Нагрузка на фундамент от сосуда
ГОСТ Р 55722-2013
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Сосуды и аппараты
НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ
Расчет на сейсмические воздействия
Vessels and apparatus. Stress analysis code. Seismic analysis
ОКС 71.120
75.200
Дата введения 2014-05-01*
__________________
* См.ярлык “Примечания”. –
Примечание изготовителя базы данных.
1 РАЗРАБОТАН Научно-техническим предприятием “Трубопровод” (ООО “НТП Трубопровод”)
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 155 “Соединение трубопроводов общемашиностроительного применения”
Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе “Национальные стандарты”, а официальный текст изменений и поправок – в ежемесячном информационном указателе “Национальные стандарты”. В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя “Национальные стандарты”. Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования – на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (gost.ru)
Введение
Настоящий стандарт разработан с целью повышения сейсмостойкости проектируемых, вновь изготавливаемых и реконструируемых сосудов и аппаратов, применяемых в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, нефтегазовой и смежных отраслях промышленности, расположенных на площадках с сейсмичностью 7-9 баллов по шкале MSK-64.
Настоящий стандарт предназначен для организаций, осуществляющих проектирование сосудов и аппаратов, а также проектирование строительных конструкций и фундаментов под сосуды и аппараты.
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает нормы и методы определения расчетных усилий, а также оценки прочности и устойчивости от сейсмических воздействий для сосудов и аппаратов (далее – сосуды) из углеродистых и легированных сталей, цветных металлов (алюминия, меди, титана и их сплавов), применяемых в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, нефтегазовой и смежных отраслях промышленности, работающих под внутренним избыточным давлением, вакуумом или наружным давлением и расположенных на площадках с сейсмичностью 7-9 баллов по шкале MSK-64.
Настоящий стандарт не распространяется на трубы и трубные решетки кожухотрубчатых теплообменных аппаратов, аппараты колонного типа и вертикальные резервуары.
Настоящий стандарт применяют совместно с ГОСТ Р 52857.1 – ГОСТ Р 52857.11.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ Р 51273 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Определение расчетных усилий для аппаратов колонного типа от ветровых нагрузок и сейсмических воздействий
ГОСТ Р 51274 Сосуды и аппараты. Аппараты колонного типа. Нормы и методы расчета на прочность
ГОСТ Р 52857.1 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования
ГОСТ Р 52857.2 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек
ГОСТ Р 52857.3 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Укрепление отверстий в обечайках и днищах при внутреннем и внешнем давлениях. Расчет на прочность обечаек и днищ при внешних статических нагрузках на штуцер
ГОСТ Р 52857.4 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений
ГОСТ Р 52857.5 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет обечаек и днищ от воздействия опорных нагрузок
ГОСТ Р 52857.6 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность при малоцикловых нагрузках
ГОСТ Р 52857.7 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Теплообменные аппараты
ГОСТ Р 52857.8 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Сосуды и аппараты с рубашками
ГОСТ Р 52857.9 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Определение напряжений в местах пересечений штуцеров с обечайками и днищами при воздействии давления и внешних нагрузок на штуцер
ГОСТ Р 52857.10 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Сосуды и аппараты, работающие с сероводородными средами
ГОСТ Р 52857.11 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Метод расчета на прочность обечаек и днищ с учетом смещения кромок сварных соединений, угловатости и некруглости обечаек
ГОСТ 30546.1 Общие требования к машинам, приборам и другим техническим изделиям и методы расчета их сложных конструкций в части сейсмостойкости
Примечание – При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования – на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю “Национальные стандарты”, который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя “Национальные стандарты” за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 акселерограмма: Зависимость ускорения колебаний от времени.
3.2 акселерограмма землетрясения: Акселерограмма на свободной поверхности грунта при землетрясении.
3.3 поэтажная акселерограмма: Ответная акселерограмма для отдельных высотных отметок сооружения, на которых установлен сосуд.
3.4 воздействие: Явление, вызывающее внутренние силы в элементах конструкций сосудов и аппаратов (изменение температуры стенок, деформация основания, сейсмические и др. явления).
3.5 корпус сосуда: Соединенные между собой обечайки и днища (крышки) сосуда.
3.6 линейно-спектральный метод анализа: Метод расчета на сейсмостойкость, в котором значения сейсмических нагрузок определяются по спектрам ответа в зависимости от частот и форм собственных колебаний сосуда или сооружения.
