Контурного давления на фундамент

Проектирование основания и фундаментов под резервуар выполняется специализированной проектной организацией с учетом положений действующей нормативно-технической документации. С целью определения исходных данных для проектирования основания и фундамента следует разрабатывать задание, включающее расчетные реактивные усилия (нагрузки), передаваемые от корпуса резервуара на его фундамент. В курсовом проекте необходимо определить контурное давление на фундамент в соответствии с заданием и произвести расчет резервуара на опрокидывание. [3,14 ]

Проект основания и фундамента должен быть выполнен с учетом обеспечения следующих условий: [15]

— максимальная абсолютная осадка основания не должна превышать 200 мм;

— относительная осадка основания под днищем, равная отношению разности осадок двух смежных точек к расстоянию между ними, не должна превышать 0,005;

— разность осадок под центральной частью днища и под стенкой не должна превышать 0,003r (r – радиус резервуара) и не должна быть более 100 мм;

— крен резервуаров не должен превышать 0,002 (для резервуаров с понтоном или плавающей крышей) и 0,004 – для резервуаров без понтона или плавающей крыши. [5]

Конструкция резервуара должна быть проверена на возможность опрокидывания резервуара – отрыва стенки резервуара и прилегающих к ней участков днища от основания резервуара при действии ветровой и сейсмической нагрузки. При расчетах учитываются сочетания воздействий на фундамент расчетных нагрузок в соответствии с таблицей 3.23. [3]

Проверка на опрокидывание пустого резервуара от действия ветровой нагрузки предусматривает, что ветровая нагрузка вызывает появление опрокидывающего момента, вычисляемого относительно точки, расположенной на оси симметрии опорного контура стенки с подветренной стороны резервуара. Необходимо произвести расчеты:

— проверку на опрокидывание пустого резервуара путем сравнения опрокидывающего момента и момента от удерживающих сил;

расчет анкеров, если устойчивость пустого резервуара от опрокидывания не обеспечена.

Опрокидывающий момент, действующий на резервуар в результате ветрового воздействия М_w определяется

(3.94)

Таблица 3.23 - Сочетание воздействий на фундамент резервуара расчетных нагрузок

Вид нагрузки	Сочетание воздействий для расчета нагрузок на фундаменты
1,2
Условия эксплуатации и гидравлических испытаний	Проверка необходимости установки анкеров	Условия землетрясения
Вес продукта (или воды)	+	-	+
Вес корпуса и крыши резервуара.	+	+	+
Вес стационарного оборудования	+	+	+
Вес теплоизоляции	+	+	+
Внутреннее избыточное давление	-	+	+
Вакуум	+	-	-
Снеговая нагрузка	+	-	+
Ветровая нагрузка	+	+	-
Сейсмическая нагрузка	-	-	+

где γ_n – коэффициент надежности по ответственности; М_ws – опрокидывающий момент от действия ветра на стенку резервуара, кН м

, (3.95)

где F – сдвигающая сила от действия ветра на стенку, кН;

(3.96)

(3.97)

где: b – координата приложения равнодействующей силы, м; D – диаметр резервуара, м; γ_f – коэффициент надежности по ветровой нагрузки, равный 1,4; Н – высота стенки резервуара, м; w - нормативное значение ветрового давления, кПа; w_o – 1,2кПа.

Опрокидывающий момент от действия ветра на крышу резервуара, кНм

(3.98)

где S_r – площадь вертикальной проекции крыши, м²; Х_r – расстояние от днища до центра тяжести крыши резервуара, м.

Определение сдвигающей силы и опрокидывающего момента при воздействии сейсмической нагрузки производится по специальным методикам.

Проектирование фундамента резервуара осуществляется с использованием двух вариантов нагрузок.

Первый вариант – асесимметричные нагрузки, создающие равномерное распределение усилий по периметру фундамента, включают:

— вес резервуара с учетом оборудования и теплоизоляции, за вычетом центральной части днища;

— гидростатическое давление на уровне днища, действующее в пределах фундаментного кольца;

— снеговую нагрузку;

— избыточное давление и разряжение в газовом пространстве резервуара.

Второй вариант – косометричные нагрузки, создающие неравномерное распределение усилий по периметру фундамента:

— ветровая и сейсмическая нагрузки, вызывающие появление опрокидывающего момента, вычисляемого относительно точки, расположенной на оси симметрии опорного контура стенки с подветренной стороны резервуара.

