Страница 5: ДСТУ-Н Б EN 1993-4-2:20ХХ. Проектування сталевих конструкцій. Частина 4-2. Резервуари (60921)

4 ОСНОВНІ ПРАВИЛА КОНСТРУКТИВ -НОГО АНАЛІЗУ

4 Basis for structural analysis

4.1 Граничні стани за несучою здатністю

4.1 Ultimate limit states

4.1.1 Основні положення

4.1.1 Basis

(1) Розміри сталевих конструкцій та їх елементів повинні відповідати основним проектним вимогам, викладеним в розділі 2.

(1) Steel structures and components should be so proportioned that the basic design requirements given in section 2 are satisfied.

4.1.2 Розрахункове значення товщини листа

4.1.2 Plate thickness to be used in resistance calculations

(1) У розрахунках для визначення несучої здатності, розрахункове значення товщини листа — це номінальна товщина, згідно з EN 10025, EN 10028, EN 10049 або EN 10088, зменшена на максимальне значення мінусового допуску і значення корозійного припуску, вказане в 4.1.3.

(1) In calculations to determine the resistance, the design value of thickness for a plate is the

nominal thickness specified in EN 10025, EN 10028 EN 10049 or EN 10088 reduced by the

maximum value of minus tolerance and a value of corrosion allowance specified in 4.1.3.

4.1.3 Вплив корозії

4.1.3 Effects of corrosion

(1) Вплив корозії необхідно брати до уваги.

(2) Корозія залежить від рідини, що зберігається, типу сталі, термічної обробки та заходів, прийнятих для захисту споруди від корозії.

(3) За необхідності повинна вказуватися величина припуску.

(1) The effects of corrosion should be taken into account.

(2) The corrosion depends upon the stored liquid, the type of steel, the heat treatment and the measures taken to protect the construction against corrosion.

(3) The value of an allowance should be specified if necessary.

4.1.4 Утома

4.1.4 Fatigue

(1)Р При підвищеній циклічності навантаження конструкцію необхідно перевіряти за граничним станом від утоми.

(1)P With frequent load cycles the structure shall be checked against the fatigue limit state.

(2) Проектування при малоцикловому навантаженні може виконуватися згідно з EN 1993-1-6.

(2) The design against low cycle fatigue may be carried out according to EN 1993-1-6.

(3) Якщо за розрахунковим строком експлуатації будуть застосовуватися змінні впливи з більш ніж N_f циклами, то конструкцію необхідно перевіряти на утому (LS4) згідно з розділом 9 EN 1993-1-6.

(3) If variable actions will be applied with more than N_f cycles during the design life of the structure the design should be checked against fatigue (LS4) according to section 9 of EN 1993-1-6.

Примітка: У Національному додатку може бути наведене число циклів N_f . Рекомендоване значення N_f =10000.

NOTE: The National Annex may provide the value for the number N_f of cycles. The value N_f= 10000 is recommended

4.1.5 Допуск за температурними впливами

4.1.5 Allowance for temperature effects

(1) Вплив різниці температур між частинами конструкції повинен бути врахований при розрахунку розподілення напруження в залежності від прийнятого граничного стану за несучою здатністю.

(1) The effects of differential temperature between parts of the structure should be included in determining the stress distribution depending upon the ultimate limit state considered.

4.2 Analysis of the circular shell structure of a tank

4.2.1 Моделювання конструкції оболонки

4.2.1 Modelling of the structural shell

(1) Моделювання конструкції оболонки повинне відповідати вимогам EN 1993-1-6, але ці вимоги можуть вважатись виконаними тільки за умов, наведених нижче.

(1) The modelling of the structural shell should follow the requirements of EN 1993-1-6, but these may be deemed to be satisfied by the following provisions.

(2) При моделюванні конструкцій оболонки необхідно враховувати всі ребра жорсткості, отвори та деталі кріплення.

(2) The modelling of the structural shell should include all stiffeners, openings and attachments.

(3) При проектуванні необхідно забезпечити відповідність заданим граничним умовам.

(3) The design should ensure that the assumed boundary conditions are satisfied.

4.2.2 Методи аналізу

4.2.2 Methods of analysis

4.2.2.1 Загальні положення

4.2.2.1 General

(1) Аналіз оболонки резервуара повинен проводитися відповідно до вимог EN 1993-1-6.

(1) The analysis of the tank shell should be carried out according to the requirements of

EN 1993-1-6.

(2) Завжди може бути застосований більш точний метод аналізу ніж той, що встановлений для обраного класу відповідальності.

(2) A higher class of analysis may always be used than that defined for the selected Consequence Class.

