Кольцевые элементы образуются кольцевыми ребрами купола. Купол собирают из нескольких ярусов щитов в зависимости от диаметра резервуара. Каждый ярус состоит из одинаковых щитов, опирающихся своими торцами на правильные многоугольники, называемые условно кольцами. Опорное кольцо купола, располагаемое по верхнему краю стенки резервуара, является одновременно и кольцом жесткости резервуара.
Опорное кольцо – важный несущий элемент сферического покрытия и верхней части стенки резервуара, который, помимо распора ребристо-кольцевого купола, воспринимает воздействие вакуума, избыточного давления и ветрового напора на 0,4 высоты стенки.
Радиальные ребра купола передают на опорное кольцо горизонтальные силы в виде распоров P (распор P – горизонтальные составляющие продольного усилия ребра Nоп, величина которых определяется по формуле:
(1.54)
Где:
- вертикальная нагрузка на купол, направленная сверху вниз и определяемая по формуле (1.38);
- находится по формуле (1.53) при х = 0.
Расчетная схема опорного кольца на действие распоров изображена на рисунке 1.11.
Рисунок 1.11 – Расчетные схемы опорного кольца на вертикальную нагрузку на купол:
а) действие нагрузки q;
б) действие нагрузки q1 (см. формулы (1.38) и (1.39))
Распоры вызывают в кольце изгибающие моменты и продольные силы, определяемые по формулам:
- максимальный момент (под радиальным ребром)
, (1.55)
- момент между ребрами
, (1.56)
- продольное усилие
, (1.57)
Распоры P1 (рисунок 1.11 б) порождают моменты и продольные силы, определяемые по формулам (1.55) – (1.57) обратного знака.
Дополнительные максимальные сжимающие продольные усилия в опорном кольце от вакуума Nк,вак и ветрового давления Nк,в на верхней части стенки резервуара высотой 0,4Н и соответствующий момент Mк,в определяется по формулам:
(1.58)
, (1.59)
, (1.60)
Где:
– аэродинамический коэффициент внешнего давления, равен 0,6;
- см. формулу (1.28);
- условный аэродинамический коэффициент, учитывающий воздействие ветровой нагрузки на разные секторы кольца (рисунок 1.12), определяемый по формуле:
, (1.61)
Где:
и - коэффициенты для нахождения изгибающих моментов в кольце, равные соответственно 0,192 и 0,239.
Рисунок 1.12 – Упрощенная эпюра для определения изгибающего момента в кольце:
а) в направлении ветровой нагрузки;
б) перпендикулярно направлению ветровой нагрузки
В точке Б будет наибольшее сжимающее усилие и соответствующий изгибающий момент от ветровой нагрузки на стенку резервуара, определяемого как сумму двух моментов6
- от ветровой нагрузки на сектор кольца с центральным углом 72 и шириной 1 м (рисунок 1.12 а):
, (1.62)
- от ветровой нагрузки на сектор кольца с центральным углом 90 и шириной 1 м (рисунок 1.12 б):
, (1.63)
Где:
- аэродинамический коэффициент при перпендикулярном направлении ветровой нагрузки, принимаемый равный 1.
Суммарный момент в точке Б от ветровой нагрузки на стенку высотой 0,4Н:
, (1.64)
В точке А кольца от ветровой нагрузки будет наибольшее растягивающее усилие и соответствующий момент, определяемый по формулам:
, (1.65)
, (1.66)
Возможными сочетаниями усилий для опорного кольца будут:
1) от вертикальных нагрузок сверху вниз q на покрытие и вакуум на 0,4Н стенки:
2) от вертикальных нагрузок снизу вверх q1 на покрытие, избыточного давления и ветрового давления на 0,4Н стенки:
3) от вертикальных нагрузок сверху вниз от нагрузок q на покрытие, ветрового давления и вакуум на 0,4Н стенки (с учетом ветрового отсоса на покрытие):
Для проверки кольца по прочности на совместное действие момента и продольной силы следует выбрать самое невыгодное сочетание усилий.
Расчет промежуточных колец рассматриваемого щитового купола осуществляется только на продольные усилия (растягивающие и сжимающие), так как радиальные ребра щитов опираются в узлах купола. При значении числа промежуточных колец следует иметь в виду, что длина щита покрытия принимается равной 8…12 м.
Продольное усилие в кольцевом элементе определяется по формуле:
(1.67)
Где:
и - продольные усилия по концам радиального ребра, определяемые по формуле (1.43), с учетом только слагаемого и, что ветровая нагрузка на стены будет восприниматься опорным кольцом.
Кольцо будет испытывать сжатие при действии вертикальной нагрузки сверху вниз q и растяжение от вертикальной нагрузки снизу вверх q1, определяемые по формулам (1.38) и (1.39).
При расчете на устойчивость многоугольник заменяется кольцом радиуса ri и проверяется в своей плоскости по формуле:
, (1.68)
Где:
- момент инерции сечения кольца относительно вертикальной оси.
Если настил приваривается к кольцам, то они проверяется только на прочность по формуле:
(1.69)