Нормативные и расчетные характеристики материалов

Нормативные значения характеристик сталей R_yn принимаются по соответствующим ГОСТ и техническим условиям. Расчетные сопротивления сварных конструкций определяются по строительным нормам на стальные конструкции (СНиП ΙΙ -7-81). Расчетные сопротивления металлопроката для растяжения, сжатия, изгиба и сдвига определяются по СНиП ΙΙ -7-81 с учетом коэффициента надежности по материалу γ_m, принимаемого равным:

— для сталей по ГОСТ 27772, ГОСТ 19281 (R_γ<380 МПа) - γ_m = 1.05;

— для сталей по ГОСТ 19281 (R_γ>380 МПа) - γ_m = 1,1.

Расчетное сопротивление металлопроката для растяжения, сжатия, изгиба и сдвига Rγ определяют с округлением в меньшую сторону до 5 МПа по формуле 3.12:

R_γ=R_γnγ_сγ_t/γ_mγ_n, (3.12)

где R_γn – нормативный предел текучести; γ_с – коэффициент условий работы. [3]

3.2.7 Нормативные и расчетные значения нагрузок для резервуаров с купольной крышей и понтоном из алюминиевых сплавов

Алюминиевые конструкции рассчитываются как единые пространственные системы с учетом факторов, определяющих напряженное и деформированное состояние, геометрической и физической нелинейности, пластических свойств материалов в соответствии с требованиями, установленными стандартами для выбранных материалов. Алюминиевые конструкции и их расчет должен удовлетворять требованиям ГОСТ 27751-88 и СНиП 2.03.06-85.

Расчет алюминиевых конструкций следует выполнять по предельным состояниям первой группы (на прочность и устойчивость).

Нормативные значения нагрузок, коэффициенты надежности по нагрузке и коэффициенты сочетаний для определения расчетных значений нагрузок принимают по СНиП 2.01.07-85.

Расчетные значения нагрузки следует определять как произведение ее нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузки γ_t, соответствующий рассматриваемому состоянию.

Коэффициенты надежности по нагрузке при расчете на прочность и устойчивость конструкций принимают согласно СНиП 2.01.07-85:

— от собственного веса конструкции γ_t, равный 1,05;

— для ветровой нагрузки γ_t, равный 1,4.

Расчет элементов выполнять по предельным состояниям первой группы. Для несущих элементов каркаса купола (поясных балок, раскосов и узловых накладок) используют деформированные алюминиевые сплавы АД31, АД33, для обшивки купола – тонколистовой алюминий марок АМг или АМц.

В расчетах использовать следующие значения физических характеристик алюминиевых сплавов: [4]

— модуль упругости (Е) 0,70·105 МПа;

— модуль сдвига (G) 0,27·105 МПа;

— коэффициент поперечной деформации (v) 0,3;

— коэффициент линейного расширения (α) 0,24·10^-4 ºС^-1;

— плотность (ρ) для предварительного расчета 2700 кг\м³.

Механическая характеристика сплавов должна приниматься с учетом состояния поставок. [4, 26]

Для алюминиевых конструкций значение расчетного сопротивления R определяется по разделу 3 СНиП 2.03.06-85 и принимается равным, меньшему из значений расчетного сопротивления алюминия растяжению, сжатию, изгибу по условному пределу текучести R_у и расчетного сопротивления алюминия растяжению, сжатию, изгибу по временному сопротивлению R_u:

(3.13)

(3.14)

где R_уn и R_un – нормативные сопротивления алюминия, равные наименьшим значениям предела текучести и временного сопротивления, установленным в стандартах и технических условиях на алюминий;

γ_m = 1,1 – коэффициент надежности по материалу;

γ_u = 1,45 – коэффициент надежности в расчетах по временному сопротивлению.

Расчетные значения сопротивления алюминия на растяжение, сжатие и изгиб (R), сдвиг (R_s), смятие (R_1p), в зависимости от марки принимаются по таблицам 5,6 СНиП 2.03.06-85.

Расчетное сопротивление сварных соединений, выполненных аргонодуговой сваркой, в зависимости от вида соединения и напряженного состояния принимают в соответствии п.п. 3.3-3.8 и по таблицам 9, 10 СНиП 2.03.06-85.

При расчете алюминиевых конструкций учитывается коэффициент влияния изменения температуры (γ_t) и условий работы (γ_c). Представленные в таблицах 14 и 15, а также коэффициент надежности по назначению (γ_n) по ПБ 03-605-03.

