Расчет сосудов на ветровую нагрузку
ГОСТ Р 51273-99
Группа Г02
ОКС 71.120
ОКП 36 1000
Дата введения 2000-01-01
1 РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Техническим комитетом ТК 260 “Оборудование химическое и газонефтеперерабатывающее”
2 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 6 мая 1999 г. N 158
3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
ВНЕСЕНО Изменение N 1, утвержденное и введенное в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 17.02.2006 N 11-ст с 01.03.2006
Изменение N 1 внесено изготовителем базы данных по тексту ИУС N 5 2006 год
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает метод определения расчетных усилий, возникающих в элементах вертикальных цилиндрических сосудов (аппаратов колонного типа) от ветровых нагрузок и сейсмических воздействий.
Для аппаратов колонного типа сочетания нагрузок при различном состоянии (монтаж, испытание, эксплуатация) устанавливаются по ГОСТ Р 51274.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использована ссылка на ГОСТ Р 51274-99 Сосуды и аппараты. Аппараты колонного типа. Нормы и методы расчета на прочность.
3 Общие требования
3.1 Расчету на ветровую нагрузку подлежат аппараты, устанавливаемые на открытой площадке.
3.2 Расчету на сейсмические воздействия подлежат аппараты, предназначенные для установки в районах с сейсмичностью 7 и более баллов по шкале MSK-64.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
3.3 Расчетная схема
3.3.1 В настоящем стандарте рассмотрены вертикальные аппараты, закрепленные в нижних сечениях.
В качестве расчетной схемы аппарата принимают консольный упруго защемленный стержень (рисунок 1).
Рисунок 1 – Расчетная схема аппарата
Рисунок 1 – Расчетная схема аппарата
В случае другого способа опирания расчет ведут по специальной методике, согласованной с разработчиком стандарта.
3.3.2 Аппарат по высоте разбивают на участков, где высота участка 10 м.
3.3.3 Нагрузки (весовая, ветровая и сейсмическая) рассматривают как сосредоточенные силы, приложенные в серединах каждого из участков.
Нагрузку от веса прикладывают вертикально, а ветровую и сейсмическую нагрузки – горизонтально.
3.4 Условные обозначения и размерность величин, указанных в стандарте, приведены в приложении А.
4 Определение периода собственных колебаний
4.1 Период основного тона собственных колебаний аппарата постоянного сечения с приблизительно равномерно распределенной по высоте аппарата массой следует определять по формуле
, (1)
где . (2)
При отсутствии данных о фундаменте в первом приближении допускается принимать .
4.2 Период основного тона собственных колебаний аппарата переменного сечения следует определять по формуле
, (3)
где – коэффициент неравномерности сжатия грунта, определяют по данным инженерной геологии, а при отсутствии таких данных 6·10 Н/м (6·10 кгс/м);
– относительное перемещение центров тяжести участков, рассчитывают по формуле
, (4)
где – коэффициент по рисунку 2 или по формулам:
; ; (5)
– коэффициент, определяемый по формуле
; (6)
– коэффициенты по рисунку 3 или по формулам:
; ;
. (7)
Рисунок 2 – Коэффициенты “бета (i)”, “бета (k)”
Рисунок 2 – Коэффициенты ,
Рисунок 3 – Коэффициенты “дельта”, “лямбда”, “мю”
Рисунок 3 – Коэффициенты
Для аппаратов с двумя переменными жесткостями коэффициент определяют по формуле (5), при этом 0.
Для аппаратов с числом переменных жесткостей более трех коэффициент определяют другими методами, согласованными с разработчиком стандарта.
4.3 Общий период колебаний для групповых аппаратов (число аппаратов ), установленных на общем фундаменте и жестко связанных в горизонтальном направлении, следует определять по формуле
. (8)
5 Определение расчетного изгибающего момента от ветровой нагрузки
5.1 Расчетный изгибающий момент в сечении на высоте следует определять по формуле
. (9)
5.2 Ветровую нагрузку на -м участке определяют по формуле
. (10)
5.3 Среднюю составляющую ветровой нагрузки на -м участке определяют по формуле
. (11)
5.4 Пульсационную составляющую ветровой нагрузки на -м участке определяют по формуле
. (12)
5.5 Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на середине -го участка аппарата (на высоте над поверхностью земли) определяют по формуле
, (13)
где – нормативное значение ветрового давления по таблице 1;
– коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте аппарата, по рисунку 4 или по формулам:
; ; (14)
– аэродинамический коэффициент по таблице 2.