(3) Незалежно від прийнятого класу відповідальності може бути використано спрощений розрахунок, що описаний в розділі 11, з дотриманням наведених у ньому умов.

(3) Irrespective of the Consequence Class chosen, the simplified design described in Section 11 may be used if the conditions listed there are met.

4.2.2.2 Клас відповідальності 1

4.2.2.2 Consequence Class 1

(1) Для резервуарів класу відповідальності 1, може бути використана мембранна теорія для визначення головних напружень з коефіцієнтами і спрощеннями щодо врахування місцевих згинальних зусиль та несиметричних навантажень

(1) For tanks in Consequence Class 1, membrane theory may be used to determine the primary stresses, with factors and simplified expressions to describe local bending effects and unsymmetrical actions.

4.2.2.3 Клас відповідальності 2

4.2.2.3 Consequence Class 2

1) Для резервуарів класу відповідальності 2 при вісесиметричному впливі і вісеси – метричній опорі повинен бути використаний один із двох альтернативних методів аналізу:

1) For tanks in Consequence Class 2 under axisymmetric actions and support, one of two

alternative analyses should be used:

а) Для визначення головних напружень з використанням теорії згину в пружній стадії і опису всіх місцевих ефектів може використовуватися мембранна теорія.

a) Membrane theory may be used to determine the primary stresses, with bending theory elastic expressions to describe all local effects.

b) Можна використовувати відповідний чисельний аналіз (наприклад, аналіз оболонки методом скінченних елементів), наведений в EN 1993-1-6.

b) A validated numerical analysis may be used (for instance, finite element shell analysis) as defined in EN 1993-1-6.

(2) За умови не вісесиметричних навантажень, необхідно використовувати відповідний чисельний аналіз, за винятком умов, викладених в (3) і (4).

(2) Where the loading condition is not axisymmetric, a validated numerical analysis should be used, except under the conditions set out in (3) and (4) below.

(3) Незважаючи на (2), коли навколо оболонки навантаження змінюється плавно, викликаючи лише загальний згин ( тобто форма гармонійна 1), для визначення головних напружень може бути використана мембранна теорія.

(3) Notwithstanding (2), where the loading varies smoothly around the shell causing global bending only (i.e. in the form of harmonic 1), membrane theory may be used to determine the primary stresses.

(4) При аналізі впливів від дії вітрового навантаження та/або від осідання фундаменту, можна скористатися напівмембранною або мембранною теорією.

(4) For analyses of actions due to wind loading and/or foundation settlement, semi-membrane theory or membrane theory may be used.

Примітка: Інформацію щодо мембранної теорії, див. EN 1993-1-6. Напівмембранна теорія описує поведінку у взаємодії з кільцевою жорсткістю при згині.

NOTE: For information concerning membrane theory, see EN 1993-1-6. The semi-membrane theory describes the membrane behaviour in interaction with the circumferential bending stiffness.

(5) Якщо, при аналізі оболонки використовується мембранна теорія, то окремі кільця, що приєднані до ізотропної циліндричної оболонки резервуара, яка перебуває під внутрішнім тиском, можуть мати ефективну площу, з включенням частини довжини стінки вище та нижче кільця 0,78√rt, у разі, якщо кільце не знаходиться на стику.

(5) Where membrane theory is used to analyse the shell, discrete rings attached to an isotropic

cylindrical tank shell under internal pressure may be deemed to have an effective area which includes a length of shell above and below the ring of 0,78 √rt, except where the ring is at a junction.

(6) Якщо оболонка окремо підсилена вертикальними ребрами жорсткості, напруження в ребрах і оболонці можуть бути визначені з урахуванням розподілення ребер жорсткості по стінці, за умови, що відстань між ребрами жорсткості не більш ніж 5√ rt.

(6) Where the shell is discretely stiffened by vertical stiffeners, the stresses in the stiffeners and the shell wall may be calculated by treating the stiffeners as smeared on the shell wall, provided the spacing of the stiffeners is no wider than 5 √ rt .

(7) Якщо вертикальні ребра жорсткості розподіленні по стінці, напруження в ребрі жорсткості повинно визначатися з урахуванням відповідного допуску щодо сумісності між ребром жорсткості та стінкою, а напруження стінки в ортогональному напрямку згідно з 4.4.

(7) Where vertical stiffeners are smeared, the stress in the stiffener should be determined making proper allowance for compatibility between the stiffener and the wall and the wall stress in the orthogonal direction, according to 4.4.

