Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние вопроса. постановка задачи исследований 6
1.1. Анализ причин ремонтов резервуаров в ОАО "Сибнефтепровод" 6
1.2. Статистический анализ отклонений наружного контура днища эксплуатируемых резервуаров 12
1.3. Анализ работ, посвященных исследованию осадки оснований резервуаров 44
1.4. Анализ работ, посвященных исследованию напряженно-деформированного состояния резервуаров, имеющих неравномерную осадку 48
1.5. Постановка задачи исследования 54
2. Теоретические исследования напряженно-деформированного состояния вертикальных цилиндрических стальных резервуаров 56
2.1. Обзор методов расчета напряженно-деформированного состояния резервуаров 56
2.2. Напряженно-деформированное состояние стенки резервуара при осесимметричной деформации 57
2.2.1. Совместная работа днища и фундаментного железобетонного кольца 60
2.2.2. Стенка резервуара 64
2.2.3. Совместная работа крыши с опорным кольцом 66
2.2.4. Деформация крыши 72
2.3. Напряженно-деформированное состояние стенки резервуара при неосесимметричной деформации 80
2.4. Определение неравномерной осадки резервуаров, вызывающей неосесимметричную деформацию 99
2.5. Влияние крена на напряженно-деформированное состояние стенки резервуара 107
2.6. Влияние равномерной осадки на напряженно-деформированное состояние стенки резервуара 116
3. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния резервуаров при неравномерных осадках основания 131
3.1. Постановка задачи экспериментальных исследований 131
3.2. Методика проведения эксперимента 138
3.3. Выбор средств измерения с учетом допускаемых погрешностей измерения деформаций 149
3.4. О взаимном влиянии зон "депланации" днища при неравномерных осадках основания резервуаров 159
3.5. Сопоставление результатов экспериментального и теоретического исследований 164
Выводы 175
Литература 177
Приложения 192
- Статистический анализ отклонений наружного контура днища эксплуатируемых резервуаров
- Напряженно-деформированное состояние стенки резервуара при осесимметричной деформации
- Определение неравномерной осадки резервуаров, вызывающей неосесимметричную деформацию
- Выбор средств измерения с учетом допускаемых погрешностей измерения деформаций
Введение к работе
В последнее время возникает проблема старения резервуарных парков. Назначенный ресурс для РВС, установленный разработчиками типовых проектов, составляет от 25 до 30 лет, в зависимости от оборачиваемости. Однако уже сейчас существует значительная часть резервуаров, срок эксплуатации которых превысил нормативный. Так, например, в ОАО «Уралсибнефтепровод», которое является типичным представителем системы трубопроводного транспорта нефти, средний возраст составляет 35 лет. В системе трубопроводного транспорта нефтепродуктов несколько тысяч РВС (около 3000) находится в эксплуатации более 50 лет, около 1000 РВС имеют срок эксплуатации от 40 до 50 лет и свыше 4500 РВС находятся в эксплуатации более 20 лет: [16].
Работа выполнялась на базе ОАО "Сибнефтепровод", которое эксплуатирует нефтепроводы протяженностью около 9618 км, диаметрами 530...1220 мм, 83 нефтеперекачивающие станции (НПС), 18 резервуарных парков общей вместимостью 2,5 млн.м3. Объем перекачиваемой нефти за 1996 г. составил 186,7 млн.т, грузооборот 184,8 млрд. т/км. Срок эксплуатации РВС по ОАО "Сибнефтепровод", также приближается к нормативному. Так в 1997 г. в УМН эксплуатировалось: 13% РВС со сроком до 10 лет, 50% - со сроком 10-20 лет; 34% - со сроком 20-30 лет; 3% - свыше 30 лет.
Согласно классической теории надежности в ближайшее время следует ожидать лавинообразного потока отказов элементов конструкций резервуаров. Анализ технического состояния эксплуатирующихся резервуаров, выполненный ЦНИИ ПСК им. Мельникова, показал, что если не предпринять предупредительных мер, то ОАО "Сибнефтепровод" к 2010 году останется без резервуарного парка.
