Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Определение расчетных усилий для аппаратов колонного типа от ветровых нагрузок и сейсмических воздействий

Удк 66.023.23.001.24:006.354

Группа Г02

Государственный стандарт Союза ССР

ОКП 36 1510

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 15 мая 1981 г. N2410 срок введения установлен

с 01.07 1981 г.

Несоблюдение стандарта преследуется по закону

Настоящий стандарт устанавливает метод определения расчетных усилий, возникающих в элементах аппаратов колонного типа постоянного и переменного сечения по высоте от ветровых нагрузок и сейсмических воздействий.

Сочетание нагрузок при различном состоянии аппаратов колонного типа (монтаж. испытание, эксплуатация) - по ГОСТ 14249-80.

Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 1644-79.

1. Область применения

1.1. Расчету на ветровую нагрузку подлежат аппараты колонного типа, высотой более 10 м при , а также высотой менее 10 м при (где - наименьший из наружных диаметров колонны), устанавливаемые на открытом воздухе.

1.2. Расчету на сейсмическое воздействие подлежат аппараты колонного типа, предназначенные для установки в районах с сейсмичностью 7 и более баллов (по 12-балльной шкале).

1.3. Расчетная схема

1.3.1. В качестве расчетной схемы аппарата колонного типа принимают консольный упруго защемленный стержень (черт.1).

Расчетная схема аппарата колонного типа

Черт.1

1.3.2. Аппарат по высоте разбивается на z участков, где м.

1.3.3. Вес участка аппарата принимается сосредоточенным в середине участка.

Ветровая нагрузка, распределенная непрерывно по высоте аппарата, заменяется сосредоточенными горизонтальными силами, приложенными в серединах z участков.

Сейсмические силы прикладываются горизонтально в серединах z участков.

2. Определение периода собственных колебаний

2.1. Период основного тона собственных колебаний аппарата постоянного сечения с приблизительно равномерно распределенной по высоте аппарата массой следует определять по формуле (1)

, (1) где (2) или по графику, приведенному на черт.2.

При отсутствии данных о фундаменте в первом приближении допускается принимать .

2.2. Период основного тона собственных колебаний аппарата переменного сечения следует определять по формуле (3)

, (3)

где - определяется по данным инженерной геологии; при отсутствии таких данных выбирается в зависимости от плотности грунтов по табл.1;

- относительное перемещение центров тяжести участков рассчитывается по формуле (4)

, (4)

где - коэффициент, определяемый по черт.3;

 - коэффициент, определяемый по формуле (5)

. (5)

Для аппаратов с двумя переменными жесткостями I1 и I2 в формуле (5) следует принимать , то же по черт.4; - определяют по черт.4.

Таблица 1

Примечание. Данные, приведенные в таблице 1, относятся к опорной площадке более 10 м2. При меньшей площади значения, указанные в табл.1, необходимо умножить на , где - площадь бетонного фундамента, м2.

2.3. Общий период колебаний для групповых аппаратов, установленных на общем фундаменте и жестко связанных в горизонтальном направлении, следует определять по формуле (6)

. (6)

Период колебаний T0

D - внутренний диаметр аппарата

s - толщина стенки аппарата

Черт.2

2.4. Допускается определять период собственных колебаний T, например, при числе переменных жесткостей более 3, другими методами.

3. Определение изгибающего момента от ветровой нагрузки

3.1. изгибающий момент в расчетном сечении на высоте следует определять по формуле (7)

Коэффициенты i

Черт.3

Коэффициенты , 

 

Черт.4

  (7)

3.2. Ветровая нагрузка на i-м участке

. (8)

3.3. Статическая составляющая ветровой нагрузки на i-м участке

. (9)

3.4. Динамическая составляющая ветровой нагрузки на i-м участке

(10)

3.5. Нормативное значение статической составляющей ветровой нагрузки на середине i-го участка аппарата

(11)

где q₀ - определяют по табл.2;

 - определяют по черт.6;

K -принимают по черт.5.

Таблица 2

3.6. Коэффициент  в зависимости от параметра

( ) (12)

следует определять по графику, приведенному на черт.7, а коэффициент - по табл.3.

Таблица 3

Примечание. Промежуточные значения коэффициента в таблицах определяют линейной интерполяцией.

Аэродинамические коэффициенты

* Учитывается общая площадь Аj, включая площадки.

** Учитывается сумма всех проекций профилей площадки на плоскость, перпендикулярную к направлению ветра.

Примечание. Допускается уменьшать K до 0.6, если отношение шероховатости поверхности к диаметру аппарата меньше 2*10-4

Черт.5

3.7. Приведенное относительное ускорение центра тяжести i-го участка

, (13)

где i, k - относительное перемещение i-го и k-го участка при основном колебании (п.2.2); mk, mj определяют по черт.8.