8) При встановленні кільцевої балки вище окремих опор, необхідно враховувати взаємозв’язок осьової деформації кільця і прилеглих ділянок оболонки. Якщо використовується така кільцева балка, необхідно враховувати ексцентричність розташування центра ваги і центра жорсткості балки відносно стінки оболонки та центральної лінії опор.

(8) If a ring girder is used above discrete supports, compatibility of the axial deformation between the ring and adjacent shell segments should be considered. Where such a ring girder is used, the eccentricity of the ring girder centroid and shear centre relative to the shell wall and the support centreline should be included.

(9) Якщо кільцева балка розглядається як призматична секція (вільна від деформу - вання), ділянка примикання до стінки повинна мати гнучкість листа не більш b/t = 20.

(9) Where a ring girder is treated as a prismatic section (free of distortion), the vertical web segment should have a plate slenderness not greater than b/t = 20

(10) Там, де кільцева балка використовується для перерозподілу зусиль на окремі опори й болти або окремі з’єднувальні деталі, що використані для з'єднання конструктивних елементів, повинні бути визначені показники щодо передачі зусиль зсуву між частинами кільця внаслідок згину стінки та кільцевої балки.

(10) Where a ring girder is used to redistribute forces into discrete supports and bolts or discrete connectors are used to join the structural elements, the shear transmission between the ring parts due to shell and ring girder bending phenomena should be determined.

4.2.2.4 Клас відповідальності 3

4.2.2.4 Consequence Class 3

(1) Для резервуарів класу відповідальності 3 внутрішні сили та моменти повинні визначатись і підтверджуватись відповідним аналізом (наприклад, аналіз оболонки методом скінченних елементів) як наведено в EN 1993-1-6. Граничний стан за пластичністю (LS1) може бути визначений з використанням пластичного опору руйнуванню при головному напруженні, як визначено в EN 1993-1-6.

(1) For tanks in Consequence Class 3, the internal forces and moments should be determined using a validated analysis (for instance, finite element shell analysis) as defined in EN 1993-1-6. The plastic limit state (LS1) may be assessed using plastic collapse strengths under primary stress states as

defined in EN 1993-1-6.

4.2.3 Геометричні відхилення

4.2.3 Geometric imperfections

(1) Геометричні відхилення в оболонці повинні відповідати обмеженням, що визначені в EN 1993-1-6.

(1) Geometric imperfections in the shell should satisfy the limitations defined in EN 1993-1-6.

(2) Для резервуарів класу відповідальності 2 і 3 в процесі будівництва геометричні відхилення вимірюватись для забезпечення встановлених обмежень за допусками.

(2) For tanks in Consequence Classes 2 and 3, the geometric imperfections should be measured following construction to ensure that the assumed fabrication tolerance has been achieved.

(3) Геометричні відхилення в оболонці не повинні безпосередньо враховуватись при визначенні внутрішніх сил і моментів, за винятком, коли застосовується аналіз GNIA або GMNIA, згідно з EN 1993-1-6.

(3) Geometric imperfections in the shell need not be explicitly included in determining the internal forces and moments, except where a GNIA or GMNIA analysis is used, as defined in EN 1993-1-6.

4.3 Аналіз конструкції короба прямокутного резервуара

4.3 Analysis of the box structure of a rectangular tank

4.3.1 Моделювання конструкції короба

4.3.1 Modelling of the structural box

(1) Моделювання конструкції короба повинне виконуватися з урахуванням вимог EN 1993-1-7, а також відповідати наступним положенням.

(1) The modelling of the structural box should follow the requirements of EN 1993-1-7, but they may be deemed to be satisfied by the following provisions.

(2) Моделювання короба повинне включати всі ребра жорсткості, отвори і з’єднання.

(2) The modelling of the structural box should include all stiffeners, openings and attachments.

(3) В проекті повинно бути гарантовано дотримання прийнятих граничних умов.

(3) The design should ensure that the assumed boundary conditions are satisfied.

(4) З'єднання між сегментами короба повинні задовольняти вихідним положенням моделювання щодо міцності та жорсткості.

(4) The joints between segments of the box should satisfy the modelling assumptions for strength and stiffness.

(5) Кожна панель короба може розглядатися як індивідуальний листовий елемент за таких умов:

а) якщо від сусідніх панелей враховані сили і моменти, що діють на кожну панель;

b) якщо при згині врахована жорсткість прилеглих панелей.

(5) Each panel of the box may be treated as an individual plate segment provided that both:

a) the forces and moments introduced into each panel by its neighbours are included;

b) the flexural stiffness of adjacent panels is included.

