Расчет кольцевых элементов

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 N_оп, 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 N_к,вак и ветрового давления N_к,в на верхней части стенки резервуара высотой 0,4Н и соответствующий момент M_к,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 r_i и проверяется в своей плоскости по формуле:

, (1.68)