Для преодоления этой проблемы специалистами предприятия, совместно с АК "Транснефть" разработана программа повышения надежности эксплуатируемых объектов, в том числе резервуаров.
Систематизируя информацию, имеющуюся в научно-технической литературе и собственный опыт выполнения ремонтов [105], можно сделать вывод, что одним из наиболее опасных дефектов, нередко приводящих к разрушению РВС [17,69] является неравномерная осадка наружного контура днища резервуара. До настоящего времени не создано математической теории, достоверно отражающей изменение НДС в стенке РВС при развитии неравномерной осадки. В работе предлагается исследовать НДС стенки резервуара при неравномерных осадках основания с использованием метода интегральных матриц. Отдельно рассматривается взаимодействие корпуса РВС и фундаментного кольца при деформировании наружного контура днища. Большое внимание в работе уделяется экспериментальному подтверждению полученных теоретических выкладок. Выполнен промышленный эксперимент на РВС-20000, разработана нормативная документация.
Статистический анализ отклонений наружного контура днища эксплуатируемых резервуаров
В работах [15,17,86] убедительно доказывается, что неравномерная осадка является одной из основных причин разрушений резервуаров.Накопление и систематизация результатов геодезических обследований РВС, в настоящее время, является одной из наиболее важных задач эксплуатации резервуарных парков. Без создания единой информационно-аналитической базы данных по дефектам трубопроводов и резервуаров нельзя корректно разработать стохастическую модель теории надежности и определить индивидуальный остаточный ресурс эксплуатируемых объектов. Предлагаемые в настоящее время теории по определению индивидуального остаточного ресурса в условиях неполной информации [16] не обладают достаточной для практического применения достоверностью.
Предлагаемый подход к статистической оценке полученных ранее результатов измерений является первым шагом на пути к созданию единой справочно-информационно-аналитической базы данных по дефектам трубопроводов и резервуаров АК «Транснефть».
Статистическая обработка выполнена по методике, предложенной Тарасенко А.А. [86]. Перечень обследованных резервуаров приведен в табл. 1.2.1. С целью увеличения однородности и представительности выборки отклонений, производилась разбивка по группам в зависимости от типа, продолжительности эксплуатации и высоты налива нефти в РВС (табл. 1.2.3 -1.2.4). Резервуары, у которых высота налива меньше 3 м условно отнесены к незаполненным (рис.1.2.1). Общее количество резервуаров приведено на рис.1.2.2. Все резервуары в группах изготовлены из сталей 09Г2С, либо ВСтЗсп.Все используемые результаты обследований наружного контура днища получены по однотипным методикам, изложенным в [62,73,86].
Статистическая обработка выполнялась следующим образом. Весь интервал возможных осадок оснований разбивался на отдельные отрезки с шагом 5 мм. При помощи программы «РВС», разработанной для персонального компьютера, производился расчет частоты попадания w в тот или иной интервал вводимых значений осадок наружного контура днища РВС. После окончания ввода данных подсчитывалось общее количество введенных экспериментальных значений п. Затем рассчитывалась частота попадания в интервал w/и и накопленная частота Zw, которая соответствует вероятности наступления события Рх. Результаты расчета для РВС-20000 приведены в табл.1.2.5. На рис.1.2.3 приводятся гистограммы распределения для пустых и заполненных резервуаров. Однако наиболее наглядную информацию можно получить, построив интегральные кривые распределения случайной величины осадки (рис. 1.2.4). Более точно полученные зависимости называют кривыми распределения плотности вероятности появления осадки ;і ми !!!! !!!!! ! !І ШИНІ ІЇІПІНІІ! Анализируя рис. 1.2.4, можно сделать вывод, что у 73% пустых резервуаров РВС-20000 выполняется требование для любых точек (см.табл. 1.2.6) и только у 38% — для рядом лежащих точек. У заполненных РВС-20000 требования [67] выполняются для 93% и 72%, соответственно.
Как следует из анализа, выполнение комплексной дефектоскопии полностью опорожненного резервуара вызывает необходимость в дополнительных ремонтах, поскольку требования к незаполненным резервуарам намного жестче, чем к заполненным.
