Санкт-Петербургский Государственный

Архитектурно-Строительный Университет

Кафедра металлических конструкций

и испытаний сооружений

Пояснительная  записка

к курсовому проекту на тему

Проектирование вертикального

цилиндрического резервуара для нефтепродуктов









Проект выполнил:

 

Санкт-Петербург

2000г





пункт 1
.1
Определение геометрических размеров резервуара

Обьем резервуара V_ЗАД=3400 м³, что больше 2000 м³ , таким образом оптимальную высоту резервуара определим по следующей формуле:

где

g
_с1
=0
.8 –
коэффициент условий работы

g
_f2
=1.1 -
коэффициент надежности по нагрузке для гидростатического давления

R_wy
=2450 кг
/с
м
² 
-расчетное сопротивление сварного стыкового шва (R_wy=R_y) для стали Вст3сп5-1 (лист 4-10 мм)

D
=1.1 см -
приведенная толщина стенки и кровли (
V=3400
м³)

r
=0
.000
7
5
кг
/с
м³ - обьемный вес жидкости (бензин)
Принимаем предварительно максимальную высоту стенки резервуара
h
_ст
=16
.16
м
,
используем листы размером 2*8 м

N
_листов
=
h
_ст
/h
_листа
=16.16
/1.99=8.12
шт

Округляем количество листов по высоте до 8 шт
.
тогда
окончательная
высота стенки составит 
H
_оконч
=

15
.92
м

Определяем радиус резервуара
r₂:




Определяем длину рулона

L_р=2*
p
*r₂+0.2=2*3.14*8.25+0.2=52.01
м

Определяем количество листов в рулоне


L
_р
/l
_листа
=52
.01/7.99=6.51
шт

Принимаем 6.75

шт
,
тогда
L
_Р
=6
.75*7.99=53.93
м
,
и уточняем значение радиуса резервуара
r₂

r₂=L
_Р
-0.2/2*
p
=(53.93-0.2)/(2*3.14)=8.56
м

Табл
.1
Генеральные размеры резервуара

V, м3	H ст , м	r2, м	H/D	L стенки , м
3662	1.99*8=15.92	8.56	0.92	53.73

cтр
.2







Пункт 1
.2
Определение толщины стенки резервуара
.

























Рис.1







Таблица 2
.
Определение толщины стенки резервуара

Номер сечения               i	Высота столба жидкости yi , м	r*gf2*yi кПа	Pизб*gf3кПа	(2)+(3), кПа	t выч , cм	t прння-тое , мм	t оконч , мм	Марка стали
0	1	2	3	4	5	6	7	8
1	15 ,92	131 , 34	26 ,4	157,74	0,69	7		Вст3сп5-1
2	13 , 93	114 , 92	26 ,4	141,32	0,62	7		Вст3сп5-1
3	11 , 94	98 , 50	26 ,4	124,9	0,55	6		Вст3сп5-1
4	9 , 95	82 , 08	26 ,4	108,48	0,47	5		Вст3сп5-1
5	7 , 96	65,67	26 ,4	92,07	0,40	4		Вст3сп5-1
6	5 , 97	49 , 25	26 ,4	75,65	0,33	4		Вст3сп5-1
7	3 , 98	32 , 83	26 ,4	59,23	0,26	4		Вст3сп5-1
8	1,99	16 , 41	26 ,4	42,81	0,19	4		Вст3сп5-1

Требуемая толщина стенки резервуара определяется по формуле
:


где

r
=0,75
т
/
м³ обьемный вес бензина

g
_f2
=1,1 коэффициент надежности по нагрузке для жидкости

P
_изб
=2
,
2*
1 =2,2
т
/
м²  Избыточное давление паров бензина
,
соответствующее

2200 мм вод
.
ст
олба


g
_f3
=1,2 коэффициент надежности по нагрузке для
избыточного давления


^r
₂
=8,56
м

R_wy
=2450 кг
/с
м
² 
-расчетное сопротивление сварного стыкового шва (R_wy=R_y) для стали Вст3сп5-1 (лист 4-10 мм)

 
g
_с1
=0
.8 –
коэффициент условий работы стенки резервуара
                                                                             

стр.3







Пункт1.3 Расчет стенки резервура на устойчивость


Определение критических напряжений:

а) мередиональных (
s
_cr1
)



где с-коэффициент принимаемый по отнощению r₂/t_min=856/0.4=2140; c=0.07

E=2*10⁶ кг/см²

t_min=4 мм=0.4 см

б) кольцевых (
s
_cr2
)





