Расчет опор колонных аппаратов на ветровую нагрузку и сейсмическое воздействие
ГОСТ 25757-81 [9] устанавливает метод определения расчетных усилий, возникающих в элементах аппаратов колонного типа постоянного и переменного сечения по высоте от ветровых нагрузок и сейсмических воздействий.
Сочетание нагрузок при различном состоянии аппаратов колонного типа (монтаж испытание, эксплуатация) - по ГОСТ 14249-80.
Область применения расчетных формул.
Расчету на ветровую нагрузку подлежат все колонные аппараты, устанавливаемые на открытой площадке, если их высота Н>10 м при Н≥1,5Dmin , а также если Н< 10 м, но H > Dmin , где Dmin — наименьший из наружных диаметров аппарата. Расчет проводится отдельно на рабочие условия, условия испытания и условия монтажа.
Расчетная схема аппарата принимается в виде консольного упругого защемленного стержня (рисунок 10.1).
Аппарат по высоте H разбивают на z участков.
а — схема аппарата; б — схема ветровых нагрузок; в — эпюра изгибающих моментов от сейсмических воздействий
Рисунок 10.1 - Расчетная схема колонного аппарата при определении ветровых нагрузок и сейсмических воздействий.
При этом и во всех случаях высота участка м (рисунок 10.1,б).
Силу тяжести каждого участка принимают сосредоточенной в середине участка.
Ветровую нагрузку, действующую по высоте аппарата, заменяют сосредоточенными силами Q1 действующими в горизонтальном направлении и приложенными в серединах участков.
Сейсмические силы прикладываются также горизонтально в серединах участков.
Определение периода собственных колебаний.
Период основного тона собственных колебаний аппарата постоянного сечения с приблизительно равномерно распределенной по высоте массой, с
Здесь J— момент инерции верхней части основного металлического сечения аппарата относительно центральной оси, м4;
JF — минимальный момент инерции площади подошвы фундамента, м4;
СF — коэффициент неравномерности сжатия грунта, Н/м3, определяемый по данным инженерной геологии (при отсутствии таких данных СF выбирают по табл. 11);
T0 — величина, определяемая по формуле:
где m — общая масса аппарата.
Таблица 11-Коэффициент неравномерности сжатия грунта
Грунт | Коэффициент неравномерности сжатия грунта, МН/м3 |
Слабые грунты (материалы и шлам в пластичном состоянии, пылевой песок в состоянии средней плотности) | |
Грунты средней плотности (материалы и шлам на границе течения, песок средней плотности) | 60 - 100 |
Плотные грунты (твердый глинистый шлам, гравий и гравийный песок, плотный лес) | 100 - 200 |
Скальные грунты | |
Примечание. Данные, приведенные в таблице 1, относятся к опорной площадке более 10 м2. При меньшей площади значения, указанные в табл.1, необходимо умножить на 3.2/FF , где FF - площадь бетонного фундамента, м2. |
При отсутствии данных о фундаменте в первом приближении допускается принимать .
Период основного тона собственных колебаний аппарата переменного сечения (по диаметру и толщине стенки корпуса), с
Здесь — момент инерции площади поперечного сечения части аппарата диаметром D1 и высотой H1 (см. рисунок 10.1,а);
— относительное перемещение центров тяжести участков, 1/(Н•м)
где — коэффициент, определяемый по рисунку 10.2;
Рисунок 10.2 - График для определения коэффициента
расстояние от поверхности земли до центра тяжести рассматриваемого i-го участка (см. рисунок 10,1,б). Коэффициент , определяют по следующей формуле:
где H1, H2, H3, J1, J3 —высоты и моменты инерции площади поперечного сечения частей аппарата (см. рис. 10.1,а);
— коэффициенты, определяемые по рисунку 10.3 или вычисляемые по формулам:
Для аппаратов с двумя переменными жесткостями J1 и J2 в формулах следует принимать H3 = 0, то же при определении коэффициентов по рисунку 10.3.
Рисунок 10.3 - Графики для определения коэффициентов
Рисунок 10.4 - График для определения коэффициента
Общий период колебаний для групп аппаратов, установленных на общем фундаменте и жестко связанных в горизонтальном направлении площадками для обслуживания, с
где Gn— вес n-го аппарата;
Hn— высота n-гo аппарата;
N— число аппаратов.
Определение изгибающего момента от ветровой нагрузки.
Изгибающий момент от ветровой нагрузки в расчетном сечении аппарата на высоте x0 от поверхности земли (см. рисунок 10.1,б)
где n – число участков аппарата над расчетным сечением;
m— число площадок над расчетным сечением аппарата;
—изгибающий момент от действия ветра на j-ю обслуживающую площадку, расположенную на высоте x0, Н•м.