3.7 метод динамического анализа: Метод расчета на воздействие в форме акселерограмм колебаний грунта в основании сосуда или сооружения путем численного интегрирования уравнений движения.
3.8 линейный осциллятор: Линейная колебательная система с одной степенью свободы, характеризуемая определенным периодом собственных колебаний и затуханием (демпфированием).
3.9 отклик: Ответная реакция конструкции (перемещение, ускорение, внутреннее усилие, нагрузка на опору и т.д.) на сейсмическое возмущение.
3.10 площадка установки сосуда: Территория, на которой размещается сосуд, или территория, на которой установлено сооружение, внутри которого устанавливается сосуд.
3.11 район размещения сосуда: Территория, включающая площадку размещения сосуда, на которой возможны сейсмические явления, способные оказывать влияние на безопасность эксплуатации сосуда.
3.12 сейсмическое микрорайонирование: Комплекс специальных работ по прогнозированию влияния особенностей приповерхностного строения, свойств и состояния пород, характера их обводненности, рельефа на параметры колебаний грунта площадки.
Примечание – Приповерхностная часть разреза – верхняя толща пород, существенно влияющая на приращение интенсивности землетрясения.
3.13 сейсмичность площадки установки сосуда: Интенсивность возможных сейсмических воздействий на площадке установки сосуда, измеряемая в баллах по шкале MSK-64.
3.14 сейсмостойкость сосуда: Свойство сосуда сохранять при землетрясении прочность и герметичность, а также способность выполнять заданные функции в соответствии с проектом.
3.15 сосуд: Под этим термином в настоящем стандарте понимается сосуд или аппарат.
3.16 спектр коэффициентов динамичности: Безразмерный спектр, полученный делением значений спектра ответа на максимальное ускорение грунта.
3.17 спектр ответа: Совокупность абсолютных значений максимальных ответных ускорений линейного осциллятора при заданном акселерограммой воздействии с учетом собственной частоты и параметра демпфирования осциллятора.
3.18 поэтажный спектр ответа: Совокупность абсолютных значений максимальных ответных ускорений линейного осциллятора при заданном поэтажной акселерограммой воздействии.
3.19 стержень (в строительной механике): Тело, длина которого во много раз превосходит характерные размеры его поперечного сечения.
3.20 стержневая система (в строительной механике): Несущая конструкция, состоящая из стержней, соединенных между собой в узлах.
4 Обозначения
В настоящем стандарте применены следующие обозначения:
– площадь подошвы фундамента, м; | |
– максимальное расчетное сейсмическое ускорение -й формы колебаний сосуда и импульсивной массы жидкости при воздействии землетрясения в направлении , м/с; | |
– максимальное расчетное сейсмическое ускорение конвективной массы жидкости при воздействии землетрясения в направлении , м/с; | |
– максимальное расчетное сейсмическое ускорение сосуда с жидкостью при воздействии землетрясения в вертикальном направлении, м/с; | |
– максимальное горизонтальное ускорение при землетрясении на свободной поверхности грунта, м/с; | |
– спектры ответа при воздействии землетрясения в направлении для импульсивной массы жидкости, м/с; | |
– спектры ответа при воздействии землетрясения в направлении для конвективной массы жидкости, м/с; | |
– внутренний диаметр обечайки, мм; | |
– максимальная высота волны жидкости при воздействии сейсмической нагрузки по направлению , мм; | |
– модуль упругости материала сосуда при расчетной температуре, МПа; | |
– модуль деформации грунта, МПа; | |
– модуль упругости (объемного сжатия) жидкости, МПа; | |
– расчетное усилие, действующее на -ю опору, Н; | |
– дополнительная вертикальная нагрузка от воздействия сейсмической нагрузки по направлению , Н; | |
– максимальная расчетная перерезывающая сила от сейсмического воздействия сейсмической нагрузки, Н; | |
– ускорение свободного падения, равное 10 м/с; | |
– масса пустого сосуда и жидкости, равная , Н; | |
– высота жидкости в сосуде, мм; | |
– высота приложения равнодействующей импульсивной составляющей гидродинамического давления жидкости с учетом давления на днище сосуда, мм; | |
– высота приложения равнодействующей импульсивной составляющей гидродинамического давления жидкости без учета давления на днище сосуда, мм; | |