3.8. Изгибающий момент в расчетном сечении на высоте x0 от действия ветровой нагрузки на обслуживающую площадку j следует определять по формуле (14)

  (14)

При отсутствии точных данных о форме площадки изгибающий момент определяют по формуле (15)

Коэффициент ij

Черт.6

Коэффициент 

Черт.7

Коэффициенты mk, mj

Черт.8

  (15)

где , - приведены на черт.5;

xj - определяют по черт.9;

mj - определяют по черт.8;

j - определяют по черт.6.

Коэффициент j

Черт.9

4. Определение расчетных усилий от сейсмических воздействий

4.1. Изгибающий момент с учетом влияния высших форм колебаний.

4.1.1. Расчетная сейсмическая сила в середине i-го участка для первой формы колебаний колонны определяют по формуле (16)

(16)

где  - определяют по черт.10;

Ks - выбирают в зависимости от района установки колонны по табл.4;

i, k - определяют по п 3.2.

Таблица 4

4.1.2. Максимальный изгибающий момент в нижнем сечении колонны

при учете только первой формы колебаний определяют по формуле (17)

 (17)

4.1.3. Расчетный изгибающий момент MR в сечении x0 с учетом влияния высших форм колебаний следует выбирать в зависимости от M_max по эпюре черт.11.Расчетный изгибающий момент с учетом влияния высших форм колебаний при необходимости устанавливают специальными методами.

4.1.4. При отсутствии данных о фундаменте для аппаратов постоянного сечения с приблизительно равномерно распределенной по высоте аппарата массой допускается расчетный изгибающий момент в сечении x0 определять по формуле (18)

, (18)

где Cx- определяют по графику, приведенному на черт.12.

Коэффициент 

 

Черт.10

Эпюра для определения изгибающего момента MR

Черт.11

Коэффициент Сх

Черт.12

Приложение

Условные обозначения величин, применяемые при расчете

 - коэффициент неравномерности сжатия грунта , Н/м3 (тс/м3);

  - коэффициент;

 - ускорение силы тяжести, м/с2;

 - высота i-го участка колонны, м;

 - число площадок над расчетным сечением;

 - коэффициенты пульсации скоростного напора для середины соответственно

k-го участка на высоте x_k и j-й площадки на высоте x_j;

n - число участков над расчетным сечением;

 - нормативный скоростной напор ветра на высоте 10 м над поверхностью земли, Н/м2

(кгс/см2);

 - нормативное значение статической составляющей, Н/м2 (кгс/см2);

 - расстояние от середины k-го и i-го участка до поверхности земли, м;

 - высота расчетного сечения аппарата до поверхности земли, м;

 - высота обслуживающей площадки от поверхности земли, м;

z - число участков;

 - число аппаратов;

 - наружный диаметр i-го участка колонны, м;

E - модуль упругости материала колонны при расчетной температуре, Н/м2 (тс/м2);

G - общий вес колонны, Н (тс);

 - вес k-го и i-го участка колонны, Н (тс);

 - вес каждого отдельного аппарата, Н (тс);

H - высота колонны, м;

 - общая высота каждого отдельного аппарата, м;

  - момент инерции верхнего основного металлического сечения аппарата относительно центральной оси, м4;

 - минимальный момент инерции подошвы фундамента, м4;

 - аэродинамический коэффициент;

 - сейсмический коэффициент;

 - максимальный изгибающий момент в нижнем сечении колонны, Н*м (кгс*м);

 - расчетный изгибающий момент в сечении x0, Н*м (кгс*м);

 - изгибающий момент от действия ветра в расчетном сечении на высоте x0,Н*м (кгс*м);

 - изгибающий момент от действия ветра на обслуживающую площадку j на высоте x0, Н*м (кгс*м);

 - горизонтальная сила от действия ветра на i-м участке, Н (кгс);

 - динамическая составляющая от ветровой нагрузки на i-м участке, Н (кгс);

 - статическая составляющая от ветровой нагрузки на i-м участке, Н (кгс);

 - расчетная сейсмическая сила в середине i-го участка, Н (кгс);

 - период собственных колебаний, с;

 - относительное перемещение центров тяжести участков, 1/Н*м (1/тс*с);

 - коэффициенты динамичности при сейсмической нагрузке;

  - коэффициенты;

 - коэффициенты динамичности при ветровой нагрузке;

- безразмерные параметры;

 - коэффициент, устанавливающий корреляцию пульсации скорости ветра;

 - коэффициенты;

 - коэффициенты, учитывающие изменение скоростного напора по высоте аппарата;

- приведенное относительное ускорение центра тяжести i-го участка.