E=2*10⁶ кг/см²

t_cр=(4*4+2*7+6+5)/8 мм=5,125 см

h=H_ст-0.33h_var=1592-0.33*796=1329,32 см

h_var=1.99*4=796 см

Сбор продольных сжимающих нагрузок


·
P₂=(P_ВАК*
g
_F3
+q_В*с₂*
g
_F4
)*n_c=(0.01*1.2+0.006*0.5*1.4)*0.9= 0,01458 кг

·

s
₂
=P₂*r₂/t_min= 0,01458*856/0.4= 31,20 кг/см²

P_ВАК=100 мм.вод.ст=1 кПа=0.01 кг/см² 
g
_F3
=1.2

q_В=0.6 кПа =0.006 кг/см² (V район по ветру) с₂=0.5
g
_F4
=1.4 n_c=0.9

Сбор  кольцевых сжимающих нагрузок

·
P₁=g_кров*
g
_F1
+(P_снег*
g
_F5
+P_вак*
g
_F3
-q_В*с₁*
g
_F1
)*n_c=0.0039*1.1+

+(1.6*0.007+0.01*1.2-0.006*0.952*0.9)*0.9= 0,0205кг

P_ВАК=100 мм.вод.ст=1 кПа=0.01 кг/см² 
g
_F3
=1.2

g_кровли=(0.35-0.30)/(5000-3000)*3662+0.3=0,39 кН/м_­­­­²=0.0039 кг/см²  
g
_F1
=1.1

P_снег= 0.7 кПа=0.007 кг/см²   (II снеговой район)                                 
g
_F5
=1.6

q_В=0.6 кПа=0.006 кг/см²  (V район по ветру)

с₁=0.6*H/D+0.4=0.6*0.92+0.4=0,952
g
‘_F4=0.94


·

s
₁
=P₁*r₂/2t_ст+
g
_F1
*
r
*b*n_поясов= 0.0205*856/2*0,4+1.1*0.00785*199*4= 28,80 кг/см²

r
=7.85 т
/
м³=7850кг
/
м³=7850
/(100*100*100)= 0,00785
кг
/
см³

Проверка устойчивости

Условие устойчивости стенки

s
1/
s
cr1+
s
2/
s
cr2 <=
g
c2=1

28.80/68.69+31.20/10.90= 0,41+ 2,86= 3.27>1

Требуется установка  ребер (колец) жесткости. Устанавливаем одно ребро жесткости на отметке 7.96м (середина высоты резервуара),  тогда ;

s
cr1=68.69 кг/см²



s
₁
=P₁*r₂/2t_ст+
g
_F1
*
r
*b*n_поясов= 0.0298*856/2*0,4+1.1*0.00785*199*4= 28,80 кг/см²

s
₂
=P₂*r₂/t_min= 0,01458*856/0.4= 31,20 кг/см²
Проверка устойчивости

Условие устойчивости стенки

s
1/
s
cr1+
s
2/
s
cr2 <=
g
c2=1

28.80/68.69+31.20/12.55= 0,41+ 2,48=2.85>1

Требуется установка дополнителных ребер (колец) жесткости. Устанавливаем два кольца жесткости на отметках 5.97м и 9.95 м ,  тогда ;

s
cr1=68.69 кг/см²



s
₁
=P₁*r₂/2t_ст+
g
_F1
*
r
*b*n_поясов= 0.0205*856/2*0,4+1.1*0.00785*199*3= 26,62 кг/см²

s
₂
=P₂*r₂/t_min= 0,01458*856/0.4= 31,20 кг/см²

Проверка устойчивости

Условие устойчивости стенки

s
1/
s
cr1+
s
2/
s
cr2 <=
g
c2=1

26.62/68.69+31.20/16.73= 0,39+ 1,86=2.25>1

Требуется установка дополнителных ребер (колец) жесткости. Устанавливаем три кольца жесткости на отметках 3.98 м и 7.96 и 11.94 м ,  тогда ;

s
cr1=68.69 кг/см²



s
₁
=P₁*r₂/2t_ст+
g
_F1
*
r
*b*n_поясов= 0.0205*856/2*0,4+1.1*0.00785*199*2= 25,06 кг/см²

s
₂
=P₂*r₂/t_min= 0,01458*856/0.4= 31,20 кг/см²

Проверка устойчивости

Условие устойчивости стенки

s
1/
s
cr1+
s
2/
s
cr2 <=
g
c2=1

25.06/68.69+31.20/25.09= 0,36+ 1,24=1.6>1

Увеличиваем толщину листов верхней части стенки до 5 мм, тогда;