(6) У разі, якщо стінова панель прямо підсилена ребрами жорсткості, напруження в ребрах жорсткості і у стінці можуть бути визначенні з урахуванням того, що ребра жорсткості розподіленні по стінці короба і відстань між ребрами жорсткості не більш n_st.

(6) Where the wall panel is discretely stiffened by stiffeners, the stress in the stiffeners and in the wall may be calculated by treating the stiffeners as smeared on the box wall, provided that the spacing of the stiffeners is no wider than n_st.

Примітка: Значення n_s може бути обране у Національному додатку. Рекомендоване значення n_s = 40.

NOTE: The National Annex may choose the value of n_s. The value n_s = 40 is recommended

(7) Якщо ребра жорсткості розподіленні по стінці, напруження в них повинно бути визначено з урахуванням відповідних допусків щодо ексцентриситету між ребром жорсткості і листом стінки, а для напруження в стінці - у напрямку перпендикулярному до осі ребра жорсткості.

(7) Where smeared stiffeners are used, the stress in the stiffener should be determined making proper allowance for eccentricity of the stiffener from the wall plate, and for the wall stress in the direction orthogonal to the axis of the stiffener.

(8) Дійсна ширина листа з кожної сторони від ребра жорсткості повинна прийматися не більше, ніж n_ewt, де t - локальна товщина листа.

(8) The effective width of plate on each side of a stiffener should be taken as not greater than n_ewt, where t - is the local plate thickness.

Примітка: Значення n_ew може бути наведено у Національному додатку. Рекомендоване значення n_ew = 15.

NOTE: The National Annex may choose the value of n_ew. The value n_ew = 15 is recommended.

4.3.2 Геометричні дефекти

4.3.2 Geometric imperfections

(1) Геометричні дефекти в коробі повинні задовольняти обмеження, визначені в EN 1993-1-7.

(1) Geometric imperfections in the box should satisfy the limitations defined in EN 1993-1-7.

(2) Геометричні дефекти в коробі не повинні враховуватися при визначенні внутрішніх сил і моментів

(2) Geometric imperfections in the box need not be explicitly included in determining the internal forces and moments.

4.3.3 Методи розрахунків

4.3.3 Methods of analysis

(1) Внутрішні сили в листах стінки короба можуть бути визначені з використанням:

а) статичної рівноваги для мембранних сил і теорії згину для балок;

b) розрахунку, заснованого на лінійному згині листа і теорії розтягу;

c) розрахунку, заснованого на нелінійному згині листа і теорії розтягу.

(1) The internal forces in the plate segments of the box wall may be determined using either:

a) static equilibrium for membrane forces and beam theory for bending;

b) an analysis based on linear plate bending and stretching theory;

c) an analysis based on nonlinear plate bending and stretching theory.

(2) Для резервуарів класу відповідальності 1 може бути використаний метод (а) в (1).

(2) For tanks in Consequence Class 1, method (a) in (1) may be used.

(3) Для резервуарів класу відповідальності 2, за умови симетричного розрахункового навантаження для кожного сегмента листа, може бути використаний метод (а) в (1).

(3) Where the design loading condition is symmetric relative to each plate segment and the tank is in Consequence Class 2, method (a) in (1) may be used.

(4) Для резервуарів класу відповідальності 2, за умови асиметричного розрахункового навантаження, необхідно використовувати або метод (b), або (c) в (1).

(4) Where the loading condition is not symmetric and the tank is in Consequence Class 2, either method (b) or method (c) in (1) should be used.

(5) Для резервуарів класу відповідальності 3 внутрішні сили та моменти повинні бути визначені з використанням або методу (b), або (c) в (1).

(5) For tanks in Consequence Class 3, the internal forces and moments should be determined using

either method (b) or method (c) in (1).

4.4 Еквівалентні ортотропні властивості гофрованих листів

4.4 Equivalent orthotropic properties of corrugated sheeting

(1) Якщо гофровані листи використовуються як частина конструкції резервуара, розрахунок може бути зроблений при розгляді обшивки як еквівалентної ортотропної стінки.

(1) Where corrugated sheeting is used as part of the tank structure, the analysis may be carried out treating the sheeting as an equivalent orthotropic wall.

(2) Ортотропні властивості, що отримуються при розташуванні навантаження гофрованої секції в ортогональних напрямках, можуть бути використані для розрахунків напруження і стійкості конструкції. Ці характеристики можуть бути отримані як описано в 4.4 EN 1993-4-1.

(2) The orthotropic properties obtained from considering the load displacement behaviour of the corrugated section in the orthogonal directions may be used in a stress analysis and in a buckling analysis of the structure. The properties may be determined as described in 4.4 of EN 1993-4-1.