Для несущих элементов резервуара (опорное кольцо, стенка и т.д.) должны применяться стали согласно ПБ 03-605-03 (таблица 2.1).

В расчетах использовать следующие значения физических характеристик сталей:

— модуль упругости (Е) 2,06·105 МПа;

— модуль сдвига (G) 0,78·105 МПа;

— коэффициент поперечной деформации (γ) 0,3;

— коэффициент линейного расширения (α) 0,12·10^-4ºС^-1;

— плотность (ρ) 7850 кг\м³.

Механические характеристики сталей принимаются согласно

ПБ 03-605-03. Для стальных конструкций нормативные и расчетные сопротивления проката принимаются по таблице 51 СНиП ΙΙ-23-81. При расчете стальных конструкций следует учитывать коэффициент надежности по материалу (γ_m) и коэффициент условий работы (γ_c).

Расчетные сопротивления заклепочных и болтовых соединений принимаются в соответствии с п.п. 3.9-3.12 СНиП 2.03-06-85:

— для заклепочных соединений на срез (R_rs) по таблице 11 СНиП 2.03.06-85;

— для болтовых соединений на растяжение (R_bt) и срез (R_bs) по таблице 12 СНиП 2.03.06-85.

Расчетные сопротивления смятию элементов конструкций для соединений на заклепках (R_rр) и болтах (R_bp) принимаются по таблице 13 СНиП 2.03.06-85.

Расчет на прочность и устойчивость элементов конструкций в зависимости от действующих сил следует производить в соответствии с требованиями п.п. 4-8 СНиП 2.03.06-85 (для алюминиевых конструкций) и п.п. 5-12 СНиП ΙΙ-23-81 и ПБ 03.605-03 (для стальных конструкций).

Технические параметры для сборки и подъема купола в проектное положение являются исходными данными для расчета стенки резервуара и представлены в таблице 3.5.

Таблица 3.5 - Технические параметры сборки купола

Наименование показателей	РВС-	РВС-	РВС-	РВС-	РВС-	РВС-	РВС-	ЖБР-10000
Диаметр резервуара, м	10,43	15,18	18,98	22,8	4,2	45,6	60,7	42,0
Количество мест опирания купола
Нагрузка на стенку резервуара в точке опирания купола, не более т.*	0,15	0,21	0,33	0,48	0,54	0,8	0,8	0,6
Количество мест опирания подъемных устройств при монтаже купола
Нагрузки на стенку резервуара в точке установки подъемных устройств, не более 1 т	0,3	0,62	0,66	0,95	1,6	1,63	1,57	1,7
* - Нагрузки уточняются при привязке алюминиевого купола к конкретным климатическим условиям.

3.2.8. Определение снеговой нагрузки

Определение снеговой нагрузки производят в соответствии c требованиями раздела 5 СНиП 2.01.07-85 (дополнение 2). [7]

Полное нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия s определяется по формуле 3.15:

(3.15)

где S_g – расчетное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, принимаемое в соответствии п. 5.2 СНиП 2.01.07-85 (дополнение 2); μ – коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, принимаемый в соответствии с пп.5.3-5.6 и схеме 2 приложения 3 СНиП 2.01.07-85.

Крыши резервуаров по своей форме ближе подходят к зданиям со сводчатыми или близкими к ним по очертанию покрытиям, коэффициент µ перехода от веса снегового покрытия определяется по формулам схемы 2 приложения 3 СНиП 2.01.07-85.

; (3.16)

где - угол наклона покрытия, град.

Расчетное значение снеговой нагрузки S_g следует принимать в зависимости от снегового района РФ по данным таблицы 4 СНиП 2.01.07-85 (дополнение 2).

Сочетания нагрузок и воздействий, которые используются при проверке несущей способности стационарных крыш в таблице 3.6.