– высота приложения равнодействующей конвективной составляющей гидродинамического давления жидкости с учетом давления на днище сосуда, мм; | |
– высота приложения равнодействующей конвективной составляющей гидродинамического давления жидкости без учета давления на днище сосуда, мм; | |
– высота центра тяжести пустого сосуда (без жидкости), дополнительных устройств и изоляции, мм; | |
– сейсмичность площадки установки сосуда, баллы по шкале MSK-64; | |
– момент инерции подошвы фундамента относительно горизонтальной оси, перпендикулярной к плоскости колебаний и проходящей через центр тяжести подошвы, м; | |
– коэффициент, зависящий от сочетания расчетной сейсмической интенсивности на картах А, В и С комплекта карт ОСР-97; | |
– коэффициент, учитывающий назначение и ответственность сосудов и аппаратов; | |
– коэффициент, учитывающий допускаемые неупругие деформации; | |
– жесткость связи конвективной массы, Н/мм; | |
– коэффициент вертикального сейсмического ускорения грунта; | |
, , | – жесткость на сдвиг по осям и и жесткость на растяжение, сжатие по вертикальной оси опорной конструкции или строительной конструкции (постамента), Н/мм; |
– жесткость сдвига фундамента в грунте, Н/мм; | |
– жесткость вертикального перемещения фундамента в грунте, Н/мм; | |
– жесткость поворота фундамента в грунте, Н·мм; | |
, | – коэффициенты, учитывающие демпфирование в конструкции для импульсивной и конвективной составляющей соответственно; |
– полная масса жидкости, кг; | |
– конвективная масса жидкости, кг; | |
– масса фундамента, кг; | |
– импульсивная масса жидкости, кг; | |
– масса пустого сосуда (без жидкости), дополнительных устройств и изоляции, кг; | |
– масса опорной или строительной конструкции. Включает в себя как массу самой конструкции, так и массу другого установленного на данной конструкции оборудования, кг; | |
– расчетный изгибающий момент от статических нагрузок в сечении, где расположены опорные узлы, Н·мм; | |
– дополнительный изгибающий момент в обечайке от воздействия сейсмической нагрузки по направлению , Н·мм; | |
– дополнительный опрокидывающий момент от воздействия сейсмической нагрузки по направлению , Н·мм; | |
– число опор сосуда; | |
– число анкерных болтов на одной опоре; | |
– расчетное внутреннее (или наружное) избыточное давление, МПа; | |
– гидродинамическое давление на стенки и днище сосуда при вертикальном воздействии землетрясения, МПа; | |
– гидростатическое давление на стенки и днище сосуда, МПа; | |
– расчетное поперечное усилие от статических нагрузок (от примыкающих трубопроводов и т.д.) в сечении, где расположены опорные узлы, Н; | |
– сдвигающая сила, действующая на анкерные болты сосуда во время сейсмического воздействия, Н; | |
– исполнительная толщина стенки сосуда, мм; | |
– период собственных колебаний, с; | |
– период собственных колебаний импульсивной массы при воздействии землетрясения в направлении , с; | |
– период собственных колебаний конвективной массы жидкости при воздействии землетрясения в направлении , с; | |
– период собственных колебаний сосуда с жидкостью от воздействия в вертикальном направлении, с; | |
– вертикальная координата, отсчитываемая от нижней точки сосуда, мм; | |
– спектр коэффициентов динамичности; | |
– коэффициент трения опоры об основание, равный 0,25 при отсутствии более точных данных; | |
– плотность жидкости в сосуде, кг/мм; | |
– плотность материала, из которого изготовлен сосуд, кг/мм; | |
, , | – относительное вязкое демпфирование, доля от критического; |
– коэффициент приведения распределенной массы стержня к сосредоточенной массе (в зависимости от типа концевых закреплений); | |
– допускаемые напряжения при расчетной температуре, МПа; | |
– допускаемое напряжение бетона на сжатие, МПа; | |
– допускаемое напряжение для анкерных болтов, МПа. |
Источник
5.4. РЕКОМЕНДУЕМЫЙ РАСЧЕТ НАГРУЗОК НА ОСНОВАНИЕ
И ФУНДАМЕНТ РЕЗЕРВУАРА
5.4.1. Нагрузки, передаваемые с корпуса на основание и фундамент резервуара, определяются в зависимости от конструктивных, технологических, климатических, сейсмических нагрузок и их сочетаний, приведенных в таблице 19 настоящего Руководства по безопасности.