Таблица 1 – Нормативное значение ветрового давления
Ветровые районы* | la | I | II | III | IV | V | VI | VII |
, Н/м (кгс/м) | 170(17) | 230(23) | 300(30) | 380(38) | 480(48) | 600(60) | 730(73) | 850(85) |
_________________ | ||||||||
Таблица 2 – Аэродинамический коэффициент
__________________
* Стрелкой указано направление ветра.
Рисунок 4 – Коэффициенты “тета (i)”, “тета (j)”
Рисунок 4 – Коэффициенты ,
5.6 Коэффициент динамичности определяют по рисунку 5 или формуле
, (15)
где * – параметр, определяемый по формуле
________________
* Соответствует оригиналу. Вероятно, следует читать . – Примечание изготовителя базы данных.
. (16)
Рисунок 5 – Коэффициент “кси”
Рисунок 5 – Коэффициент
5.7 Приведенное относительное ускорение центра тяжести -го участка определяют по формуле
, (17)
где и – относительные перемещения и -го участков, определяют по формуле (4);
и – коэффициенты пульсации давления ветра для середины соответственно -го участка на высоте и -й площадки на высоте по рисунку 6 или формулам:
; . (18)
Рисунок 6 – Коэффициенты пульсации давления ветра m(k), m(j)
Рисунок 6 – Коэффициенты пульсации давления ветра ,
5.8 Коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра определяют по рисунку 7 или формуле
. (19)
Рисунок 7 – Коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра “ню”
Рисунок 7 – Коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра
5.9 Изгибающий момент в сечении на высоте от действия ветровой нагрузки на обслуживающую -ю площадку следует определять по формуле
. (20)
При отсутствии точных данных о форме площадки изгибающий момент определяют по формуле
, (21)
где – аэродинамический коэффициент по таблице 2;
– сумма площадей всех проекций профилей -й площадки на плоскость, перпендикулярную направлению ветра, м;
– площадь, ограниченная контуром -й площадки, м;
– коэффициент по рисунку 8 или формуле
; (22)
– коэффициент пульсации давления ветра по рисунку 6;
– коэффициент по рисунку 4.
Рисунок 8 – Коэффициент “хи (j)”
Рисунок 8 – Коэффициент
6 Определение расчетного изгибающего момента от сейсмических воздействий
6.1 Сейсмическую нагрузку, приложенную в середине -го участка и соответствующую первому тону собственных колебаний аппарата, определяют по формуле
, (23)
где – коэффициент динамичности по рисунку 9 или по формуле, но во всех случаях принимают не менее 0,8 и не более 2,5
; (24)
– сейсмический коэффициент, выбирают в зависимости от района установки аппарата по таблице 3;
– относительное перемещение центров тяжестей участков, определяют по формуле (4).
Таблица 3 – Сейсмический коэффициент
Сейсмичность, балл* | 7 | 8 | 9 |
0,1 | 0,2 | 0,4 |
_________________
* Сейсмичность населенных пунктов – по СНиП II-7-81 [2].
Рисунок 9 – Коэффициент динамичности “бета”
Рисунок 9 – Коэффициент динамичности
6.2 Максимальный изгибающий момент в нижнем сечении аппарата при учете только первой формы колебаний определяют по формуле
. (25)
6.3 Расчетный изгибающий момент с учетом влияния высших форм колебаний при необходимости устанавливают специальными методами.
В качестве первого приближения расчетный изгибающий момент в сечении на высоте с учетом влияния высших форм колебаний следует выбирать в зависимости от по эпюре рисунка 10.
Рисунок 10 – Эпюра для определения изгибающего момента M(R)
Рисунок 10 – Эпюра для определения изгибающего момента
ПРИЛОЖЕНИЕ А (обязательное). Условные обозначения и размерность величин
ПРИЛОЖЕНИЕ А
(обязательное)
– относительное перемещение центров тяжести -го (-гo) участка аппарата, 1/(Н·м) [1/(кгс·м)]
– коэффициент неравномерности сжатия грунта, Н/м (кгс/м)
– наружный диаметр -го (1, -гo) участка аппарата (рисунок 1), м
– модуль продольной упругости материала при расчетной температуре, Н/м (кгс/м)
– общий вес аппарата, Н (кгс)
– вес -го (1, 2, , -гo) участка аппарата (рисунок 1), Н (кгс)
– вес каждого отдельного (из групповых) аппаратов, Н (кгс)
– ускорение силы тяжести, м/с
– высота аппарата (рисунки 1, 3, 10), м
– высота 1, 2, 3-го участков аппарата переменного сечения (рисунок 3), м
– высота каждого отдельного (из групповых) аппарата, м.
