Расчет элементов опоры колонных аппаратов.

Конструктивные элементы опор колонных аппаратов показаны на рисунке 8.6.

Расчет проводится для рабочих условий и для условий гидравлического испытания колонны. Используются расчетные нагрузки в трех сечениях опоры:

х—х — в основании опоры;

у—у — в месте сварного соединения опоры с корпусом аппарата;

z— z — по центрам отверстий в опоре.

На опору действуют: Р = G — осевая сжимающая нагрузка от силы тяжести аппарата и среды, вспомогательных устройств, установленных на колонне, изоляции; М — суммарный изгибающий момент от ветровой и сейсмической нагрузок и от эксцентрично приложенных к оси аппарата сил тяжести отдельных внутренних и внешних устройств. Определение Р и М см. в СТ СЭВ 1644—79 (ГОСТ 24756—81).

Расчетная температура в опорной обечайке определяется из условия

где Δt - перепад температуры вдоль опорной обечайки, определяемый по рисунку 8.7;

t_K — расчетная температура нижнего днища аппарата.

Обечайка опоры.

Прочность сварного соединения опоры с корпусом определяется условием

где — максимальный изгибающий момент в сечении у—у;

— осевая сжимающая сила в условиях гидравлического испытания аппарата;

—расчетная толщина сварного шва;

— допускаемое напряжение для материала опоры;

— допускаемое напряжение для материала корпуса аппарата;

— коэффициент прочности сварного шва. Для сварного шва, показанного на выносном узле I (см. рисунок 8.6), = 0,7.

Показанная на выносном узле I конструкция соединения опорной обечайки с корпусом недостаточно надежна, так как сварной шов не может быть выполнен двусторонним и качество исполнения не может быть проверено рентгеноскопией из-за малого острого угла между обечайкой и днищем. Для колонных аппаратов с соотношением H/D > 20 рекомендуется конструкция соединения опоры с корпусом с использованием горообразного перехода (вариант узла I на рисунке 8.6), при котором угол между днищем и обечайкой должен составлять 60—90°. Это решение обеспечивает возможность качественного выполнения двустороннего сварного шва и его рентгеноскопический контроль. Для такой конструкции = 1.

Прочность и устойчивость обечайки опоры в сечении z—z, проходящем по центру наибольшего отверстия в опоре, определяется условием

где — максимальный изгибающий момента сечении z—z;

— осевая сжимающая сила в том же сечении в условиях гидравлического испытания;

—коэффициенты, определяемые по рисунку 8.8;

[Р] и [М] — допускаемые осевая сила и изгибающий момент.

Если в сечении z—z имеется несколько отверстий, то расчет ведут для наибольшего из них при условии, что для остальных отверстий > 0,95 и > 0,95. Если для остальных отверстий <0,95 и <0,95, то принимают:

где — площадь наиболее ослабленного поперечного сечения обечайки опоры;

W— наименьший момент сопротивления того же сечения;

— эксцентриситет центра тяжести того же сечения.

Если в зоне отверстий обечайки опоры имеется кольцевой сварной шов, то проверяется его прочность по условию

где — коэффициент прочности кольцевого сварного шва;

— коэффициенты, определяемые по рисунку 8.8. Если кольцевой шов находится вне зоны отверстий, то .

Нижнее опорное кольцо.

Ширина кольца (см. рисунок 8.6) устанавливается конструктивно и должна удовлетворять условию

Выступающая наружу от обечайки опоры ширина кольца принимается из соотношения

где — внутренний диаметр резьбы анкерной шпильки.

Напряжение сжатия в бетоне определяется по формуле:

Прочность сварного соединения опорного кольца с обечайкой опоры в исполнении 4 опорного узда (см. рисунок 8.6) проверяется по условию

где —расчетный катет сварного шва.

Для опорных узлов исполнения 1,2 и 3 (рисунок 8.6) проверка прочности данного сварного соединения не производится.

Толщина нижнего опорного кольца

Где — коэффициент для опорного узла исполнения 4 (рисунок 8.6) = 1; для опорных узлов исполнения 1,2 и 3 (рисунок 8.6) по рисунок 8.9 в зависимости от параметра .

Для кольца опорного узла исполнения 4 толщина s дополнительно должна быть проверена на условие

Если получится , то опорный узел исполнения 4 неприменим.

Толщина верхнего кольца в опорных узлах исполнения 1,2 и 3 определяется по формуле:

где — коэффициент, определяемый по рисунку 8.9 в зависимости от параметра ;

e₁ — диаметр окружности, вписанной в шестигранник гайки анкерной шпильки.

Рисунок 8.8 - Графики для определения коэффициентов

Рисунок 8.9 - График для определения коэффициента

Рисунок 8.10 - График для определения коэффициента

Толщина ребра

где = 2 для опорных узлов исполнений 1 и 3; = 1 для опорного узла исполнения 2.

Для конструкции ребер с соотношением > 20 их необходимо дополнительно проверять на устойчивость.

Напряжение изгиба в обечайке опоры от действия верхнего кольца должно удовлетворять условию

где — коэффициент, определяемый по рисунку 8.11;

— предельное напряжение изгиба в обечайке опоры, определяемое по формуле

Здесь К₂₁ = 1,2 для рабочих условий и К₂₁ = 1,0 для условий монтажа и гидравлического испытания аппарата, п_T — коэффициент запаса прочности по отношению к пределу текучести материала обечайки опоры, К₂₀ — коэффициент, определяемый по рисунку 8.12 в зависимости от параметра ϑ.

где — коэффициент прочности сварного шва обечайки, расположенного в области опорного узла.

Если будет получено , рекомендуется применять конструкции нижнего опорного узла исполнений 2 или 3 .

Высота нижнего опорного узла исполнений 2 и З при ,

где

при этом рекомендуется принимать

Рисунок 8.11 - График для определения коэффициента χ₄(для опорных узлов исполнения 2 — см рисунок 8.6 — вместо b4 принимают b₆, а исполнения 3 - сумму b₆ + b₇)

Рисунок 8.12 - График для определения коэффициента К₂₀

Анкерные шпильки.

Число анкерных шпилек устанавливается конструктивно и может составлять 4, 6, 8, 10, 12 и далее кратно четырем.

Внутренний диаметр резьбы шпильки

Если > 1 ,то в зависимости от диаметра аппарата D принимают:

Приведенные значения и являются наименьшими для указанных диаметров колонных аппаратов, если даже диаметр шпилек окажется меньше.

Расчетный изгибающий момент при расчете анкерных шпилек :

а) в районах с сейсмичностью не более 7 балов

б) в районах с сейсмичностью более 7 балов

где – расчетные нагрузки (см. СТ СЭВ 1644-79).