Результаты расчетов для других типов РВС приводятся в приложении 1.Ограничения, устанавливаемые [67] для РВС-400, представлены в табл. 1.2.7. Интегральная кривая распределения значений осадки для РВС-400 дается на рис.1.2.5. Рис. 1.2.5. Интегральная кривая распределения значений осадки для РВС-400(1 - требования [67] к отклонениям наружного контура днища для смежных точек; 2 требования [67] к отклонениям наружного контура днища для смежных точек заполненныхрезервуаров ; 3 - требования [67] к отклонениям наружного контура днища для любых точекнезаполненных резервуаров; 4 - требования [67] к отклонениям наружного контура днища длялюбых точек заполненных резервуаров). Наименьшей представительностью пользуется выборка по РВСПК-50000,поэтому выводы, которые можно сделать по табл. 1.2.10 и рис. 1.2.8, имеют низкуюдостоверность.
Далее выполнялось разложение каждой из полученных осадок на составляющие по методике, изложенной в гл.2. Осадка разлагалась на равномерную, неравномерную составляющие и крен резервуара. За показатель неравномерности осадки был выбран параметр, предложенный М.К.Сафаряном. В работе [71] предлагается рассматривать стенку РВС как пластинку (рис.1.2.8).
Для каждого резервуара была выделена максимальная величина h/S. Перечень резервуаров, использованных для статистической обработки составляющих осадки, представлен в табл. 1.2.11.
Результаты расчетов крена и равномерной составляющей приведены на рис.1.2.10-1.2.23.Анализ неравномерной осадки выполнен на рис.1.2.24 - 1.2.30. Результаты анализа по показателю неравномерности осадки сведены в табл.1.2.12. Как следует из табл.1.2.12, до 33% резервуаров имеют показатели неравномерности осадки значительно превышающие критическое значение.эксплуатируемых в Западной Сибири резервуаров и объем выборки является представительным, то достоверность полученных результатов следует признать высокой.
Как было сказано выше, существует серьезная проблема в оценке уровня напряженно-деформированного состояния стенки резервуара при неравномерных осадках основания. Подобная проблема встает при ремонтах более 30% эксплуатируемых в настоящее время резервуаров.
Осадка оснований резервуаров — это неизбежное явление в практике их эксплуатации. Как показывает опыт эксплуатации стальных вертикальных цилиндрических резервуаров, особенно большой вместимости, их неравномерная
Напряженно-деформированное состояние стенки резервуара при осесимметричной деформации
При равномерной осадке резервуара деформация стенки, днища и крыши может рассматриваться как осесимметричная. В этом случае, равновесие стенки-оболочки описывается известным дифференциальным уравнением 4-го порядка вида [77] модуль Юнга; Ът — толщина оболочки; г — радиус срединной поверхности оболочки; р — плотность хранимого продукта; g — ускорение свободного падения; Н — уровень взлива хранимого продукта; ро — избыточное давление в газовом пространстве резервуара; ц — коэффициент Пуассона.
Днище резервуара может быть представлено полоской единичной ширины, вырезанной двумя радиальными плоскостями, то есть в случае осесимметричной деформации, учитывая малость деформации по сравнению с размерами днища, кольцевые усилия в днище считаются настолько малыми, что ими можно пренебречь [71]. Тогда уравнение равновесия днища может быть записано в видеПокрытие, воспринимающее равномерно распределеннуюосесимметричную нагрузку можно расчленить на отдельные плоские арки (для крыш крупных резервуаров) или балки (крыши малых резервуаров РВС-5000 и менее), составленные из пары диаметрально противоположных ребер жесткости несущего каркаса крыши. Каждая арка опирается на опорное кольцо, проходящее вдоль верхнего контура стенки. То есть, принятая расчетная схема покрытия не учитывает деформацию настила и кольцевых связей каркаса жесткости. Отметим, что подобное упрощение расчетной схемы внесет небольшие погрешности в результаты расчета в связи с малостью деформаций крыши по сравнению с ее размерами, кроме того, эти погрешности ведут в сторону увеличения запаса прочности.
Окончательно расчетная схема резервуара представлена следующими элементами:1) железобетонное фундаментное кольцо; 2) днище, опирающееся частично на железобетонное кольцо и частично наупругое основание;3) пояса стенки различной толщины;щ 4) опорное кольцо крыши;5) каркас жесткости крыши.