Таблица 19. Сочетания воздействий для расчета нагрузок на фундаменты
┌────────────────────────┬────────────────────────────────────────────────┐ │ Вид нагрузки │ Сочетание воздействий для расчета нагрузок │ │ │ на фундаменты │ │ ├────────────────────┬──────────────────┬────────┤ │ │ 1, 2 │ 3 │ 4 │ │ ├────────────────────┼──────────────────┼────────┤ │ │Условия эксплуатации│ Проверка на │Условия │ │ │ и гидравлических │ опрокидывание │земле- │ │ │ испытаний │пустого резервуара│трясения│ ├────────────────────────┼────────────────────┼──────────────────┼────────┤ │Вес продукта (или воды) │ + │ – │ + │ ├────────────────────────┼────────────────────┼──────────────────┼────────┤ │Вес корпуса и крыши │ + │ + │ + │ │резервуара │ │ │ │ ├────────────────────────┼────────────────────┼──────────────────┼────────┤ │Вес стационарного │ + │ + │ + │ │оборудования │ │ │ │ ├────────────────────────┼────────────────────┼──────────────────┼────────┤ │Вес теплоизоляции │ + │ + │ + │ ├────────────────────────┼────────────────────┼──────────────────┼────────┤ │Внутреннее избыточное │ – │ + │ + │ │давление │ │ │ │ ├────────────────────────┼────────────────────┼──────────────────┼────────┤ │Вакуум │ + │ – │ – │ ├────────────────────────┼────────────────────┼──────────────────┼────────┤ │Снеговая нагрузка │ + │ – │ + │ ├────────────────────────┼────────────────────┼──────────────────┼────────┤ │Ветровая нагрузка │ + │ + │ – │ ├────────────────────────┼────────────────────┼──────────────────┼────────┤ │Сейсмическая нагрузка │ – │ – │ + │ └────────────────────────┴────────────────────┴──────────────────┴────────┘
5.4.2. В состав нагрузок, передаваемых по контуру стенки резервуара на его фундамент, входят нагрузки двух типов.
Нагрузки первого типа, обеспечивающие осесимметричное распределение усилий по контуру стенки, включают:
вес резервуара с учетом оборудования и теплоизоляции, за вычетом центральной части днища;
снеговую нагрузку;
избыточное давление и разрежение в газовом пространстве резервуара.
Нагрузка второго типа возникает от ветрового воздействия на корпус резервуара и создает кососимметричное распределение усилий по контуру стенки.
Ветровая нагрузка вызывает появление опрокидывающего момента, вычисляемого относительно точки, расположенной на оси симметрии опорного контура стенки с подветренной стороны резервуара. Нагрузки первого типа создают момент, препятствующий опрокидыванию резервуара.
5.4.3. Перечень рекомендуемых расчетов:
определение нагрузок на центральную часть днища в условиях эксплуатации, гидро- и пневмоиспытаний и при сейсмическом воздействии;
расчет максимальных и минимальных нагрузок по контуру стенки в условиях эксплуатации и при сейсмическом воздействии;
проверку на отрыв окраек днища от фундамента при действии внутреннего избыточного давления на пустой резервуар;
проверку на опрокидывание пустого резервуара путем сравнения опрокидывающего момента и момента от удерживающих сил;
проверку резервуара с продуктом на опрокидывание в условиях землетрясения;
расчет анкеров, если происходит отрыв окраек днища от фундамента при действии внутреннего давления на пустой резервуар;
расчет анкеров, если устойчивость пустого резервуара от опрокидывания не обеспечена;
расчет анкеров, если устойчивость резервуара с продуктом от опрокидывания при землетрясении не обеспечена.
5.4.4. Расчет нагрузок на основание и фундамент резервуара при землетрясении рекомендуется производить специализированными организациями.
5.4.5. Опрокидывающий момент , МН·м, действующий на резервуар в результате ветрового воздействия, рекомендуется вычислять по формуле:
, (41)
где опрокидывающий момент от действия ветра на стенку , МН·м, определяется по формуле:
. (42)
Опрокидывающий момент от действия ветра на крышу определяется по формуле:
, (43)
где = 10 м – базовый параметр;
– коэффициент надежности по опасности;
– высота стенки, м;
D – диаметр резервуара, м;
– нормативное значение ветрового давления, МПа.
