутся ролики. 24
25
а - подвижные звенья опущены; б - подвижные звенья подняты давлением газа; 1 - колокол; 2 - 1 -й телескоп; 3 - 2 -й телескоп; 4 - резервуар; 5 - внешние направляющие; 6 - внутренние направляющие; 7 - верхний ролик колокола; 8, 9 - верхние ролики телескопов; 10 - нижний ролик колокола; 11, 12 - нижние ролики телескопов; 13 - газоввод; 14 - колпак над газовводом с перепускной трубой; 15 - верхние бетонные грузы; 16 - нижние чугунные грузы 26
Материалы: для корпуса (оболочки) и подвижных звеньев используются стали С 245 (при t>-30 o. C), С 255 (при t<-30 o. C) с гарантированными характеристиками по химическому составу; для прочих элементов используется сталь С 235 с гарантией загиба в холодном состоянии. Крыша колокола состоит из: • тонколистовой сферической оболочки; • радиально расположенной арки с кольцевыми стержнями; • системы связей. «Дышащая» крыша – оболочка свободно лежащая на стропилах, приваренная только в зоне опорного кольца. Предназначена, для того чтобы деформации не передавались на несущие конструкции. Оптимальные размеры газгольдера: для газгольдеров малых объемов оптимальная высота принимается немного больше диаметра, для крупных – высота немного меньше диаметра. Недостатки мокрых газгольдеров: - существенные колебания давления газа; 27 - трудность обслуживания при отрицательных температурах.
3. 1. 2. Мокрые газгольдеры с винтовыми направляющими На наружных сторонах телескопа и колокола под углом 45 о размещены спиралеобразные направляющие, образующие в пространстве отрезок винтовой линии. Под давлением газа колокол вывинчивается в направляющих роликах, расположенных вверху нижележащего звена. В остальном конструкция винтового газгольдера аналогична конструкции газгольдера с вертикальными направляющими. Винтовые направляющие делают из рельсов или двутавров и устанавливаются с высокой точностью. Достоинства: меньший расход стали по сравнению с газгольдерами с вертикальными направляющими. Недостатки: повышенная точность монтажа. 28
3. 2. Сухие газгольдеры поршневого типа Применяются для хранения газов высокой концентрацией (до 99% и выше) , не допускающих увлажнения (этилен и пропилен). Объем таких газгольдеров может быть от 10 до 600000 м 3. Основные элементы: 1)цилиндрическая обшивка; 2)плоское днище, сваренное с оболочкой; 3)сферическая крыша из листов толщиной 3 -4 мм, которые крепятся к каркасу из радиально расположенных гнутых швеллеров; 4)поршень или шайба, плотно прилегающая к внутренней поверхности корпуса; поршень может быть плоским или пологим сферическим. 5)скользящий затвор с консистентной или жидкой смазкой для препятствия просачиванию газа в надпоршневое пространство. Достоинства: 1)не требуют водяного резервуара и устройства для подогрева воды в зимнее время; 2)отсутствует увлажнение хранимого газа; 3)меньше расход стали. Недостатки: 1)сложность и трудоемкость изготовления; 2)высокая стоимость эксплуатации; 29
30
3. 2. 1. Сухие газгольдеры с гибкой секцией применяются в химической промышленности. Достоинства: 1)полностью герметичный; 2)хранимый газ не увлажняется и не засоряется маслами. Гибкая секция (мембрана) прикреплена к резервуару и подвижной шайбе. При подъеме шайбы мембрана распрямляется, создавая емкость для хранения газа. При опускании гибкая оболочка укладывается в зазор между стенкой корпуса и защитной стенкой шайбы. 31
3. 3. Газгольдеры постоянного объема Природный газ от мест добычи подается по магистральным трубопроводам под высоким давлением (до 7 МПа). Вблизи места потребления газ хранится на газгольдерных станциях (с объемом газа до 500 000 м 3). Для этого используются газгольдеры постоянного объема, не имеющих подвижных частей. Газгольдеры объединяются в секции: габаритные (10 -20 штук) и негабаритные (4 -8 штук). Объем газа в секции достигает до 25 000 м 3. Достоинства: 1)меньше расход стали на 1 м 3 свободного газа; 2)более компактные; 3)не нуждаются в обогреве; 4)просты в эксплуатации. Рабочее давление газа 0, 4 -2 МПа. Классификация: горизонтальные и вертикальные (цилиндрические), сферические. Вертикальные цилиндрические состоят из: - цилиндрического корпуса; - днища; - крыши в виде полусферы. Объем 50 -300 м 3. При давлении меньше 0, 7 МПа используют однослойные негабаритные газгольдеры, а при большем – 32 однослойные габаритные.