Усилия в сопряжениях отдельных элементов определяются методом сил, основная система метода сил представлена на рис. 2.2.1.
Условие совместности деформаций элементов приводит к системе (4 х п + 2) линейных алгебраических уравнений, где и — количество поясов стенки резервуара.Рассмотрим деформации каждого элемента.
Нижеприведенные уравнения деформации днища основаны на следующих допущениях:- днище не связано с фундаментным кольцом, то есть свободно опирается на фундаментное кольцо;- фундаментное кольцо упругое в кольцевом направлении, осесимметрично нагруженное и лежит на сплошном однородном упругом винклеровском основании;- радиальное сечение кольца не деформируется;- взаимодействие кольца с днищем рассматривается в недеформированном состоянии. Расчетная схема днища резервуара с фундаментным кольцом показана нарис. 2.2.2. 1) полубесконечная полоска единичной ширины, вырезанная из днища двумя радиальными плоскостями, нагружена на расстоянии с от конца сосредоточенным моментом U и равномерно распределенной нагрузкой q от собственного веса полоски.
Здесь следует отметить, что для определения неизвестных усилий в узле сопряжения стенки резервуара с днищем принцип независимости действия сил, а следовательно, и метод сил, неприменимы, поскольку перемещение днища связано с усилиями нелинейно (2.2.10). Определение неизвестных усилий в этом случае можно вести последовательным приближением, задаваясь изгибающим моментом М и добиваясь выполнения условиягде (рА = (pj + Ф2„ — угол поворота днища в узле сопряжения со стенкой; рот — угол поворота стенки в том же узле от действия всех усилий, включая и внешнюю нагрузку.
Стенка резервуара представляет собой круглоцилиндрическую замкнутую оболочку со ступенчато (по поясам) меняющейся толщиной (см. рис.2.2.1). В этом случае решение уравнения (2.2.1) следует искать для каждого пояса отдельно, определяя постоянные интегрирования из условия совместности деформации всех поясов. Удобнее искать решение уравнения (2.2.1) для /-го пояса через начальные параметры
Уравнения (2.2.14) записаны для случая, когда каждый пояс расположен в своей системе координат, то есть начало координат для каждого пояса располагается в левом конце образующей данного пояса, а ось радиальных смещений направлена к центру резервуара.
Неизвестные начальные параметры должны удовлетворять условию совместности деформаций поясов в узлах их стыковки, которое выражается четырьмя равенствами
Для первого пояса начало координат совпадает с узлом сопряжения стенки с днищем, поэтому можем записать w0l = 0, w0l = (рЛ (2.2.13), имея в виду, что жесткость днища в радиальном направлении настолько велика, что его радиальными деформациями можно пренебречь.
Для «-го пояса стенки (верхнего) должно рассматриваться условие совместимости деформаций с опорным кольцом стенки.
При рассмотрении деформаций опорного кольца примем следующее упрощающее допущение: усилие, передаваемое через радиальные ребра жесткости каркаса крыши, рассматривается непрерывно равномерно распределенным, то есть на опорное кольцо крыши действуют равномерно распределенные распор Xj (см. рис.2.2.1) и опорный момент Хз арок, образованных парой диаметрально противоположных радиальных ребер жесткости со стороны крыши и поперечная сила Xi и изгибающий момент Л-, со стороны верхнего пояса стенки (см. рис.2.2.3).Рис. 2.2.3. Основная система метода сил узла сопряжения стенки РВС с крышей.Итак, узел сопряжения стенки резервуара с крышей представляет собой четырежды статически неопределимую систему. Система канонических уравнений метода сил будет записана в виде коэффициенты системы (2.2.16) 5ц, дп, ... , 644 — единичные перемещения системы представляют собой суммы соответствующих перемещений стенки, опорного кольца и арок каркаса жесткости крыши грузовые члены системы (2.2.16) Aiq, ... , A4q — перемещения системы от внешней нагрузки, также представляют собой суммыможно исключить из рассмотрения. Такие члены какявно являются нулевыми по их физическому смыслу.Рассмотрим перемещения связанные с деформацией опорного кольца крыши. Рис. 2.2.4. Схема к определению главных осей опорного кольца крыши РВС.Действие силы Хз вызывает крутящий момент равный Xi хс (см. рис.2.2.4), где хс, уис — координаты центра тяжести. Равномерно распределенный по окружности радиусом гк крутящий момент связан с кольцевым изгибающим моментом по формулегде гк — радиус окружности, проходящей через центр тяжести.Действие изгибающего момента А/ю создает в опорном кольце изгибные напряжения равныегде z, (о — главные оси инерции опорного кольца; /ш — момент инерции сечения опорного кольца относительно главной оси ю.