где с-коэффициент принимаемый по отнощению r₂/t_min=856/0.5= 1712; c=0.07



s
₁
=P₁*r₂/2t_ст+
g
_F1
*
r
*b*n_поясов= 0.0205*856/2*0,5+1.1*0.00785*199*2= 20.67 кг/см²

s
₂
=P₂*r₂/t_min= 0,01458*856/0.5= 24,96 кг/см²

Проверка устойчивости

Условие устойчивости стенки

s
1/
s
cr1+
s
2/
s
cr2 <=
g
c2=1

20.67/85.86+24.96/35.07= 0,24+ 0.71=0.95<1

Условие устойчивости выполняется следовательно оставляем текущую конструкцию стенки резервуара:

1,2,3,4,5 листы сверху приняты толщиной 5мм, 6лист -6мм, 7,8 листы -7 мм.

Установлены три кольца жесткости на отметках 3.98 м и 7.96 и

 11.94 м








Расчет сопряжения стенки с днищем
M_Y=0.1*p*r²*t
_ст

P=
r
*
g
_f2
*H+P
_изб
*
g
_f3

P=0.00075*1.1*1592+0.22*1.2=1.57
кг/см²


M_Y=0.1*1.57*856*0.7= 94,1
кг*см

 кг/см²


для резервуаров высокого давления необходимо учитывать растягивающие усилия от
P
изб и ветровой нагрузки
s
₁


p₁=(
P
_изб
*
g
_f3
+
g
_f4
*с₁*q_в)n_c
g
_f1
^’
*g
_кр
-
g
_f1
^’
*g
_ст


p₁=(
0.22*1.2+1.4*0.952*0.006)0.9-0.95*0.0039=0
,244-0,00371= 0,241

s
₁
=P₁*r²_/2t_ст-
g
_f1
^’
*g
_кр
-
g
_f1
^’
*g
_ст
=0.241*856/2*0.7-0.95*0.00785*199*8=

= 147,35-
8,31= 139,04 кг/см²

Суммарное напряжение
s
_s

s
_s
=
s
_M
+
s
₁
=1152.24-139.04= 1013,2
кг/см²
<R_Y*
g
_C
=2450*0.8= 1960
кг/см²

Принимаем крепление стенки к днищу  двумя угловыми швами


Условие прочности сварного шва по металлу шва
:



Сварку ведем полуавтоматическим способом
,
с применением сварочной проволоки Св-08А с
R_wun=4200
кг/см²


 R_wf=0.55 R_wun/
g
_wm
=0.55*4200/1.25= 1848
кг/см²


 1)
Катет шва принимаем
k_f=
5мм
  ;
b
_f
=0.7

W_f=(
b
_f
*k_f)²/6=(0.7*0.5)²/6= 0.0204
см³


 2445,41
кг/см²
< 1848*1*1
кг/см²


2)
Катет шва принимаем
k_f=
6мм
  ;
b
_f
=0.7

W_f=(
b
_f
*k_f)²/6=(0.7*0.6)²/6= 0,0294 
см³


1716,20
кг/см²
<1848*1*1
кг/см²


Условие прочности металла шва выполняется
Производим поверку крепления стенки к днищу на отрыв
:

R_th=0.5*R_un/
g
_wm
=0.5*2500/1.05= 1190,48
кг/см²


1716,20
кг/см²
> R_th*
g
_c
= 1190,48
кг/см²


Условие не выполняется следовательно увеличиваем катет шва k_f=
7мм

W_f=(
b
_f
*k_f)²/6=(0.7*0.7)²/6= 0,0400
см³


 1275,56
кг/см²
> R_th*
g
_c
= 1190,48
кг/см²

Условие не выполняется следовательно увеличиваем стенку до
8 мм

И катет шва до
k_f=
8мм

M_Y=0.1*p*r²*t
_ст

M_Y=0.1*1.57*856*0.8= 107,51
кг*см
p₁=(
P
_изб
*
g
_f3
+
g
_f4
*с₁*q_в)n_c-
g
_f1
^’
*g
_кр
-
g
_f1
^’
*g
_ст


p₁=(
0.22*1.2+1.4*0.952*0.006)0.9-0.95*0.0039=0
,244-0,00371= 0,241

s
₁
=P₁*r²_/2t_ст-
g
_f1
^’
*g
_кр
-
g
_f1
^’
*g
_ст
=0.241*856/2*0.8-0.95*0.00785*199*8*0.8=

