Исследование зависимости основных компонентов НДС в уторном узле РВС от характера взаимодействия днища с основанием

Abstract

RU: Постановка проблемы. Стальные вертикальные цилиндрические резервуары (РВС) относятся к разряду массовых конструкций, широко применяемых в промышленности для хранения нефти и нефтепродуктов. Такие конструкции относятся к категории особо ответственных объектов, поэтому более глубокое изучение работы РВС и уточнение методики их расчета по-прежнему остаются весьма актуальными. Одним из наиболее ответственных узлов таких конструкций является узел сопряжения цилиндрической стенки с плоским днищем. Инженерные методики расчета данного узла детально разработаны и испытаны на типовых сериях стальных вертикальных цилиндрических резервуаров. Однако в основу всех таких методик принята физическая модель с двухсторонней связью днища с основанием. В действительности днище и основание имеют одностороннюю связь (основание не препятствует вертикальному перемещению днища, направленному вверх). Поэтому и действительный характер узла сопряжения стенки с днищем будет отличаться от расчетного по модели с двухсторонней связью и это обстоятельство может влиять на точность получаемых при расчете результатов. Цель статьи – анализ особенностей НДС узла сопряжения стенки стального вертикального цилиндрического резервуара с плоским днищем при односторонней связи днища с основанием, а также различий, которые могут иметь место в результатах расчета стальных резервуаров при использовании моделей с одно- и двухсторонней связью днища с основанием. Вывод. При определенных соотношениях геометрических параметров, жесткости основания и уровнях нагружения стальных резервуаров могут иметь место существенные различия (от 5 до 20 %) в расчетных значениях изгибающих моментов в узле сопряжения стенки с днищем при использовании моделей с одно- и двухсторонней связью днища с основанием. При отсутствии в резервуарах внутреннего избыточного давления значения изгибающих моментов в узле сопряжения, получаемые в расчетах с односторонней связью, во всех случаях оказываются меньше, чем при двухсторонней связи. Это объясняется возникновением скрытого (внутреннего) отрыва днища от основания. Учет указанного обстоятельства позволяет в целом ряде случаев снизить расход металла и получить определенный экономический эффект.

UK: Постановка проблеми. Сталеві вертикальні циліндричні резервуари (РСВ) належать до розряду масових конструкцій, що широко застосовуються у промисловості для зберігання нафти та нафтопродуктів. Такі конструкції належать до категорії особливо відповідальних об'єктів, тому більш глибоке вивчення роботи РВС та уточнення методики їх розрахунку, як і раніше, актуальне. Один із найбільш відповідальних вузлів таких конструкцій – вузол сполучення циліндричної стінки із плоским днищем. Інженерні методики розрахунку цього вузла детально розроблені та добре випробувано на типових серіях вертикальних циліндричних резервуарів. Проте за основу всіх таких методик прийнята фізична модель із двостороннім зв’язком днища з основою. Насправді днище з основою має односторонній зв’язок (основа не перешкоджає вертикальному переміщенню днища, спрямованому вверх). Тому й дійсний характер вузла сполучення стінки з днищем відрізнятиметься від розрахункового за моделлю з двостороннім зв’язком и це може впливати на точність отримуваних при розрахунку результатів. Мета статті – аналіз особливостей НДС вузла сполучення стінки сталевого вертикального циліндричного резервуара з плоским днищем, спричинених одностороннім характером зв'язку днища з основою, а також відмінностей, які можуть бути в результатах розрахунків сталевих резервуарів у разі використання моделей з одно- та двостороннім зв’язком днища з основою. Висновок. За певних співвідношень геометричних параметрів, жорсткості основи та рівнів навантаження сталевих резервуарів можуть виникати суттєві відмінності (від 5 до 20 %) в розрахункових значеннях згинальних моментів у вузлі сполучення стінки та днища у разі використання моделей з одно- та двостороннім зв’язком днища з основою. За відсутності в резервуарах внутрішнього надмірного тиску значення згинальних моментів у вузлі сполучення, отримуваних у розрахунках у випадку одностороннього зв’язку завжди виявляється меншим, ніж за двохстороннього зв’язку. Це пояснюються виникненням прихованого (внутрішнього) відриву днища від основи. Урахування вказаної обставини дозволяє у багатьох випадках знизити витрати метала та отримати певний економічний ефект.

EN: Raising of a problem. Steel storage tanks (SST) are relating to a mass-volume construction category, widely used in petroleum industry for crude oil and petroleum products storage. Such constructions are of category of critical objects, therefore SST performance must be deeply studied and calculation methodology must be improved. Shell-bottom junction is one of the important critical components of such constructions. This junction calculation methods are well developed and approved for steel tanks of standard series. Though all above mentioned methods are based on the physical model with bidirectional bottom-foundation connection. In fact tank bottom has a unilateral connection with foundation (foundation doesn't impede bottom upward displacement). Therefore real performance mode of shell-bottom junction differs from calculation model with bidirectional bottom-foundation connection. This fact might have influence on the computational accuracy. Purpose. In this article base components of shell-bottom junction stress-strain state due to unilateral bottom-foundation interaction model is being analyzed. Also the difference in tank calculation results using unilateral and bidirectional bottom-foundation connection model is studied. Conclusion. Under certain relation of geometric parameters, modulus of foundation and loading level of steel tank, essential differences (from 5 to 20%) in bending moment values take place in shell-bottom junction while using unilateral and bidirectional bottom-foundation interaction models. Under internal excessive pressure absence, a bending moment value in shell-bottom junction with unilateral bottom-foundation interaction was found to be smaller than in case of bidirectional bottom-foundation connection. This case can be explained by occurrence of undetected (inner) bottom uplift. This fact accounting makes it possible to reduce metal consumption and to obtain a certain saving rate.