Определение неравномерной осадки резервуаров, вызывающей неосесимметричную деформацию
Неравномерная осадка по площади днища оказывает существенное влияние на напряженно-деформированное состояние конструктивных элементов, а следовательно, и на эксплуатационную надежность всего резервуара в целом. В мировой практике эксплуатации известны случаи разрушения резервуаров, вызванные неравномерными осадками основания [80]. Примеров таких случаев можно привести много, они описаны в работах [17,42,80,119], общей особенностью этих случаев является то, что большие локальные осадки основания привели к разрыву днища резервуара. Здесь уместно будет отметить, что совершенствование конструкции фундаментов резервуаров сильно отстает от развития конструкций самих резервуаров. С увеличением вместимости резервуаров, от 100 (максимум 5000 м3) в 50-х годах до 30000-50000 м3 в 70-х, конструкции фундаментов не претерпели существенных изменений, за исключением гибкого железобетонного кольца, укладываемого под узел сопряжения стенки резервуара с днищем. Фундаменты таких ответственных сооружений, как стальные вертикальные цилиндрические резервуары, остаются насыпными грунтовыми, которые не только не могут предотвратить развитие неравномерной осадки основания, но и сами нередко являются источниками развития неравномерной осадки, например, при изменении гидрогеологических условий площадки.
В этих условиях, для обеспечения эксплуатационной надежности резервуаров, необходимо вести постоянное наблюдение за развитием осадки основания в течение всего срока эксплуатации, начиная с момента гидравлического испытания.
С увеличением вместимости резервуаров явление развития неравномерных осадок их оснований стало приобретать все более заметную роль и привлекло внимание ученых. Исследованию осадки резервуаров в процессе гидравлического испытания посвящены работы В.Б.Галеева [17], В.А.Буренина [15], Hanslo S.[127], Darrach R. D. [120], De Beer E. E. [121], В. В. Любушкина [54]. Большинство работ посвящено исследованию развития осадки резервуаров в процессе эксплуатации. В работах [6,14,26] рассматриваются результаты натурных наблюдений за осадкой резервуаров, построенных в различных грунтовых условиях, и предлагается терминология по определению отдельных видов и классификация осадки. П. П. Бородавкин в [14] предлагает подразделять осадку резервуаров на периферийную, диаметральную и в виде развала. Примерно такая же классификация предлагается в работах [27,119,133]. В [12] приводятся статистические данные о величине неравномерных осадок для разных резервуаров, однако четкого определения неравномерных осадок нет.
В работе [60] предлагается классифицировать осадку неоднородного основания резервуара на следующие:1) неравномерную по периметру (крен с ровным и неровным пкатом);2) неравномерную в радиальном направлении — радиальную осадку, имеющую чашеобразный характер;3) локальные — впадины и выпуклости по площади днища.
Розенберг П. и Джоурникс Н. в [131] предлагают ориентировочные предельные критерии для оценки вероятности возникновения повреждения емкостей. Ими предлагаются следующие предельные значения угловых деформаций основания: для местных просадок вблизи стенки 1:20; для разности осадки основания под стенкой и в центре днища 1:45; для крена 1:450.
В работах [15,54] установлено количественное и качественное соотношение различных видов осадок (равномерная, крен, неравномерная), влияние грунтовых условий на величину и характер развития осадок во времени по данным многолетних наблюдений над более чем 250 резервуаров. В качестве критерия неравномерности осадки приняты величины амплитуд гармоник, получающихся при разложении профиля наружного контура в тригонометрические ряды. Установлено, что влияние грунтовых условий сказывается лишь на осадке типа "крен", неравномерные же осадки практически от фунтовых условий не зависят.