– высота -го (1, 2, -го) участка аппарата (рисунок 1), м
– момент инерции верхнего основного металлического сечения аппарата относительно центральной оси, м
– момент инерции верхнего металлического сечения 1, 2, 3-го участков аппарата переменного сечения относительно центральной оси (рисунок 3), м
– минимальный момент инерции подошвы фундамента, м
– максимальный изгибающий момент в нижнем сечении колонны, Н·м (кгс·м)
– расчетный изгибающий момент в сечении на высоте от сейсмических воздействий, Н·м (кгс·м)
– расчетный изгибающий момент в сечении на высоте от действия ветра, Н·м (кгс·м)
– изгибающий момент от действия ветра на обслуживающую -ю площадку в сечении на высоте , Н·м (кгс·м)
– число площадок над расчетным сечением
– число участков аппарата над расчетным сечением
– ветровая нагрузка на -м (1, 2, -ом) участке аппарата (рисунок 1), Н (кгс)
– средняя составляющая ветровой нагрузки на -м участке, Н (кгс)
– пульсационная составляющая от ветровой нагрузки на -м участке, Н (кгс)
– нормативное значение давления ветра, Н/м (кгс/см)
– нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на середине -гo участка аппарата, Н/м (кгс/см)
– сейсмическая нагрузка в середине -го участка, Н (кгс)
– период основного тона собственных колебаний аппарата, с
– высота расчетного сечения аппарата от поверхности земли (рисунок 1), м
– расстояние от середины -ro (-гo) участка от поверхности земли (рисунок 1), м
– высота обслуживающей площадки от поверхности земли, м
– число участков
– число аппаратов
– приведенное относительное ускорение центра тяжести -го участка аппарата
ПРИЛОЖЕНИЕ Б (справочное). Библиография
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
(справочное)
[1] СНиП 2.01.07-85 Строительные нормы и правила. Нагрузки и воздействия.
[2] СНиП II-7-81 Строительные нормы и правила. Строительство в сейсмических районах.
Текст документа сверен по:
официальное издание
М.: ИПК Издательство стандартов, 1999
Изготовителем базы данных
в текст документа внесено Изменение N 1,
утвержденное Приказом
Ростехрегулирования от 17.02.2006 N 11-ст
Источник
ОКС 71.120
ОКП 36 1000
Дата введения 2000-01-01
1 РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Техническим комитетом ТК 260 “Оборудование химическое и газонефтеперерабатывающее”
2 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 6 мая 1999 г. N 158
3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
ВНЕСЕНО Изменение N 1, утвержденное и введенное в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 17.02.2006 N 11-ст с 01.03.2006
Изменение N 1 внесено изготовителем базы данных по тексту ИУС N 5 2006 год
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает метод определения расчетных усилий, возникающих в элементах вертикальных цилиндрических сосудов (аппаратов колонного типа) от ветровых нагрузок и сейсмических воздействий.
Для аппаратов колонного типа сочетания нагрузок при различном состоянии (монтаж, испытание, эксплуатация) устанавливаются по ГОСТ Р 51274.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использована ссылка на ГОСТ Р 51274-99 Сосуды и аппараты. Аппараты колонного типа. Нормы и методы расчета на прочность.
3 Общие требования
3.1 Расчету на ветровую нагрузку подлежат аппараты, устанавливаемые на открытой площадке.
3.2 Расчету на сейсмические воздействия подлежат аппараты, предназначенные для установки в районах с сейсмичностью 7 и более баллов по шкале MSK-64.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
3.3 Расчетная схема
3.3.1 В настоящем стандарте рассмотрены вертикальные аппараты, закрепленные в нижних сечениях.
В качестве расчетной схемы аппарата принимают консольный упруго защемленный стержень (рисунок 1).
Рисунок 1 – Расчетная схема аппарата
Рисунок 1 – Расчетная схема аппарата
В случае другого способа опирания расчет ведут по специальной методике, согласованной с разработчиком стандарта.
3.3.2 Аппарат по высоте разбивают на участков, где высота участка 10 м.
3.3.3 Нагрузки (весовая, ветровая и сейсмическая) рассматривают как сосредоточенные силы, приложенные в серединах каждого из участков.
Нагрузку от веса прикладывают вертикально, а ветровую и сейсмическую нагрузки – горизонтально.
3.4 Условные обозначения и размерность величин, указанных в стандарте, приведены в приложении А.