= 147,35-
8,31= 139,04 кг/см² 128,935- 9,50= 119,44 кг/см²

W_f=(
b
_f
*k_f)²/6=(0.7*0.8)²/6= 0,0523
см³


 1113,13
кг/см²
< R_th*
g
_c
= 1190,48
кг/см²




Условие
прочности
выполняется следовательно окончательно принимаем толщину нижнего листа стенки резервуара 
8 мм и катет шва
k_f=
8мм

Расчет анкерного крепления стенки

Подъемная сила
N
_п будет равна

N_П=g_f3*P_изб*p*r²=1.2*0.22*3.14*856²=  607409 кг

Удерживающая сила
N
_уд


N_уд=g_f1(g_кровли+g_стенки+g_{окрайков})=0.9(8973+47027+1827,2)= 52045 кг

g_кровли=0.0039*p*r²=0.0039*3.14*856²= 8973 кг

g_стенки=0.007*7850*0.01*15.92*2*p*r= 47027 кг

g_{окрайков}=0.2* g_днища=0.2*9136= 1827,2 кг

g_днища=t_днища*p*(r+5)²₌0.5*3.14*(861)²*0.00785= 9136 кг
N
_{анкерн.болтов}
= N_П-N_уд=607409-52045= 555364 кг

Количество анкерных болтов при установке их через 1510 см

(10 град.) равно 36 штук

Усилие на один болт

N_{анк.болта}=N_{анк.болт.общ}/n_болтов=555364/36= 15427 кг

Применяем болты нормальной точности  из стали марки Вст3кп2

 с расчетным сопротивлением стали  растяжению

 145 мпа(1500 кг/см²)

Требуемая площадь анкерного болта

A_{тр.болта.нт}=N_болта/R_болта=15427/1500=  10,3 см²

Диаметр болта принимаем 42 мм с А_б.нт=11.3 см²
Определим высоту  ребра (4 шт), из длины сварных швов учитывая

Срезы 20 х 20 с обоих сторон

Требуемая длина сварных швов
l_w при катете шва 6 мм

 l_w= N_болта/4bf*k_f*R_wf=15427/4*0.6*0.9*1848= 3,9+1+4=8.9 см

При полуавтоматической сварке  проволокой СВ-08А с

R_wun=4200 кг/см² и R_wf=4200*0.55/1.25= 1848 кг/см²

В нижнем положении и диаметре проволоки 1.4-2 мм

Коэффициент bf=0.9

Принимаем конструктивно h_ст=20 см
Определяем толщину накладной пластины из стали Вст3сп5

С R_Y=2400 кг/см² при l_{пластины}=120 мм

М_{пластины}= N_болта* l_{пластины}/4=15427*12/4= 46281 кг*см

W_тр= М_{пластины}/ R_Y=46281/2400= 19,28 cм³

Ширина пластины b=180 мм

Толщина пластины = 2,54 см

Принимаем размеры пластины 18 х 2.6 см

Кольцо жесткости принимаем из уголка с полкой b=(1/100D=

=0.01*856*2= 17,12)=18см т.е неравнопол.уголок 180 х 110 х 10

Расчет торосферической кровли

Сбор нагрузок

P¯= g_{кровли*}g_f1+(g_f5*P_СНЕГ+g_f3*P_{вакуума})*0.9=

=0.0039*1.05+(1.6*0.007+1.2*0.01)0.9=0,0250 кг/см²
P­= -g_{кровли*}g_f1’+(g_f3*P_изб+g_f4*q_в*с₁)0.9=

=-0.0039*0.9+0.9(1.2*0.22+1.4*0.006*0.952)= 0,241 кг/см²

Проверка средней части оболочки по прочности

Предварительно принимаем толщину листов кровли t_об=5мм


s=0.241*856/2*0.5= 206,3 кг/см² <R_wy*g_c=2450 кг/см²

 прочность в средней части кровли обеспечена

Проверка средней части оболочки по устойчивости

s_CR=0.1*2100000*0.5/856 =122,7 кг/см²

s=0.025*856/2*0.5= 21,4 кг/см² <s_CR=122,7 кг/см²

Устойчивость в средней части кровли обеспечена

Проверка  оболочки в месте примыкания ее к стенке по устойчивости

P­=0,241 кг/см²    <   1/4*1.21*(0.5²/856²-2*333.84²)= 0,3025*2100000* *4,90e-7= 0,311 кг/см²


Устойчивость оболочки в месте примыкания кровли к стенке обеспечена.

Окончательно принимаем толщину листов кровли
t
_об
=5мм