Слепнев ИВ. в [76] предлагает раздельно учитывать осадку резервуара в процессе монтажа и в процессе эксплуатации, а в качестве определяющей напряженно-деформированное состояние резервуара принимать разницу между осадками, замеренными в рассматриваемый момент, и в момент окончания монтажа.
Галеев В.Б. в [17] и Буренин В.А. [15], а позднее и Слепнев И.В. в [76] предложили различать осадку равномерную (одинаковую во всех точках днища); крен (плоский наклон днища); неравномерную, оказывающую основное влияние на деформации стенки резервуара. Такая классификация применима лишь к периферийной части днища, да и предложена она была в результате поиска математического описания граничных условий при решении задачи напряженно-деформированного состояния стенки как круглоцилиндрической оболочки вращения. Авторами предложены различные методики разложения осадки на указанные выше виды. В работах [17] и [15] результаты замеров осадки окрайки днища аппроксимируются тригонометрическим полиномом и используя Фурье 48 анализ выделяются равномерная, крен и неравномерная осадки, как, соответственно, нулевая, первая, вторая и выше гармоники. Применение тригонометрического полинома оправдывается авторами необходимостью сглаживания "шума" эксперимента, хотя такой подход на наш взгляд некорректен. В результате авторы предлагают довольно громоздкий математический аппарат, сложный для практического применения и весьма приближенно описывающий осадку периферийной части резервуара.
Более простую методику разложения осадки резервуара на составляющие предлагает Слепнев ИВ. в [76]. Он предлагает представить замеренную величину осадки в виде суммы трех составляющих равномерной, крена и неравномерной. Далее, описывая крен через углы поворота относительно центральных осей днища, определяет параметры модели (равномерную осадку и углы поворота плоскости днища при крене) с использованием метода наименьших квадратов. В результате получает довольно простую и удобную для практического применения формулу, описывающую осадку периферийной части резервуара. Однако некоторые неточности, допущенные автором при решении разрешающих уравнений метода наименьших квадратов, привели к выведению ошибочной формулы.
Как показывает приведенный выше краткий обзор и анализ работ, посвященных исследованию осадки оснований резервуаров, существующие ныне классификации являются довольно полными, однако методики выделения осадок отдельных видов из общей осадки требуют уточнения.
Выбор средств измерения с учетом допускаемых погрешностей измерения деформаций
Об осадке резервуара принято судить, в основном [63], по результатам нивелирования окрайки днища. При этом измерения высотных отметок следует выполнять, согласно нормативным документам [63], относительно внешнего репера, расположенного на достаточном удалении, чтобы исключить взаимное влияние. Однако исходной информацией, по которой судят о состоянии резервуара, являются относительные отметки ряда равноотстоящих точек на окрайке днища, поскольку те же нормативные документы накладывают ограничения на величины превышений вертикальных отметок в соседних или диаметрально противоположных точках. Таким образом, уже на стадии подготовки исходной информации об осадке резервуара по результатам нивелирования, равномерная осадка исключается из рассмотрения.
Равномерная осадка резервуара не оказывает никакого влияния на выбор граничных условий при решении задачи НДС резервуара в той постановке, в которой мы здесь рассматриваем, она оказывает влияние на распределениенапряжений в узле сопряжения стенки с технологическими трубопроводами, но этот вопрос является предметом отдельных исследований.
Вопрос представления граничных условий задачи НДС резервуаров по результатам нивелирования рассматривался многими исследователями. Особо следует отметить работы УНИ (Галеев В.Б., Буренин В.А., Любушкин ВВ., Иштиряков М.С. и так далее). В указанных работах анализ результатов нивелирования выполняется путем разложения таблично заданной функции, описывающей профиль развертки нижней кромки стенки резервуара, в тригонометрические ряды. Используя теорию рядов Фурье, осадки подразделяются на три вида:- равномерную — нулевая гармоника;- крен — первая гармоника;- неравномерная — вторая и более высокие гармоники.
