Вертикальные резервуары

НАЗНАЧЕНИЕ
Резервуар вертикальный цилиндрический стальной - наземное строительное сооружение, предназначенное для приема, хранения, измерения объема и выдачи жидкости.
ГОСТ 31385-2016 «Резервуары вертикальные цилиндрические стальные для нефти и нефтепродуктов»

УСТРОЙСТВО РЕЗЕРВУАРА

Световой люк
Люк-лаз
Лестница

Дыхательные клапаны
Световой люк
Патрубки
Отмостка

КЛАССИФИКАЦИЯ

РЕЗЕРВУАРЫ ВЕРТИКАЛЬНЫЕ СТАЛЬНЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ

1 - стенка;
2 - днище; 3 - стационарная крыша; 4 - дыхательный клапан
РЕЗЕРВУАР СО СТАЦИОНАРНОЙ КРЫШЕЙ БЕЗ ПОНТОНА (РВС)

РЕЗЕРВУАР СО СТАЦИОНАРНОЙ КРЫШЕЙ С ПОНТОНОМ (РВСП)
1 - стенка; 2 - днище; 3 - стационарная крыша; 5 - понтон; 6 - уплотняющий затвор; 7 - вентиляционный проем

РЕЗЕРВУАР С ПЛАВАЮЩЕЙ КРЫШЕЙ (РВСПК)
1 - стенка; 2 - днище; 8 - ветровое кольцо; 9 - плавающая крыша; 10 - уплотняющий затвор с погодозащитным козырьком; 11 - катучая лестница

СБОР НАГРУЗОК

НАГРУЗКА ОТ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ В РАСЧЁТНОМ УРОВНЕ КАЖДОГО ПОЯСА
где γж – коэффициент надёжности по нагрузке;
z – расстояние от дна до нижней кромки расчѐтного пояса.

НАГРУЗКА ОТ ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ
где γи – коэффициент надёжности по нагрузке для избыточного давления;
Pиn – нормативное значение избыточного давления.

НАГРУЗКИ ОТ СОБСТВЕННОГО ВЕСА
где γ g – коэффициент надёжности по нагрузке для собственного веса металлоконструкций.
GО n – нормативное значение распределённой нагрузки от веса покрытия, площадок ограждения и стационарного оборудования.
Собственный вес покрытия, площадок ограждения и стационарного оборудования:
Вес металлоконструкций выше расчётной точки:
где ρМ – плотность стали;
Hст, i – высота стенки выше рассматриваемого уровня;
ti – номинальная толщина i-го пояса стенки.

НАГРУЗКИ ОТ СОБСТВЕННОГО ВЕСА
где GУ n – нормативное значение веса утеплителя;
Sпов – площадь поверхности кровли.
Вес утеплителя:

СНЕГОВАЯ НАГРУЗКА
где Sg – расчѐтное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли;
μ – коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.

НАГРУЗКА ОТ ОТНОСИТЕЛЬНОГО РАЗРЕЖЕНИЯ
где γ вак – коэффициент надѐжности по нагрузке для вакуума;
Pвак n – нормативное значение вакуума, принимаемое для резервуаров.

ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКА
где γ вет – коэффициент надёжности по нагрузке для ветровой нагрузки;
w0 – нормативное значение ветрового давления;
k – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте;
с – аэродинамический коэффициент.

РАСЧЕТ СТЕНКИ ВЕРТИКАЛЬНОГО РЕЗЕРВУАРА
Подбор и проверка сечений резервуара

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ПОДБОР ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ РЕЗЕРВУАРА
где γ с – коэффициент условий работы.
Минимальная расчѐтная толщина стенки в каждом поясе для условий эксплуатации:

где В – плотность используемой при гидроиспытаниях воды;
Hg – высота налива воды при гидроиспытаниях;
c = 0,9 – коэффициент условий работы при гидроиспытаниях для всех поясов одинаков.
Минимальная расчѐтная толщина стенки в каждом поясе для условий гидравлических испытаний tg
Минимальная конструктивная толщина листа tк
Таблица 3
ГОСТ 31385-2016 «Резервуары вертикальные цилиндрические стальные для нефти и нефтепродуктов»

где Δ – минусовой допуск на прокат;
с – припуск на коррозию.
Номинальная толщина t каждого пояса стенки:
Расчѐтная толщина поясов tр:

ПРОВЕРКА СТЕНКИ НА ПРОЧНОСТЬ
Проверка прочности по приведѐнным напряжениям:
Проверка прочности по кольцевым напряжениям:

Кольцевые напряжения для нижних точек поясов:
Меридиональные напряжения:
где 0,95 – коэффициент сочетания для временных длительных нагрузок в основном сочетании;
0,9 – коэффициент сочетания для временных кратковременных нагрузок в основном сочетании.