4 Определение периода собственных колебаний
4.1 Период основного тона собственных колебаний аппарата постоянного сечения с приблизительно равномерно распределенной по высоте аппарата массой следует определять по формуле
, (1)
где . (2)
При отсутствии данных о фундаменте в первом приближении допускается принимать .
4.2 Период основного тона собственных колебаний аппарата переменного сечения следует определять по формуле
, (3)
где – коэффициент неравномерности сжатия грунта, определяют по данным инженерной геологии, а при отсутствии таких данных 6·10 Н/м (6·10 кгс/м);
– относительное перемещение центров тяжести участков, рассчитывают по формуле
, (4)
где – коэффициент по рисунку 2 или по формулам:
; ; (5)
– коэффициент, определяемый по формуле
; (6)
– коэффициенты по рисунку 3 или по формулам:
; ;
. (7)
Рисунок 2 – Коэффициенты “бета (i)”, “бета (k)”
Рисунок 2 – Коэффициенты ,
Рисунок 3 – Коэффициенты “дельта”, “лямбда”, “мю”
Рисунок 3 – Коэффициенты
Для аппаратов с двумя переменными жесткостями коэффициент определяют по формуле (5), при этом 0.
Для аппаратов с числом переменных жесткостей более трех коэффициент определяют другими методами, согласованными с разработчиком стандарта.
4.3 Общий период колебаний для групповых аппаратов (число аппаратов ), установленных на общем фундаменте и жестко связанных в горизонтальном направлении, следует определять по формуле
. (8)
5 Определение расчетного изгибающего момента от ветровой нагрузки
5.1 Расчетный изгибающий момент в сечении на высоте следует определять по формуле
. (9)
5.2 Ветровую нагрузку на -м участке определяют по формуле
. (10)
5.3 Среднюю составляющую ветровой нагрузки на -м участке определяют по формуле
. (11)
5.4 Пульсационную составляющую ветровой нагрузки на -м участке определяют по формуле
. (12)
5.5 Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на середине -го участка аппарата (на высоте над поверхностью земли) определяют по формуле
, (13)
где – нормативное значение ветрового давления по таблице 1;
– коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте аппарата, по рисунку 4 или по формулам:
; ; (14)
– аэродинамический коэффициент по таблице 2.
Таблица 1 – Нормативное значение ветрового давления
Ветровые районы* | la | I | II | III | IV | V | VI | VII |
, Н/м (кгс/м) | 170(17) | 230(23) | 300(30) | 380(38) | 480(48) | 600(60) | 730(73) | 850(85) |
_________________ | ||||||||
Таблица 2 – Аэродинамический коэффициент
__________________
* Стрелкой указано направление ветра.
Рисунок 4 – Коэффициенты “тета (i)”, “тета (j)”
Рисунок 4 – Коэффициенты ,
5.6 Коэффициент динамичности определяют по рисунку 5 или формуле
, (15)
где * – параметр, определяемый по формуле
________________
* Соответствует оригиналу. Вероятно, следует читать . – Примечание изготовителя базы данных.
. (16)
Рисунок 5 – Коэффициент “кси”
Рисунок 5 – Коэффициент
5.7 Приведенное относительное ускорение центра тяжести -го участка определяют по формуле
, (17)
где и – относительные перемещения и -го участков, определяют по формуле (4);
и – коэффициенты пульсации давления ветра для середины соответственно -го участка на высоте и -й площадки на высоте по рисунку 6 или формулам:
; . (18)
Рисунок 6 – Коэффициенты пульсации давления ветра m(k), m(j)
Рисунок 6 – Коэффициенты пульсации давления ветра ,
5.8 Коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра определяют по рисунку 7 или формуле
. (19)
Рисунок 7 – Коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра “ню”
Рисунок 7 – Коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра
5.9 Изгибающий момент в сечении на высоте от действия ветровой нагрузки на обслуживающую -ю площадку следует определять по формуле
. (20)
При отсутствии точных данных о форме площадки изгибающий момент определяют по формуле
, (21)
где – аэродинамический коэффициент по таблице 2;
– сумма площадей всех проекций профилей -й площадки на плоскость, перпендикулярную направлению ветра, м;
– площадь, ограниченная контуром -й площадки, м;
– коэффициент по рисунку 8 или формуле
; (22)
– коэффициент пульсации давления ветра по рисунку 6;
– коэффициент по рисунку 4.
Рисунок 8 – Коэффициент “хи (j)”
Рисунок 8 – Коэффициент
6 Определение расчетного изгибающего момента от сейсмических воздействий
6.1 Сейсмическую нагрузку, приложенную в середине -го участка и соответствующую первому тону собственных колебаний аппарата, определяют по формуле
, (23)
где – коэффициент динамичности по рисунку 9 или по формуле, но во всех случаях принимают не менее 0,8 и не более 2,5
; (24)
– сейсмический коэффициент, выбирают в зависимости от района установки аппарата по таблице 3;
– относительное перемещение центров тяжестей участков, определяют по формуле (4).
Таблица 3 – Сейсмический коэффициент
Сейсмичность, балл* | 7 | 8 | 9 |
0,1 | 0,2 | 0,4 |
_________________
* Сейсмичность населенных пунктов – по СНиП II-7-81 [2].
Рисунок 9 – Коэффициент динамичности “бета”
Рисунок 9 – Коэффициент динамичности
6.2 Максимальный изгибающий момент в нижнем сечении аппарата при учете только первой формы колебаний определяют по формуле
. (25)
6.3 Расчетный изгибающий момент с учетом влияния высших форм колебаний при необходимости устанавливают специальными методами.
В качестве первого приближения расчетный изгибающий момент в сечении на высоте с учетом влияния высших форм колебаний следует выбирать в зависимости от по эпюре рисунка 10.
Рисунок 10 – Эпюра для определения изгибающего момента M(R)
Рисунок 10 – Эпюра для определения изгибающего момента
ПРИЛОЖЕНИЕ А (обязательное). Условные обозначения и размерность величин
ПРИЛОЖЕНИЕ А
(обязательное)
– относительное перемещение центров тяжести -го (-гo) участка аппарата, 1/(Н·м) [1/(кгс·м)]
– коэффициент неравномерности сжатия грунта, Н/м (кгс/м)
– наружный диаметр -го (1, -гo) участка аппарата (рисунок 1), м
– модуль продольной упругости материала при расчетной температуре, Н/м (кгс/м)
– общий вес аппарата, Н (кгс)
– вес -го (1, 2, , -гo) участка аппарата (рисунок 1), Н (кгс)
– вес каждого отдельного (из групповых) аппаратов, Н (кгс)
– ускорение силы тяжести, м/с
– высота аппарата (рисунки 1, 3, 10), м
– высота 1, 2, 3-го участков аппарата переменного сечения (рисунок 3), м
– высота каждого отдельного (из групповых) аппарата, м.
– высота -го (1, 2, -го) участка аппарата (рисунок 1), м
– момент инерции верхнего основного металлического сечения аппарата относительно центральной оси, м
– момент инерции верхнего металлического сечения 1, 2, 3-го участков аппарата переменного сечения относительно центральной оси (рисунок 3), м
– минимальный момент инерции подошвы фундамента, м
– максимальный изгибающий момент в нижнем сечении колонны, Н·м (кгс·м)
– расчетный изгибающий момент в сечении на высоте от сейсмических воздействий, Н·м (кгс·м)
– расчетный изгибающий момент в сечении на высоте от действия ветра, Н·м (кгс·м)
– изгибающий момент от действия ветра на обслуживающую -ю площадку в сечении на высоте , Н·м (кгс·м)
– число площадок над расчетным сечением
– число участков аппарата над расчетным сечением
– ветровая нагрузка на -м (1, 2, -ом) участке аппарата (рисунок 1), Н (кгс)
– средняя составляющая ветровой нагрузки на -м участке, Н (кгс)
– пульсационная составляющая от ветровой нагрузки на -м участке, Н (кгс)
– нормативное значение давления ветра, Н/м (кгс/см)
– нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на середине -гo участка аппарата, Н/м (кгс/см)
– сейсмическая нагрузка в середине -го участка, Н (кгс)
– период основного тона собственных колебаний аппарата, с
– высота расчетного сечения аппарата от поверхности земли (рисунок 1), м
– расстояние от середины -ro (-гo) участка от поверхности земли (рисунок 1), м
– высота обслуживающей площадки от поверхности земли, м
– число участков
– число аппаратов
– приведенное относительное ускорение центра тяжести -го участка аппарата
ПРИЛОЖЕНИЕ Б (справочное). Библиография
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
(справочное)
[1] СНиП 2.01.07-85 Строительные нормы и правила. Нагрузки и воздействия.
[2] СНиП II-7-81 Строительные нормы и правила. Строительство в сейсмических районах.
Текст документа сверен по:
официальное издание
М.: ИПК Издательство стандартов, 1999
Изготовителем базы данных
в текст документа внесено Изменение N 1,
утвержденное Приказом
Ростехрегулирования от 17.02.2006 N 11-ст
Источник