Такой подход к интерпретации осадки резервуаров удобен в том случае, если решение системы дифференциальных уравнений (2.3.1) равновесия оболочки выполняется путем разложения составляющих смещения оболочки и, v, и» в ряды Фурье. Но он сопряжен с трудоемким, а часто и невыполнимым, процессом ручного подбора коэффициентов Фурье. Это касается особенно высших гармоник.
Использование метода интегральной матрицы, также как и метода конечных элементов, освобождает нас от подобного недостатка. Поэтому нам удобнее воспользоваться методом наименьших квадратов, для выделения составляющих осадки [76]. Слепнев ИВ. предложил рассматривать осадку резервуара в виде суммыгде Sj — высотная отметка у-той точки окрайки днища резервуара; ир — равномерная осадка; щ — часть осадки в /той точке, связанная с креном; и, — часть неравномерной осадки в у-той точке, которая и будет представлять граничные условия (2.3.15).
Считая, что ир — равномерная осадка исключается в ходе подготовки исходной информации, то есть рассматриваются лишь относительные &Sj = Sj - и отметки окрайки, запишем (2.4.1) в виде
Далее рассматривая крен, как поворот недеформированного резервуара относительно центральных осей днища хиуна углы ф, и фу, сопровождающийся осадкой центра плоского днища запишем смещениеу -той точки от крена того, принятие смещения центра днища за среднее арифметическое ,.1-іотносительных отметок окрайки [76], то есть ию=— , как показаличисленные расчеты, не является лучшим решением.
Решение системы уравнений (2.4.5) позволит найти часть смещений, вызванных креном, обладающую наибольшей вероятностью. Из первого Крен резервуара сопровождается перераспределением внешней нагрузки и если при равномерной осадке кольцевая составляющая нагрузки отсутствует (если не учитывать ветровую), то при крене появляются дополнительные радиальная и кольцевая составляющие.
При крене вектор сил собственного веса оболочки-стенки Qa отклоняется на угол крена qv. Запишем проекции вектора Qce на оси х и z (рис.2.5.1) С целью оценки влияния крена резервуара на его НДС были выполнены численные расчеты по приведенной выше методике (см. параграф 2.3) с учетом (2.5.1 - 2.5.8). Расчеты выполнялись для пустого и полностью заполненного РВС-20000 при различных значениях крена. Некоторые результаты расчетов приведены ниже в виде графиков зависимости напряжений, развивающихся в стенке резервуара, от величины крена. Под величиной крена здесь следует понимать разность вертикальных отметок двух диаметрально противоположных точек выступа окрайки днища. Как видно из рисунков, эквивалентные напряжения в стенке резервуара линейно возрастают с ростом крена, причем со стороны, совпадающей с направлением крена рост напряжений наблюдается более интенсивный. Однако, отмеченный рост напряжений настолько мал, что влиянием крена в инженерных расчетах можно пренебречь. Действительно, при достижении крена 0,25 м рост эквивалентных напряжений в нижних поясах стенки, как наиболее напряженных, составляет не более 3 %.
Как уже отмечалось в параграфе 2.4 настоящей главы, равномерная осадка вызывает осесимметричную деформацию резервуара за исключением узла сопряжения с технологическими трубопроводами. Однако, как будет показано дальше, это исключение весьма условное, так как местное воздействие на упругую оболочку-стенку резервуара вызывает глобальный отклик.
Равномерная осадка резервуара вызовет изгиб подводящих трубопроводов, а также неосесимметричную деформацию стенки резервуара при жестком их сопряжении. Здесь следует отметить, что жесткое сопряжение технологических (подводящих) трубопроводов со стенкой резервуара вызывает неосесимметричную деформацию последней даже при полном отсутствии каких-либо осадок.
С целью оценки влияния жесткого сопряжения технологических трубопроводов со стенкой резервуара на деформацию элементов резервуара рассмотрим задачу изгиба длинной оболочки под воздействием сосредоточенной радиально направленной силы.Представим стенку резервуара в виде системы бесконечного множества взаимосвязанных круговых колец, нагруженных элементарной нагрузкой в плоскости кольца.
