Удк 66.023.23.001.24:006.354
Группа Г02
Государственный стандарт Союза ССР
СОСУДЫ И АППАРАТЫ Нормы и методы расчета на прочность Определение расчетных усилий для аппаратов колонного типа от ветровых и сейсмических воздействий Vessels and Apparatuses. Norms and methods of strength calculations. Rated strength calculation of column type apparatuses from wind loads and seismic influence |
(СТ СЭВ 1644-79) |
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
Грунт |
Коэффициент неравномерности сжатия грунта, Н/м3 (тс/м3) |
Слабые грунты (материалы и шлам в пластичном состоянии, пылевой песок в состоянии средней плотности) |
|
Грунты средней плотности (материалы и шлам на границе течения, песок средней плотности) |
|
Плотные грунты (твердый глинистый шлам, гравий и гравийный песок, плотный лесс) |
|
Скальные грунты |
|
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
Районирование территории СССР по скоростным напорам ветра |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
Cкоростной напор ветра q0, Н/м2(кгс/м2) |
270 (27) |
350 (35) |
450 (45) |
550 (55) |
700 (70) |
850 (85) |
1000 (100) |
3.6. Коэффициент в зависимости от параметра
( ) (12)
следует определять по графику, приведенному на черт.7, а коэффициент - по табл.3.
Таблица 3
Высота аппарата, м |
До 45 |
60 |
120 |
Коэффициент, устанавливающий корреляцию пульсации скорости ветра при |
|
|
|
|
|
|
|
Примечание. Промежуточные значения коэффициента в таблицах определяют линейной интерполяцией.
Аэродинамические коэффициенты
Круговой цилиндр |
Площадка* (общая площадь) |
Площадка** (отдельный профиль) |
* 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 ij
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
Расчетная сейсмичность, баллы |
7 |
8 |
9 |
Значение сейсмического коэффициента для средних грунтов Ks |
0.25 |
0.050 |
0.100 |
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 Mmax 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 xk и j-й площадки на высоте xj;
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.