Ветровая нагрузка на i-м участке аппарата
где , — статическая и динамическая составляющие ветровой нагрузки на i-м участке:
Здесь — наружный диаметр i-гo участка аппарата (если имеется изоляция, то наружный диаметр изоляции);
— нормативное значение статической составляющей ветровой нагрузки на середине i-го участка, Па.
где q0 — нормативный скоростной напор ветра на высоте 10 м над поверхностью земли (табл. 12);
— коэффициент, учитывающий изменение скоростного напора ветра по высоте аппарата (рисунок 10.4);
К — аэродинамический коэффициент (табл. 13).
На рисунке 10.5 приведена карта стран СНГ с указанием границ географических районов для определения скоростных напоров и сейсмическихрайонов.
Таблица 12 Нормативный скоростной напор ветра
Районирование территории СНГ по скоростным напорам ветра | ||||||||
Cкоростной напор ветра q0, Па (кгс/м2) | (27) | (35) | (45) | (55) | (70) | (85) | (100) |
Примечание: Район установки аппарата определяет заказчик в техническом задании.
Круговой цилиндр | Площадка* (общая площадь) | Площадка** (отдельный профиль) |
граница географического района; О —города; 11111 — граница сейсмического района.
Рисунок 10.5 - Карта СНГ с указанием географических районов для определения скоростных напоров ветра (римскими цифрами указаны географические районы)
Таблица 14 Коэффициент ν пульсации скорости ветра
| Высота аппарата Н, м | ||
До 45 | |||
0,05 0,1 0,2 | 0,7 - - | 0,65 0,75 - | 0,6 0,65 0,75 |
Примечание. Промежуточные значения коэффициента в таблицах определяют линейной интерполяцией.
Рисунок 10.6 - График для определения коэффициента динамичности 𝝃
Рисунок 10.7 - График для определения коэффициентов пульсации
V —коэффициент, учитывающий пульсацию скорости ветра, определяемый по табл. 14 в зависимости от безразмерного параметра
𝝃—коэффициент динамичности при ветровой нагрузке, определяемый в зависимости от безразмерного параметра по рисунку 10.5;
— приведенное относительное ускорение центра тяжести i-го участка,
где - относительные перемещения центра тяжести i-го и k-го участков при основном тоне колебаний;
— сила тяжести k-гo участка;
— коэффициент пульсации скоростного напора ветра для середины k-гo участка, принимаемый по рисунку 10.6.
Изгибающий момент в расчетном сечении аппарата (на высоте x0 — см. рисунок 10.1,б) от действия ветра на j-ю площадку для обслуживания рассчитывается по формуле:
где — коэффициент, учитывающий изменение скоростного напора ветра по высоте аппарата (см. рисунок 10.4);
— коэффициент пульсации (см. рисунок 10.6);
— коэффициент определяемый по рисунку 10.7;
— сумма площадок проекций профилей j-й площадки на вертикальную плоскость.
При отсутствии данных о форме площадки для обслуживания аппарата изгибающий момент определяют по формуле:
где — площадь проекции участка аппарата в месте расположения площадки, включая последнюю, на вертикальную плоскость.
Определение расчетных усилий от сейсмических воздействий.
Расчету на сейсмические воздействия подлежат все вертикальные аппараты, устанавливаемые в районах с сейсмичностью не менее 7 баллов (по 12-балльной шкале), независимо от того, находятся они в помещении или на открытой площадке.
Таблица 15 Сейсмический коэффициент Кs
Расчетная сейсмичность, баллы | |||
Значение сейсмического коэффициента для средних грунтов | 0.25 | 0.050 | 0.100 |
Рисунок 10.8 - График для определения коэффициента
Рисунок 10.9 - График для определения коэффициента динамичности
Рисунок 10.10 - График для определения коэффициента
Расчетную сейсмическую силу в середине i-го участка для первой формы колебаний аппарата определяют по формуле:
где — сейсмический коэффициент (табл. 20);
— коэффициент динамичности при сейсмической нагрузке (рисунок 10.9);
— коэффициенты.
Максимальный изгибающий момент от сейсмических воздействий в нижнем сечении аппарата при учете только первой формы колебаний
Расчетный изгибающий момент МsR в сечении аппарата на расстоянии x0 от поверхности земли с учетом влияния высших форм колебаний определяется в зависимости от Мs.max по эпюре изгибающих моментов (см. рисунок 10.1,в)
При отсутствии данных о фундаменте аппаратов постоянного сечения с приблизительно равномерно распределенной по высоте массой допускается расчетный изгибающий момент в сечении определять по формуле:
где Сx —коэффициент, определяемый по рисунку 10.10.
Дата добавления: 2016-05-31; просмотров: 4183;