Для проектирования фундамента резервуара необходимо выполнить расчеты:

— определение нагрузок на центральную часть днища в условиях эксплуатации и гидравлических испытаний;

— расчет максимальных и минимальных нагрузок на фундаментное кольцо в условиях эксплуатации;

— проверку на опрокидывания пустого резервуара путем сравнения опрокидывающего момента и момента от удерживающих сил;

— расчет анкеров, если устойчивость пустого резервуара от опрокидывания не обеспечена.

Расчетная погонная нагрузка на фундаментное кольцо характеризуется максимальным и минимальным значениями, соответствующими диаметрально противоположным участкам фундамента (см. рисунок 5). Максимальная и минимальная нагрузки определяются соответственно, как сумма и разность максимальных осесимметричных и кососимметричных нагрузок (с учетом знаков).

Рис. 5. Нагрузки на фундаментное кольцо резервуара

Расчетная нагрузка на фундаментное кольцо

(3.99)

, (3.100)

где L_f – ширина фундаментного кольца за вычетом выступающего за стенку участка, м.

Расчетная максимальная и минимальная осесимметричные нагрузки на фундамент резервуара

(3.101)

, (3.102)

где G_s – вес стенки; G_r – вес крыши; G_so – вес оборудования на стенке резервуара, кН; G_ro – вес оборудования на крыше, кН; G_st – вес теплоизоляции на стенке, кН; G_rt – вес теплоизоляции на крыше, кН; f_sk – коэффициент, учитывающий форму крыши; p_vak – нормативное значение вакуума, кПа.

Нагрузки на центральную часть днища определяются исходя из величины внутреннего избыточного давления, максимального проектного уровня налива и плотности продукта или воды. Эту нагрузку определяют по формулам:

для условий эксплуатации

(3.103)

для условий гидравлических испытаний

(3.104)

где t_bc – номинальная толщина центральной части днища, м; ρ – плотность продукта, т\м³; ρ_g – плотность воды, т\м³; ρ_s – плотность стали, т\м³; Н_е – максимальный уровень налива при эксплуатации, м; Н_о_g – максимальный уровень налива при гидроиспытании, м.

Резервуар считается устойчивым к опрокидыванию, если момент от вертикальных удерживающих сил, действующих на пустой резервуар, превышает момент сил, вызванных ветровым воздействием.

Если резервуар является неустойчивым к опрокидыванию, стенка резервуара прикрепляется к фундаменту анкерными устройствами, шаг установки и размеры определяются расчетом.

Установка анкеров требуется, если выполняется неравенство, в котором правая часть представляет момент от удерживающих сил

(3.105)

где Q_min – расчетная минимальная осесимметричная нагрузка на фундамент;

Удерживающая сила N_уд. определяется по формуле

(3.106)

где:

g_стенки = t_ср×ρ×0,01×Н×2×π×r; (3.107)

g_{окрайков} =0,2×g_днища,- g_днища= t_днища×π×(r+5)2 (3.108)

F_wvr - подъемная сила от действия ветра на крышу, кН.

(3.109)

Подъемная сила от избыточного давления

(3.110)

Суммарная подъемная сила определяется

(3.111)

Удерживающая сила, приходящаяся на анкерные болты

(3.112)

Количество анкерных болтов определяется из условия установки их через 10 градусов.

Для конических крыш с углом наклона α ≥ 5º и сферических крыш высотой fr ≥ 0,7D, а также для резервуаров с плавающими крышами следует принять F_wvr = 0.

Расчетное усилие в одном анкерном болте определяется по формуле:

(3.113)

где D_a – диаметр установки анкерных болтов, м; n_a – количество анкерных болтов.

Конструкция анкерного устройства выполняется в виде:

— анкерных столиков с анкерными болтами;

— кольцевой анкерной плиты с анкерными болтами.

Диаметр анкерных болтов определяется расчетом, но должен быть не менее 24 мм. После проведения всех испытаний анкерные болты равномерно затягиваются до отказа, усилие затяжки не нормируется. После затяжки гайки анкерных болтов фиксируются предусмотренным способом.

Количество анкерных болтов, устанавливаемых на резервуаре, должно быть кратно четырем. Распределяются болты по периметру равномерно, симметрично относительно главных осей резервуара, но не совпадают с ними. Расстояние между анкерными болтами не должно превышать 3 м.

Допускается выполнять анкерные крепления стенки резервуара с применением анкерных полос, при этом монтажные стыки анкерных полос выполняются после проведения всех испытаний.

Толщина накладной пластины

(3.114)