Коэффициент неравномерности распределения снегового покрова μ следует определять по таблице 3.7. [3]

Таблица 3.6 - Сочетания нагрузок и воздействий при проверке несущей способности стационарных крыш

Вид нагрузки	Коэффициент надежности по нагрузки	Сочетания нагрузок для расчета стационарных крыш
Вес конструкций и оборудования Вес теплоизоляции	1.05 1,2	+	+	+	+
Вес снегового покрова равномерно, или неравномерно распределенного на поверхность крыши	Таблица 22	+	̵	+	̵
Избыточное давление, ри	1,2	̵	+	̵	+
Вакуум, рвак	1,2	+	̵	+	̵
Разряжение от действия ветровой нагрузки	1,0	̵	+	̵	+
Сейсмическая нагрузка		̵	̵	+	+
«+» - учитывается «-» - не учитывается

Таблица 3.7 - Значения коэффициента неравномерности распределения снегового покрова μ

Форма крыши	Распределение снега
неравномерное	равномерное
Купольная ( \D≤0/05)	-
Коническая (α≤7º)	-	μ=0,85 при D≤80
Купольная ( \D>0/05)	μ=Cr1(z\r)2sinβ	по рис. 1	μ=0,85+0,0075(D-80), при D≤100
Коническая (α>7º)	μ=Cr2(z\r) sinβ	по рис. 1	μ=1,0 при D>100

Рис. 1. Неравномерное распределение снеговой нагрузки на стационарной крыше резервуара

Коэффициенты С_r1 и С_r2 определяются по формулам:

(3.17)

(3.18)

Дополнительные сочетания нагрузок для расчета взрывозащищенных стационарных крыш принимаются в соответствии с таблицей 3.8.

Сочетания нагрузок и воздействий, используемых при проверке плавучести и несущей способности плавающих крыш и понтонов, принимаются в соответствии с таблицами 3.9 и 3.10.

Таблица 3.8 - Сочетания нагрузок для расчета взрывозащищенных стационарных крыш

Вид нагрузки	Коэффициент надежности по нагрузки	Дополнительные сочетания нагрузок для расчета взрывозащищенных стационарных крыш
Гидро-пневмоиспытания	Аварийный режим
Вес конструкции	1,05	+	+
Вес теплоизоляции	1,2	̵	+
Избыточное давление (Рi)	1,25	+	̵
Избыточное давление (Ри)	1,6	̵	+

При расчете плавающей крыши (понтона) необходимо учитывать следующе нагрузки и воздействия: [23, 24]

— собственный вес элементов крыши (понтона);

— вес оборудования на крыше (понтоне);

— вес снегового покрова при равномерном и неравномерном распределении снега на плавающей крыше;

— 250 мм дождевых осадков на плавающей крыше;

— вес обслуживающего персонала (2,2 кН на площади 0,1 м²);

— выталкивающая сила от продукта плотностью 0.7 т\м³ (при расчете на плавучесть);

— выталкивающая сила от продукта фактической плотности (при расчете на прочность).

Распределение неравномерной снеговой нагрузки по поверхности плавающей крыши принимается в соответствии с рисунком 2.

На данном рисунке μ₁=0,52 – 0,7Н_s\D; μ₂=1,77 + 1,06Н_s\D; μ₃=0,9μ₂; μ₄=0,8; μ₅=1,0.

Величину действующей на плавающую крышу снеговой нагрузки определяется по формуле:

(3.19)

где μ_n – коэффициент перехода от веса снегового покрова грунта к снеговой нагрузке на покрытие; S_g – расчетное значение веса снегового покрова на единицу площади горизонтальной поверхности грунта.

Таблица 3.9 - Сочетание нагрузок для расчета плавающих крыш

Расчетное сочетание	Сочетание нагрузок для расчета плавающих крыш	Коэффициент надежности по нагрузке	Положение	Примечание
	Собственный вес, оборудование + равномерный снег.	1,05 Расчетное значение	плавающее
	Собственный вес, оборудование + неравномерный снег	1,05 По Б.1	плавающее
	Собственный вес, оборудование + 250 мм осадков	1,05 -	плавающее	При отсутствии системы дренажа
	Собственный вес, оборудование + 2 затопленных смежных отсека	1,05 -	плавающее
	Собственный вес, оборудование + равномерный снег	1,05 Расчетное значение	На стойках
	Собственный вес, оборудование + 1,2 кПа равномерно распределенной нагрузки	1,05 -	На стойках

Таблица 3.10 – Сочетание нагрузок при расчете понтона

Расчетное сочетание	Сочетание нагрузок для расчета понтонов	Коэффициент надежности по нагрузке	Положение	Примечание
	Двойной собственный вес	1,05	плавающее
	Собственный вес, оборудование + 2,2кН на 0,1 м2 в любом месте понтона	1,05	плавающее
	Собственный вес, оборудование + затопление центральной деки и 2-ух смежных отсеков	1,05 -	плавающее
	Собственный вес, оборудование + 2,2 кн на 0,1 м2 в любом месте понтона	1,05 -	На стойках
	Собственный вес, оборудование + 0,3 кПа распределенной нагрузки	1,05 -	На стойках	При наличии система дренажа допускается интенсивность нагрузки 0,3 кПа снизить до 0.1 кПа

Указанное распределение снегового покрова справедливо для резервуаров объемом от 5000 м³ при 0,15<Н_s\D<0,72.