4. Бункеры и силосы. 4. 1. Бункерами и силосами называют емкость предназначенную для хранения и перегрузки сыпучих материалов. а) бункер (α=φ+(5÷ 10°), h 1<1, 5 b) б) силос (круглый в плане при h 1≥ 1, 5 D) 1 – верхняя часть (призматическая или цилиндрическая); 2 - воронка (пирамидальная или коническая); 3 - выпускное отверстие. 33
Виды бункеров: - пирамидально-призматический; - лотково-призматический; - гибкий (параболический); - гибкий с жесткими разгрузочными воронками; - конусно-цилиндрический; Расположение бункера: - внутри здания; - на открытом воздухе; Способы загружения бункера: - механический; - пневматический; Разгрузка бункеров и силосов происходит под действием сыпучего материала, при открывании выпускных отверстий. Т. е. в нижней части бункера и силоса находится воронка. Наименьший угол наклона стенки воронки к горизонту на 5 -10° больше угла естественного откоса φ (угла внутреннего трения) сыпучего материала, α=φ+(5 -10). 34
Форма выпускного отверстия бункеров и силосов в плане: - круглая; - квадратная; - прямоугольная; - вытянутая щелевая. Размер выпускного отверстия а 0=k*(bм+80)*tgφ, где а 0 – сторона квадрата или диаметр d выпускного отверстия в мм, k – коэффициент, значение которого определяется опытным путем (2, 42, 6), bм – максимальный размер кусков сыпучего материала (принимается по ГОСТу), φ – угол естественного откоса. а 0 может быть от 300 (напр. сухой песок) до 1500 (напр. руда, уголь) мм. Для предохранения от истирания внутреннюю поверхность воронки футеруют (доп. слой). Способы футеровки: • листовой марганцовистой сталью t=6 -10 мм; • древесиной (бруски). Материал бункеров и силосов: для бункеров с плоскими стенками и силосов используется углеродистая сталь, для гибких бункеров – низколегированная сталь. Соединения листов: сварные встык (заводские), сварные внахлестку (монтажные), болтовые (монтажные). 35
4. 2. Бункеры с плоскими стенками являются жесткими конструкциями, сохраняют постоянную геометрическую форму в процессе загружения и разгрузки. Классификация по конструктивной форме: • пирамидально-призматический; • лотково-призматический. Основные элементы бункеров: верхняя призматическая часть (стенка), нижняя часть (воронка) в виде усеченной пирамиды или лотка большой протяженности. 4. 2. 1. Пирамидально-призматический бункер Стенка состоит из бункерных несущих балок с вертикальными и горизонтальными ребрами жесткости, толщина стенки 6 -8 мм. Воронка состоит из листовой стали, для обеспечения устойчивости воронка укрепляется горизонтальными ребрами жесткости через 1, 5 -2 м. Опирание бункеров на колонну через бункерные балки. Бункерные балки и колонны образуют поперечные рамы. Устойчивость рам в продольном направление обеспечивается связями. 1 – бункерная балка, 2 – воронка, 3 – ребра жесткости воронки, 4 – ребра жесткости бункерной балки 36
4. 2. 2. Лотково-призматический бункер Особенности: - стенки могут быть вертикальными или наклонными; - седловидная рама для обеспечения поперечной жесткости. 37
4. 3. Основные положения расчета Бункеры с плоскими стенками рассчитываются на нагрузки: 1) собственного веса конструкции (γf=1, 05); 2) снеговой; 3) ветровой; 4) временная нагрузка на перекрытие; 5) нагрузка от давления сыпучего материала (γf=1, 3). Коэффициенты условия работы: γс=0, 8 – для обшивки и бункерных балок; γс=1, 0 – для прочих конструкций. Расчет производится раздельно для призматической и пирамидальной или лотковой частей бункера. 38
Расчет стенки призматической части бункера Рассчитывается как пластинка под действием равномерно распределенного давления сыпучего материала. Предполагается , что пластинка шарнирно прикреплена к ребрам жесткости и находится в состоянии цилиндрического изгиба. Изгибающий момент в середине пластинки определяется по формуле: (1) где Mb=q*l 2/8 – изгибающий момент для простой балки в середине пролета; N – продольное растягивающее усилие в обшивке; (2) где ν – коэффициент Пуассона 39
(3) где l – расстояние между ребрами. qn=ρ*y (4) где ρ – удельный вес сыпучего материала; y – нормативное вертикальное давление сыпучего материала. Нормативное горизонтальное давление сыпучего материала: pn=k*ρ*y (5) k – отношение горизонтального давления к вертикальному: k=tg 2(45°-φ/2) (6) где φ – угол естественного откоса. Прочность обшивки проверяется по формуле (γc=0, 8): (7) 40
Прогиб пластинки определяется: (8) Расчет стенки воронки. При расчете стенки воронки в формулы (1)-(2) вместо pn подставляются значения: pα, n=qn*(cos 2α+k*sinα) (9) где qn – определяется по формуле (4); α – угол наклона воронки к горизонту. Прочность обшивки проверяют по формуле (7). Горизонтальные ребра жесткости пирамидальной части бункера выполняются из уголков, приваренных пером к обшивке с наружной стороны. Полка уголка может располагаться горизонтально – это позволяет объединить смежные уголки в жесткую раму. Однако часто ребра жесткости располагают перпендикулярно к поверхности обшивки. В этом случае упрощается технология сварки и уменьшается крутящий момент ребра. 41
Расчет ребер жесткости Ребра жесткости рассчитывают на поперечный изгиб и продольную силу. Прочность ребра, как перпендикулярного стержня проверяют по формуле: (10) где Ap и Wp – площадь и момент сопротивления ребер с прилегающей к ним частью обшивки: Момент в ребрах: ; ; где γc=1, 0; hi, hi+1 – расстояние от рассматриваемого ребра до соседних ребер жесткости. 42
Прогиб проверяется по формуле прогиба балки с защемленными концами: 43
Скачать презентацию Тема 1 Листовые конструкции Вопросы 1 Особенности листовых
2-01 Листовые конструкции.ppt