ПРОВЕРКА СТЕНКИ НА УСТОЙЧИВОСТЬ
где σсr1 – меридиональные критические напряжения;
σсr2 – кольцевые критические напряжения.
Проверка устойчивости стенки резервуара:

где tp, min – расчѐтная толщина самого тонкого пояса;
Е – модуль упругости прокатной стали и стальных отливок.
Кольцевые напряжения:
Меридиональные напряжения:
Критические напряжения:

Где С – коэффициент, вычисляемый по формулам:
Нr – редуцированная высота резервуара.

РАСЧЕТ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ КОЛЕЦ ЖЕСТКОСТИ
Значение Нr max, при котором выполняется условие устойчивости стенки:
Высота установки кольца над нижней кромкой:

Условие восприятия изгибающего момента:
где W – момент сопротивления сечения кольца.

РАСЧЕТ УЗЛА СОПРЯЖЕНИЯ СТЕНКИ И ДНИЩА
Подбор и проверка сечений резервуара

Система дважды статически неопределима.
Неизвестные изгибающий момент и поперечная сила могут быть получены решением системы канонических уравнений метода сил:

Проверка условий прочности стенки и днища в точках сопряжения :
Проверка прочности сварных швов:

РАСЧЕТ ПОКРЫТИЯ
Подбор и проверка сечений резервуара

СБОР НАГРУЗОК НА КРОВЛЮ

НАГРУЗКА, ДЕЙСТВУЮЩАЯ «СВЕРХУ ВНИЗ»
Нормативная нагрузка по первой комбинации:
Расчѐтная нагрузка по первой комбинации:

НАГРУЗКА, ДЕЙСТВУЮЩАЯ «СНИЗУ ВВЕРХ»
Нормативная нагрузка по второй комбинации
Расчѐтная нагрузка по второй комбинации:

В зависимости от отношения большей стороны l1 пластины к меньшей l2, возможны два варианта расчѐта:
«длинная» пластина
«короткая» пластина

«ДЛИННЫЕ» ПЛАСТИНЫ
При нагрузках не более 50 кН/м² и предельном относительном прогибе не более 1/150 прочность шарнирно закреплѐнного по краям стального настила всегда будет обеспечена, и его надо рассчитывать только на прогиб.
Отношение наибольшего пролѐта настила к его толщине l / t:
где n0 = l / f = 150 – заданное отношение пролѐта настила к его предельному прогибу;
ν = 0,3 – коэффициент Пуассона;
qn – нормативная нагрузка на настил.

«КОРОТКИЕ» ПЛАСТИНЫ
Необходимо учитывать напряжения σх вдоль короткой стороны l2 и напряжения σy вдоль длинной стороны l1.
Максимальный прогиб и полные фибровые напряжения в центре пластины:

Мембранные напряжения посередине краѐв пластины:
Коэффициенты ξ, kx, ky, k0xB, k0yA принимают в зависимости от соотношения размеров сторон пластин и значения безразмерного параметра нагрузки

РАСЧЕТ ПОПЕРЕЧНЫХ И РАДИАЛЬНЫХ РЕБЕР
Подбор и проверка сечений резервуара

РАСЧЕТ ПОПЕРЕЧНЫХ РЕБЕР
Требуемый момент сопротивления:

Проверка прочности:
Проверка по предельному прогибу:

РАСЧЕТ РАДИАЛЬНЫХ РЕБЕР
Расчѐтное значение нагрузки p:
где q – расчѐтная равномерно распределѐнная нагрузка по площади;
b – ширина грузовой площади.
«сверху вниз» или «снизу вверх»
Нормативное значение нагрузки pn:

С ЦЕНТРАЛЬНОЙ СТОЙКОЙ
Максимальный изгибающий момент в шарнирно-опѐртой балке, нагруженной сплошной нагрузкой треугольного вида:
Максимальный прогиб шарнирно опѐртой балки, нагруженной сплошной нагрузкой треугольного вида:

Требуемый момент сопротивления сечения из условия обеспечения прочности можно определить по формуле:
Радиальные ребра проверяются на прочность и жесткость так же, как и поперечные ребра.

БЕЗ ЦЕНТРАЛЬНОЙ СТОЙКИ

ОПОРНОЕ КОЛЬЦО
Возможными расчѐтными сочетаниями усилий для опорного кольца будут:
нагрузки «сверху-вниз» на покрытие и вакуум на стенку;
нагрузки «сверху-вниз» на покрытие, вакуум на стенку и ветровое давление на стенку;
нагрузки «снизу-вверх» на покрытие, избыточное давление на стенку, ветровая нагрузка на стенку

РАСЧЕТ ЦЕНТРАЛЬНОЙ СТОЙКИ
Центрально приложенная осевая сила:
Расчѐт стойки на устойчивость:
Сжатая стойка проверяется по гибкости:
Где R – реакция шарнирно опѐртой радиальной балки: