Содержание к диссертации
Введение
1 Задачи проектирования осесимметричных емкостных сооружений для хранения жидкостей 9
1.1 Осесимметричные сооружения промышленных предприятий как объект проектирования 9
1.2 Специфика проектирования металлических резервуаров 12
1.3 Специфика проектирования железобетонных резервуаров 15
1.4 Специфика проектирования водонапорных башен 20
1.5 Обзор методов расчета осесимметричных емкостных сооружений 24
Выводы по главе 1 33
2 Математическая модель осесимметричных емкостных сооружений для хранения жидкостей 34
2.1 Геометрическая модель резервуаров и водонапорных башен 34
2.2 Математическая модель нагрузок на элементы сооружений 43
2.2.1 Осесимметричные нагрузки 43
2.2.2 Предварительное напряжение сооружения кольцевой арматурой 44
2.2.3 Модель нагрузок, возникающих при крене осесимметричного сооружения 47
2.2.4 Модель ветровой нагрузки, действующей на боковую поверхность сооружения 48
2.2.5 Модель нагрузки от жидкости на круговую поверхность 53
2.2.6 Модель локальной нагрузки, действующей на круговую поверхность 55
2.2.7 Модель циклично симметричной нагрузки 58
2.2.8 Модель нагрузки, распределенной по произвольному закону 60
2.3 Модели граничных условий 61
2.3.1 Модель винклеровского упругого основания 62
2.3.2 Модель внешних дискретных связей 64
2.3.2 Модель внутренних дискретных связей 68
Выводы по главе 2 72
3 Конечно-элементная модель и алгоритмы анализа напряженно-деформированного состояния осесимметричных оболочечных и массивных конструкций 73
3.1 Оболочечный осесимметричный конечный элемент 73
3.2 Кольцевой конечный элемент с треугольным поперечным сечением 79
3.3 Алгоритмы анализа напряженно-деформированного состояния осесимметричных оболочечных и массивных конструкций 82
3.3.1 Алгоритм анализа комбинированной массивно-оболочечной системы 82
3.3.2 Алгоритм анализа сооружения на дискретных внешних связях 84
3.3.3 Алгоритм определения эквивалентных нагрузок от внутренних связей 86
3.3.4 Алгоритм анализа НДС водонапорной башни на стадии монтажа 87
Выводы по главе 3 88
4 Реализация программного комплекса AXIS-LQ 2.1 89
4.1 Структура и характеристики программного комплекса AXIS-Lq 2.1 89
4.1.1 Программные средства разработки комплекса 89
4.1.2 Визуализация исходных данных и результатов расчета 91
4.1.3 Информационная подсистема 94
4.2 Расчетные модули 100
4.2.1 Модуль определения компонентов осесимметричного НДС 100
4.2.2 Модуль определения компонентов несимметричного НДС 100
4.2.3 Модуль определения напряжений в листовых конструкциях 101
4.2.4 Модуль определения напряжений в массивных конструкциях 102
4.2.5 Модуль проверки прочности и устойчивости листовых конструкций 102
4.2.6 Модуль расчета армирования сечений железобетонных элементов 104
4.3 Модули подготовки проектной документации 108
4.3.1 Модуль подготовки текстовой проектной документации 108
4.3.2 Модуль подготовки графической проектной документации 109
Выводы по главе 4 114
5 Решение практических задач 115
5.1 Моделирование НДС металлического резервуара 115
5.1.1 Описание объекта исследования 115
5.1.2 Моделирование работы металлического резервуара на стадии эксплуатации 117
5.2 Моделирование НДС железобетонного резервуара 119
5.2.1 Описание объекта исследования 119
5.2.2 Моделирование работы железобетонного резервуара на стадии эксплуатации 122
5.2.3 Анализ влияния предварительного напряжения на НДС резервуара124
5.3 Моделирование НДС водонапорной башни на стадии монтажа и эксплуатации 126
5.3.1 Описание объекта исследования 126
5.3.2 Моделирование работы водонапорной башни на стадии эксплуатации с учетом крена 126
5.3.3 Моделирование работы водонапорной башни на стадии монтажа 128
Выводы по главе 5 132
Основные выводы 133
Список литературы 136
Приложения 146
- Специфика проектирования железобетонных резервуаров
- Предварительное напряжение сооружения кольцевой арматурой
- Кольцевой конечный элемент с треугольным поперечным сечением
- Визуализация исходных данных и результатов расчета
Введение к работе
Актуальность проблемы. Осесимметричные сооружения получили широкое распространение в различных отраслях промышленности для хранения жидкостей. К таким сооружениям относятся цилиндрические резервуары и водонапорные башни.
В последнее время уровень требований к расчету подобных сооружений значительно вырос. Это связано с расширяющейся практикой строительства в районах со сложными климатическими условиями, тенденцией увеличения емкости хранилищ, возросшими объемами реконструкции, а также ш-теграцией национальной экономики в мировую систему. В существующей практике проектирования резервуаров и водонапорных башен остаются нерешенными многие задачи, такие, как учет совместной работы сооружения и грунта, анализ напряженно-деформированного состояния (НДС) сооружений на стадии монтажа и при реконструкции, учет крена сооружений и другое.
Одним из путей решения этих задач является поиск новых моделей сооружений, а также методов их расчета. Учитывая специфику таких сооружений, возможно использование осесимметричной модели расчета с применением осесимметричных высокоточных оболочечных конечных элементов для моделирования наземных конструкций и кольцевых конечных элементов для моделирования фундамента. Метод ортогональной прогонки Годунова го-зволяет с исключительной точностью вычислять значения коэффициентов матрицы жесткости оболочечных элементов.
Использование осесимметричной модели позволяет значительно снизить затраты машинного времени и увеличить точность расчета.
Цель работы. Увеличение точности и снижение трудоемкости расчета несущих конструкций емкостных осесимметричных сооружений за счет использования новых математических моделей, эффективных численных методов и алгоритмов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) Разработать комплекс математических моделей и алгоритмов, по
зволяющих выполнять следующие этапы проектирования:
синтез структуры осесимметричного емкостного сооружения;
формализация расчетной схемы и подготовка данных для автоматизированного расчета;
определение перемещений, усилий и напряжений в элементах сооружения;
проверка прочности и устойчивости стальных конструкций;
расчет армирования железобетонных конструкций;
вывод текстовой и графической информации.
Разработать информационную подсистему, структуру и состав бав данных нормативной и справочной информации.
Реализовать разработанные алгоритмы в рамках специализированного программного комплекса.
Проанализировать эффективность выполненных разработок на примере анализа основных типов емкостных сооружений
Объект исследования. Математические модели и методы расчета осе-симметричных емкостных сооружений для хранения жидкости.
Методы исследования. Системный анализ, математическое моделирование, формализация, декомпозиция, параметрический синтез, численные методы строительной механики, метод ортогональной прогонки, метод ю-нечных элементов.
Научная новизна.
- предложены методики параметризации осесимметричных оболочш-
ных конструкций и фундаментов емкостных сооружений для хранения жщ-
кости;
предложена модель в рядах Фурье основных несимметричных нагрузок, действующих на осесимметричные сооружения;
разработана модель внутренних и внешних дискретных связей прэ-странственных сооружений на основе осесимметричной модели;
предложены осесимметричные схемы расчета емкостных сооружений для хранения жидкости с учетом совместной работы сооружения с фундамш-том и основанием, крена, а также осесимметричная схема расчета водонапорной башни в стадии монтажа;
разработан специализированный язык программирования для формирования чертежей;
разработана функциональная структура, информационное, программное и методическое обеспечение специализированного программного комплекса (ПК) по расчету и проектированию осесимметричных сооружений.
Достоверность научных результатов подтверждена путем решения контрольных примеров, имеющих точное аналитическое решение, сравнения результатов расчета с результатами, полученными по существующим универсальным пакетам конечно-элементного анализа, а также экспериментальным использованием разработанного ПК.
Практическое значение и внедрение. Реализованные в программном комплексе модели, методы, алгоритмы и информационное обеспечение создают условия для повышения научно-технического уровня проектов за счет оптимальности принимаемых решений, уменьшения затрат машинного времени и увеличения точности расчета, обеспечивая при этом существенное снижения трудоемкости проектирования.
Результаты работы были использованы на ОАО БЗМТО (г. Брянск) при экспертизе типового проекта водонапорной башни емкостью 50 м3 в с. Дар-ковичи Брянского района Брянской области и на НП "Приокский ЭКЦ" (г. Тула) при экспертизе железобетонного резервуара емкостью 30000 м3 в г. Унеча Брянской области.
Апробация и публикации. Основные положения диссертационной работы докладывались на международной научно-практической конференции "Современные проекты, технологии и материалы для строительного, дорок-ного комплексов и жилищно-коммунального хозяйства" (Брянск- 10-11 апреля 2002 г.), на международной научно-практической конференции "Проблемы строительного и дорожного комплексов" (Брянск -.11-13 ноября 2003 г.), на всероссийской научно-практической конференции "Современные тенденции развития строительного комплекса Поволжья" (Тольятти - 14-16 сентября 2005 г.), на международной научно-практической конференции "Регион - 2006. Конкурентоспособность бизнеса и технологий как фактор реалиа-ции общенациональных проектов" (Брянск - 23-24 мая 2006 г.) и на международной научно-практической конференции "Аграрный форум - 2006" (Сумы - 25-29 октября 2006 г.). Материалы диссертации опубликованы в двенадцати статьях общим объемом 65 страниц.
На защиту выносятся: комплекс системотехнических моделей структурно-параметрического синтеза и анализа цилиндрических резервуаров и водонапорных башен, методы и алгоритмы анализа осесимметричных сооружений, функциональная структура специализированного программного комплекса, информационное, методическое и программное обеспечение разработанного ПК.
Специфика проектирования железобетонных резервуаров
Геометрические размеры резервуаров (диаметр и высота) устанавливаются заказчиком или принимаются по нормативным источникам [48] в зависимости от объема заданного резервуара.
Расчеты несущей способности конструкций выполняются по методу предельных состояний на действие эксплуатационных и монтажных нагрузок с учетом требований действующих нормативных документов [70, 73]. Набор нагрузок, действующих на металлический резервуар, во многом зависит от его расположения относительно уровня площадки. Как правило, стальные резервуары делают в наземном исполнении. В этом случае металлические конструкции резервуара испытывают наименьшее агрессивное воздействие грунта. В этом случае на резервуар будут действовать давление жидкости, снеговая нагрузка, собственный вес конструкций резервуара и технологической оснастки, избыточное давление или вакуум, ветровая нагрузка, особые нагрузки.
Железобетонные резервуары подразделяются: по назначению, по форме в плане, по вертикальной привязке днища к уровню площади застройки, по конструктивным особенностям и др. (рис. 1.5).
Железобетонные резервуары активно используются в системах водоснабжения, водоотведения и пожаротушения. В настоящее время существует тенденция сокращения доли железобетонных резервуаров в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности. Основными причинами этого являются более длительные сроки монтажа и демонтажа, сложность обеспечения герметичности, а следовательно и меньшая экологическая безопасность.
По форме в плане резервуары в большинстве случаев бывают круглыми или прямоугольными. Прямоугольные резервуары выходят за рамки данного исследования и в дальнейшем не рассматриваются. Основной формой круглых резервуаров остается цилиндр. Сферические, каплевидные и другие нецилиндрические резервуары не получили большого распространения, так как осуществление их в железобетоне сравнительно сложно и трудоемко.
По конструктивному исполнению железобетонные резервуары могут быть сборными, монолитными и сборно-монолитными. В последних часть элементов выполняется из сборного железобетона (например, стенки, покрытие), часть – из монолитного (например, днище). Для обеспечения большей герметичности резервуара могут использовать предварительное напряжение конструкций резервуара кольцевой арматурой.
В зависимости от назначения резервуары могут быть с покрытиями или без них. В качестве опор покрытий могут быть использованы стены и промежуточные колонны.
Конструкция покрытия определяет конструкцию днища. Так, при наличии колонн днище будет загружено их реактивным давлением. При этом толщина днища и армирование определяются расчетом. Расположение колонн в плане может быть различным. При выполнении покрытия в сборном варианте, как правило, используют кольцевую схему расположения колонн (рис. 1.6). При отсутствии промежуточных опор изгибающие моменты возникают только у мест примыкания днища к стенкам и распространяются на небольшие зоны, а основная площадь днища не подвергается изгибу. Такое днище наиболее экономично. Однако при наличии подпора грунтовых вод резервуары чаще всего проектируют с внутренними колоннами, хотя и в этом случае они необязательны. Для этого днище и покрытие должны иметь аналогичную пространственную конструкцию.
Покрытия круглых резервуаров могут быть купольные, плоские или комбинированные. Купольное покрытие из монолитного железобетона наиболее экономично по затрате материалов, но при возведении его требуется сложная опалубка. Купольное покрытие из сборного железобетона будет работать как пространственная конструкция только после его сборки и замоно-личивания. Сечения отдельных сборных элементов купола определяются расчетом на монтажные усилия, что несколько увеличивает расход материалов.
Проектирование железобетонных резервуаров (рис. 1.7) осуществляется на основе технического задания, которое включает в себя: – сведения о заказчике и площадке строительства; – номинальный и полезный объем резервуара, проектный уровень налива; – геометрические размеры резервуара (диаметр и высота); – характеристики хранимой жидкости (вид, плотность, вязкость); – привязка к уровню земли; – исполнение днища, стенки и покрытия (монолитное, сборное); – уклон днища (наружу, внутрь); – форма покрытия (купольная, плоская); – наличие предварительного напряжения, способ его создания; – тип сопряжения стенки с днищем (шарнирное, жесткое); – устанавливаемое оборудование. Расчет железобетонных резервуаров выполняют по первой (прочность) и второй (жесткость, трещиностойкость) группам предельных состояний на действие эксплуатационных и монтажных нагрузок с учетом требований действующих нормативных документов [70, 72]. В отличие от металлических резервуаров, железобетонные резервуары в основном делают заглубленными или полузаглубленными. В этом случае резервуар будут испытывать дополнительное сжимающее давление грунта, которое увеличивает надежность железобетонных конструкций.
Предварительное напряжение сооружения кольцевой арматурой
При построении эпюр днище рассматривается как полубесконечная балка на упругом основании, выступ окрайки днища - как конечная балка на упругом основании. Формулы для вычисления моментов и поперечных сил, необходимые для построения эпюр в днище и стенке, можно найти в литературе [5, 74].
При расчете методом перемещений узла сопряжения стенки с покрытием основную систему получают введением в узел сопряжения плавающей заделки и линейной опоры в радиальном направлении (рис. 1.13, в). Неизвестными в этом случае будут угловая деформация опорного кольца и радиальное смещение узла сопряжения покрытия со стенкой.
При расчете методом перемещений бака водонапорной башни основную систему получают введением в узлы сопряжения плавающих заделок и линейных опор в радиальном направлении (рис. 1.14, в). Соответственно, неизвестными будут угол поворота и радиальное смещение узла сопряжения.
В настоящее время в связи с развитием вычислительной техника широкое распространение при расчете строительных конструкций получили численные методы [6, 10, 12, 29, 55]. Общим этапом численных методов является дискретизация. Применение матриц позволяет легко реализовывать эти методы на ЭВМ. Численные методы более универсальны по сравнению с аналитическими. Это особенно важно в связи с последними требованиями нормативно-технической документации, согласно которым каждый резервуар необходимо рассматривать как уникальное сооружение [48].
Численные методы можно условно разбить на две группы [15]. Первую группу составляют методы, при использовании которых приходится решать исходные дифференциальные уравнения в частных производных путем сведения их к системе линейных алгебраических уравнений. К ним относятся метод конечных элементов (МКЭ), метод граничных элементом (МГЭ) и метод конечных разностей (МКР).
Вторую группу составляют методы, в которых исходные дифференциальные уравнения в частных производных сводятся к обыкновенным дифференциальным уравнениям. К ним относятся метод начальных параметров, метод Рунге-Кутта [44], метод ортогонализации Годунова [21, 23, 24].
Резервуар в общем случае представляет собой комбинированную систему, состоящую из пластин и оболочек (основные конструкции резервуара), массивных тел (фундамент) и стержней (внутренних колонн) и опирающуюся на упругую среду (грунт). Совместный расчет с учетом всех указанных элементов возможен только при использовании МКЭ.
При анализе конструкций резервуаров по МКЭ получили распространение два подхода: расчет по пространственной схеме и расчет по осесиммет-ричной схеме.
При расчете по пространственной схеме конечно-элементную модель резервуара представляют набором пластинчатых, оболочечных, массивных и стержневых элементов. Основными преимуществами пространственной модели является возможность учета всех симметричных и несимметричных нагрузок, действующих на резервуар, а также возможность моделирования элементов, нарушающих осевую симметрию резервуара, таких как патрубки, люки, колонны, свайный фундамент и т.д. Недостатком пространственной модели является большая размерность решаемой задачи, что увеличивает время расчета и снижает точность получаемых результатов.
При расчете резервуара по осесимметричной схеме конечно-элементная модель может быть составлена из осесимметричных оболочечных и массивных элементов. Таким образом, несимметричные стержневые элементы не могут быть описаны в рамках осесимметричной конечно-элементной модели. Преимуществом осесимметричной модели является значительно меньшая размерность решаемой задачи, т.к. задача, являющаяся по сути трехмерной, сводится к двумерной. Кроме того, использование высокоточных оболочеч-ных конечных элементов [45, 46], построенных на основе метода ортогонали-зации Годунова [21, 23, 24], позволяет значительно повысить точность расчета по сравнению с пространственной схемой (см. прил. Б).
Основным недостатком осесимметричной модели является то, что при ее использовании должна соблюдаться осевая симметрия геометрии сооружения, закреплений и нагрузок. От последнего недостатка удается избавиться при помощи использования тригонометрических рядов. Для этого внешние нагрузки представляются в виде рядов Фурье по кольцевой координате. Тогда и усилия, возникающее в конечных элементах, тоже можно представить в виде рядов Фурье. Окончательный результат получается суммированием результатов по различным гармоникам.
Используя этот подход, можно значительно расширить круг решаемых задач. Так, при расчете осесимметричных сооружений, имеющих несимметричные связи, последние можно заменить эквивалентными нагрузками, величины которых можно найти из статического расчета или используя метод сил. Тот же прием можно использовать для учета колонн, которые можно рассматривать как внутренние несимметричные связи. Алгоритмы решения таких задач будут рассмотрены ниже.
Таким образом, низкая трудоемкость и высокая точность расчета делает осесимметричную расчетную схему более целесообразной по сравнению с пространственной схемой. Кроме того, применение комбинированных расчетных схем, в том числе с использованием внешних и внутренних дискретных связей, позволяет значительно расширить круг решаемых задач.
Кольцевой конечный элемент с треугольным поперечным сечением
На стадии эксплуатации на резервуар действуют следующие нагрузки: собственный вес конструкций резервуара и лестницы, нефть, снег, ветер, вакуум или избыточное давление.
Рассмотрим напряженно-деформированное состояние каждого элемента резервуара в отдельности (рис. 5.3, 5.4). Стенки представляет собой оболочку вращения, край которой закреплен от смещения в направлении нормали к поверхности. В закреплении такой оболочки возникают реакции от действия горизонтальной распределенной нагрузки, вызывающие напряженное состояние, связанное с изгибом, и быстро затухающее при удалении от края. Такое быстро затухающее напряженное состояние носит название краевого эффекта [56]. Область затухания краевых эффектов оказывается очень узкой: для достаточно тонких оболочек она исчисляется долями радиуса цилиндра. Краевой эффект – совершенно особое явление, характерное только для тонких оболочек. Он обусловлен только малой толщиной оболочки и искривлением ее серединной поверхности. Влияние краевого эффекта значительно уменьшается в верхней части стенки. В связи с этим стенку резервуара выполняют разнотолщинной. Днище резервуара работает как плита на упругом основании и испытывает воздействие изгибных деформаций. Наибольшие напряжения возникают в месте сопряжения стенки и днища, что вызвано воздействием краевого эффекта. Для восприятия дополнительных напряжений от краевого эффекта выполняют окрайку, которая имеет большую толщину по сравнению с центральной частью днища. Сферическая крыша резервуара работает как купольная конструкция, в основном воспринимающая сжимающие напряжения. Расчет стального резервуара в программе AXIS-Lq 2.1 позволил установить оптимальные величины толщин листовых конструкций (табл. 5.1). Оптимизация листовых конструкций позволяет сэкономить 7,4 т стали, что составляет 1,4% от общей массы листовых конструкций резервуара. По территории Брянской области проходит участок магистрального нефтепровода «Дружба». Существующие сооружения для хранения и перекачки нефти введены в действия 30-40 лет назад, в том числе и железобетонные резервуары объемом 30000 м3. После длительной эксплуатации возникают проблемы, связанные с коррозийным износом несущих строительных кон 120 струкций, и соответственно, с дальнейшим функционированием резервуаров [39]. Столь ответственные сооружения требуют повышенного внимания при эксплуатации и техническом обследовании конструкций. В связи с этим действующие руководящие документы [50-52] оговаривают обязательность полного или частичного обследования состояния конструкций резервуаров каждые 5-10 лет в зависимости от сроков их эксплуатации. Исследуемое сооружение представляет собой заглубленный цилиндр, обвалованный землей (рис. 5.5, 5.6). Покрытие и стенки резервуара выполнены из сборных железобетонных предварительно напряженных конструкций, днище – монолитный железобетон. Днище резервуара принято монолитным, толщиной 120 мм, с увеличением толщины до 340 мм в местах примыкания к стенам. Рабочее армирование днища выполняется под колоннами на восприятие изгибающих моментов от действия сосредоточенных нагрузок. Вся остальная часть днища армируется конструктивной арматурой в виде сеток. Стены резервуара запроектированы из стеновых панелей заводского изготовления размером 9640x2100 мм и весом Ют переменной толщины от 157 мм до 260 мм. Внутренняя поверхность панели - плоская, а наружная -очерчена по кривой, соответствующая радиусу резервуара. Для опирания плит покрытия в верхней части стеновых панелей резервуара предусмотрен выступ. Панели стен устанавливаются на монолитный кольцевой фундамент в виде плиты, бетонирование которого осуществляется одновременно с бетонированием днища. Покрытие резервуара запроектировано из плоских сборных железобетонных плит трапециевидной формы толщиной 100 мм, укладываемых по прямолинейным балкам П-образного сечения размерами 900x600. Балки укладываются на консоли колонн. Колонны имеют прямоугольное сечение 300x400. Фундаменты под колонны сборные стаканного типа 01700. После бетонирования днища и монтажа стенок и покрытия, конструкция резервуара в целом (покрытие, стенки и днище) подвергается обжатию коль 122 цевой напряженной арматурой, что придает конструкции резервуара значительно большую трещиностойкость. Резервуар имеет следующие основные размеры: – наружный диаметр – 66 м; – высота резервуара от верха днища до низа плит покрытия – 9,0 м; – уровень залива продукта – 8,8 м. 5.2.2 Моделирование работы железобетонного резервуара на стадии эксплуатации На стадии эксплуатации на резервуар действуют следующие нагрузки: собственный вес конструкций резервуара, нефть, грунт обсыпки, вода на покрытии, снег, вакуум или избыточное давление, а также нагрузка на покрытие, стенку и днища от обжатия резервуара кольцевой арматурой. Рассмотрим напряженно-деформированное состояние каждого элемента резервуара в отдельности. Покрытие (рис. 5.7, а) работает по схеме многопролетной неразрезной балки. При этом максимальные изгибающие моменты возникают в середине пролета и на опорах, а максимальные поперечные силы – на опорах. Стенка резервуара (рис. 5.7, б) работает как цилиндрическая оболочка под действием полярно симметричной нагрузки, характерной особенностью которой я является краевой эффект в месте сопряжения стенки с днищем. В связи с краевым эффектом к стыку стенки и днища предъявляются повышенные требования. Для восприятия изгибающего момента в основании стеновых панелей предусмотрены дополнительные арматурные сетки.
Визуализация исходных данных и результатов расчета
Днище (рис. 5.5, в) работает как плита на упругом основании под действием равномерно распределенной нагрузки от собственного веса конструкций и веса нефти, сосредоточенных сил от нагрузки на покрытие, передаваемого через колонны и стены, а также изгибающего момента по периметру днища, передаваемого от стены.
Наибольшие изгибающие моменты возникают у сопряжения днища со стенкой, передаваемые на днище от стенки через жесткий стык. Для восприятия этого момента в месте стыка предусмотрено утолщение и дополнительные арматурные сетки.
Также значительные изгибающие моменты возникают в месте опирания колонн на днище. Здесь также предусмотрены дополнительные арматурные сетки. Существенные изгибающие моменты противоположенного знака возникают между колоннами. Дополнительных мероприятий для усиления этих участков не предусмотрено. Тем не менее, эти участки требуют также особого внимания.
В последнее время на станции ЛПДС «Унеча» проведено полное обследование нескольких резервуаров емкостью 30000 м3. Опыт проведенных обследований [39, 87] показывает, что в конструкциях резервуара в процессе эксплуатации накапливается однотипные дефекты, которые создают ситуации, вплоть до аварийных.
Одним из наиболее опасных дефектов является уменьшение предварительного напряжения конструкций резервуара вследствие коррозии и обрыва кольцевой арматуры. Это может привести к образованию трещин и как следствие – к разгерметизации сооружения.
Нормативными документами [72] к железобетонным резервуарам предъявляются требования первой категории по трещиностойкости, согласно которых в железобетонных конструкциях недопустимо появление трещин при эксплуатации. Поэтому максимальные растягивающие напряжения в железобетонных конструкциях резервуара не должны превышать расчетного сопротивления бетона растяжению.
Анализ влияния остаточного предварительного напряжения кольцевой арматуры на НДС стенки (рис. 5.6) показал, что при уровне остаточного предварительного напряжения кольцевой арматуры ниже 28% от первоначального, в стенке возникают недопустимые растягивающие напряжения. В этом случае необходимо выполнить частичное или полное восстановление предварительного напряжения кольцевой арматурой.
Рассмотрим этапы проектирования металлической водонапорной башни. Техническое задание содержит следующие функциональные требования к объекту: – высота опоры – 18 м; – объем резервуара – 50 м3; – форма опоры – цилиндрическая; – форма резервуара – цилиндрическая; – форма покрытия – коническая; – место строительства – г. Брянск; – тип местности – B; – материал – сталь Ст3сп5 (Ry = 240 МПа, с = 0,8). На основе технического задания из возможного типоразмера [78] выбрана следующая конструкция водонапорной башни (рис. 5.7) с учетом крена На стадии эксплуатации на башню в общем случае действуют следующие нагрузки: собственный вес башни, нагрузка от жидкости, нагрузка от технологического оборудования и лестниц, снеговая нагрузка на покрытие, ветровая нагрузка. Дополнительно при расчете водонапорных башен необходимо учитывать их возможный крен. Появление крена может быть вызвано рядом причин, таких как неточность монтажа, неоднородность основания, воздействие несимметричных нагрузок. При возникновении крена нагрузки от собственного веса конструкций и веса жидкости становятся несимметричными, что неблагоприятно сказывается на работе водонапорной башни. Меняя угол крена башни, выполняем расчет башни по двум схемам: (1) с учетом совместной работы башни с фундаментом (рис. 5.8), (2) с жестким защемлением башни в фундаменте. Учет совместной работы башни с фундаментом позволил уточнить значения максимальных напряжений на 0,7%. Наиболее опасными участками водонапорной башни в стадии эксплуатации являются зона опирания бака на опору и сечение на уровне фундамента водонапорной башни.