Комбинации нагрузок, включающие собственный вес и равномерную снеговую нагрузку (или дождевые осадки), необходимо учитывать при неповрежденной крыши и крыши с нарушенной герметичностью в положении на плаву. [3, 5]

Комбинации нагрузок, включающие собственный вес и неравномерную снеговую нагрузку учитывают при расчете неповрежденной плавающей крыши в положении на плаву.

Неповрежденный понтон в положении на плаву должен сохранять плавучесть при действии двойного собственного веса.

В положении плавающей крыши (понтона) на опорах проверяют несущую способность опор. В положении понтона на опорах проверяют их несущую способность на дополнительную нагрузку от обслуживающего персонала (2,2 кН) приложенную в любом месте конструкции.

Рис. 2. Неравномерное распределение снеговой нагрузки на плавающей крыше

3.2.9. Определение ветровой нагрузки

В соответствии с требованиями раздела 6 СНиП 23.01.07-85 при назначении ветровых нагрузок, действующих на внешние и внутренние поверхности покрытия резервуаров, учитываются действия средней w_m и пульсационной составляющей ветрового давления w_p. [7, 8]

Расчетную ветровую нагрузку следует определять как сумму средней и пульсационной составляющих согласно СНиП 23.01.07-85:

— нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте z над поверхностью земли следует определять по формуле:

, (3.20)

— нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки на высоте z следует определять по формуле:

, (3.21)

где – нормативное значение ветрового давления, принимаемого по (п. 6.4); – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, принимаемый по (п. 6.5). Коэффициент ‑ учитывающий изменение ветрового давления по высоте , определяется по таблице 3.11 в зависимости от типа местности. Принимаются следующие типы местности:

А – открытые побережья морей, озер и водохранилищ, пустыни, степи, тундра.

В – городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;

С – городские районы с застройкой зданиями высотой более 25м.

Сооружение считается расположенным в местности данного типа, если эта местность сохраняется с наветренной стороны сооружения на расстоянии

30 – при высоте сооружения до 60 м и 2 км – при большей высоте.

Таблица 3.11 - Значения коэффициента, учитывающего изменение ветра по высоте,

Высота , м	Коэффициент для типов местности
А	В	С
5	0,75	0,5	0,4
	1,0	0,65	0,4
	1,25	0,85	0,55
	1,5	1,1	0,8
	1,7	1,3	1,0
	1,85	1,45	1,15
	2,0	1,6	1,25
	2,25	1,9	1,55
	2,45	2,1	1,8
	2,65	2,3	2,0
	2,75	2,5	2,2
	2,75	2,75	2,35
480	2,75	2,75	2,75

ξ – коэффициент пульсации давления ветра на уровне , принимаемый по таблице 3.12.

Таблица 3.12 - Значения коэффициента пульсации ветра, ξ

Высота z, м	Коэффициент пульсации давления ветра ξ для типов местности
А	В	С
5	0,85 0,76 0,69 0,62 0,58 0,56 0,54	1,22 1,06 0,92 0,80 0,74 0,70 0,67	1,78 1,78 1,50 1,26 1,14 1,06 1,00
480	0,51 0,49 0,47 0,46 0,46 0,46	0,62 0,58 0,56 0,54 0,52 0,50	0,90 0,84 0,80 0,76 0,73 0,68

с – аэродинамический коэффициент;

ζ – коэффициент динамичности;

ν – коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра.

Суммарное расчетное значение ветровой нагрузки определяют по формуле:

(3.22)

где γ_t = 1,4 – коэффициент надежности по нагрузке см. п. 3.2.3 СНиП 2.01.07-85.

Для малоизученных районов нормативное значение ветрового давления w_о (Па) определяют по формуле:

(3.23)

где ν_о – численно равно скорости ветра в м\с на уровне 10 м над поверхностью земли.