5.4.6. Расчетная погонная нагрузка по контуру стенки характеризуется максимальным и минимальным значениями, соответствующими диаметрально противоположным участкам фундамента в соответствии с рисунком 28 настоящего Руководства по безопасности. Максимальная и минимальная нагрузки определяются соответственно как сумма и разность максимальных нагрузок первого и второго типа (с учетом знаков). Расчетную нагрузку по контуру стенки в основании резервуара рекомендуется определять по формулам:
, . (44)
Рисунок 28 (не приводится)
5.4.7. Расчетная вертикальная нагрузка , МН на фундамент резервуара, соответствующая расчетному сочетанию нагрузок 1 (см. таблицу 19), составляет:
, (45)
где – коэффициент надежности по опасности;
– вес листов настила крыши, МН;
– вес стенки, МН;
– вес оборудования на стенке, МН;
– вес оборудования на крыше, МН;
– вес теплоизоляции на стенке, МН;
– вес крыши, МН;
– вес теплоизоляции на крыше, МН;
– расчетная снеговая нагрузка на поверхности земли, МПа, определяемая по СП 20.13330.2011 “Свод правил “СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия”, утвержденному приказом Минрегиона РФ от 27 декабря 2010 г. N 787;
– нормативное значение вакуума, МПа;
= 0,85 при D 60 м;
= 1,0 при D > 100 м;
= 0,85 + 0,00375 x (D – 60) – в промежуточных случаях;
D – диаметр резервуара, м;
, , – коэффициенты сочетаний для длительных нагрузок, назначаемые в соответствии с СП 20.13330.2011 “Свод правил “СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия”, утвержденным приказом Минрегиона РФ от 27 декабря 2010 г. N 787, (пп. 6.2, 6.3) для основной по степени влияния нагрузки = 1, для остальных = 0,95.
5.4.8. Нагрузки на центральную часть днища определяются исходя из величины внутреннего избыточного давления, максимального проектного уровня налива и плотности продукта (эксплуатация) или воды (гидро- и пневмоиспытания). Эту нагрузку рекомендуется определять по формулам:
а) нагрузка , МПа, на основание под центральной частью днища при эксплуатации:
, (46)
б) нагрузка , МПа, на основание под центральной частью днища при гидро- и пневмоиспытаниях:
, (47)
где – коэффициент надежности по ответственности;
g – ускорение свободного падения, м/;
– плотность продукта, т/;
– плотность воды, используемой для гидравлических испытаний, т/;
– плотность металла, т/;
H – высота налива продукта при эксплуатации, м;
– высота налива воды при гидравлических испытаниях, м;
p – нормативное избыточное давление в газовом пространстве, МПа;
– номинальная толщина центральной части днища резервуара, м.
5.4.9. Рекомендации по установке анкеров.
5.4.9.1. Анкеровка корпуса резервуара рекомендуется, если:
происходит отрыв окраек днища от фундамента при действии внутреннего избыточного давления;
момент от сил, вызванных ветровым воздействием, превышает момент от вертикальных удерживающих сил, действующих на пустой резервуар.
5.4.9.2. В случаях, указанных в подпункте 5.4.9.1, стенка резервуара прикрепляется к фундаменту анкерными устройствами, шаг установки и размеры которых определяются расчетом.
5.4.9.3. Рекомендуется установка анкеров, если выполняются следующие неравенства, соответствующие условиям подпункта 5.4.9.1:
. (48)
Левая часть второго неравенства представляет момент от удерживающих сил, а правая – опрокидывающий момент, определяемый по пункту 5.4.5.
5.4.9.4. Подъемную силу , МН, от действия ветра на крышу рекомендуется определять по формуле:
, (49)
где – коэффициент надежности по опасности;
r – радиус резервуара, м;
– нормативное значение ветрового давления, МПа, определяется по СП 20.13330.2011 “Свод правил “СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия”, утвержденному приказом Минрегиона РФ от 27 декабря 2010 г. N 787, (таблица 11.1).
Для конических крыш с углом наклона 5° и сферических крыш высотой 0,1D, а также для резервуаров с плавающими крышами следует принять = 0.
5.4.9.5. Расчетную минимальную вертикальную нагрузку на фундамент резервуара , МН, рекомендуется вычислять для расчетного сочетания нагрузок 3 (см. таблицу 19) составляет:
, (50)
где – коэффициент надежности по опасности;
r – радиус резервуара, м;
– вес стенки, МН;
– вес стенки, МН;
– вес оборудования стенки, МН;
– вес оборудования крыши, МН;
– вес теплоизоляции на стенке, МН;
– вес теплоизоляции на крыше, МН;
p – нормативное избыточное давление в газовом пространстве, МПа.
5.4.9.6. Расчетное усилие , МН, в одном анкерном болте рекомендуется определять по формуле:
, (51)
где – диаметр установки анкерных болтов, м;
– количество анкерных болтов.
Источник