Научная статья на тему 'АНАЛИЗ ПРОЧНОСТИ РЕБРИСТО-КОЛЬЦЕВОЙ КУПОЛЬНОЙ КРЫШИ РЕЗЕРВУАРА С УЧЕТОМ ФИЗИЧЕСКОЙ НЕЛИНЕЙНОСТИ МЕТАЛЛА'

АНАЛИЗ ПРОЧНОСТИ РЕБРИСТО-КОЛЬЦЕВОЙ КУПОЛЬНОЙ КРЫШИ РЕЗЕРВУАРА С УЧЕТОМ ФИЗИЧЕСКОЙ НЕЛИНЕЙНОСТИ МЕТАЛЛА Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
97
10
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
купольная крыша резервуара / подвесная крыша / методика линейного и нелинейного расчета крыши резервуара / SCAD Office / остаточные напряжения / dome roof of the tank / suspended roof / method of linear and nonlinear calculation of the tank roof / SCAD Office / residual stresses

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Кардапольцев Андрей Владимирович, Каравайченко Михаил Георгиевич, Кантемиров Игорь Финсурович

В статье уточняется методика линейного и нелинейного расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) с учетом остаточных напряжений ребристо-кольцевой купольной крыши в программном комплексе SCAD Office для резервуара объемом 50 000 м3 для хранения сжиженного природного газа, исследовано влияние остаточных напряжений на НДС в купольной крыше. Установлено, что в несущих балках остаточные напряжения после деформации под радиус купола составляют 40 МПа. Прирост главных эквивалентных напряжений в нелинейном расчете относительно линейного составляет 17% (31 МПа), перемещения возросли на 18% (13 мм). Расчет купольных крыш вертикальных стальных резервуаров рекомендовано производить в линейной и нелинейной постановке задачи с учетом остаточных напряжений.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Кардапольцев Андрей Владимирович, Каравайченко Михаил Георгиевич, Кантемиров Игорь Финсурович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

NUMERICAL SIMULATION OF THE RIBBED-RING DOME ROOF OF A TANK, TAKING INTO ACCOUNT THE PHYSICAL NONLINEARITY

The article clarifies the method of linear and nonlinear calculation of VAT taking into account the residual stresses of the ribbed-ring dome roof in the SCAD Office software package for a 50 000 m3 tank for storing liquefied natural gas (LNG), and studies the effect of residual stresses on the stress-strain state in the dome roof. It is established that in the load-bearing beams, the residual stresses after deformation under the radius of the dome are 40 MPa. The increase in the main equivalent stresses in the nonlinear calculation relative to the linear one is 17% (31 MPa), the displacements increased by 18% (13 mm). When calculating the domed roofs of vertical steel tanks, it is recommended to perform the calculation in a linear and nonlinear formulation of the problem, taking into account the residual stresses.

Текст научной работы на тему «АНАЛИЗ ПРОЧНОСТИ РЕБРИСТО-КОЛЬЦЕВОЙ КУПОЛЬНОЙ КРЫШИ РЕЗЕРВУАРА С УЧЕТОМ ФИЗИЧЕСКОЙ НЕЛИНЕЙНОСТИ МЕТАЛЛА»

УДК 624.953

https://doi.org/10.24412/0131-4270-2021-5-6-37-43

АНАЛИЗ ПРОЧНОСТИ РЕБРИСТО-КОЛЬЦЕВОЙ КУПОЛЬНОЙ КРЫШИ РЕЗЕРВУАРА С УЧЕТОМ ФИЗИЧЕСКОЙ НЕЛИНЕЙНОСТИ МЕТАЛЛА

NUMERICAL SIMULATION OF THE RIBBED-RING DOME ROOF OF A TANK, TAKING INTO ACCOUNT THE PHYSICAL NONLINEARITY

Кардапольцев А.В., Каравайченко М.Г., Кантемиров И.Ф.

Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450062, г. Уфа, Россия ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9856-2164, E-mail: tens30071997@yandex.ru

ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1709-1717, E-mail: kmgnmd@yandex.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2205-7433, E-mail: ikant@mail.ru

Резюме: В статье уточняется методика линейного и нелинейного расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) с учетом остаточных напряжений ребристо-кольцевой купольной крыши в программном комплексе SCAD Office для резервуара объемом 50 000 м3 для хранения сжиженного природного газа, исследовано влияние остаточных напряжений на НДС в купольной крыше. Установлено, что в несущих балках остаточные напряжения после деформации под радиус купола составляют 40 МПа. Прирост главных эквивалентных напряжений в нелинейном расчете относительно линейного составляет 17% (31 МПа), перемещения возросли на 18% (13 мм). Расчет купольных крыш вертикальных стальных резервуаров рекомендовано производить в линейной и нелинейной постановке задачи с учетом остаточных напряжений.

Ключевые слова: купольная крыша резервуара, подвесная крыша, методика линейного и нелинейного расчета крыши резервуара, SCAD Office, остаточные напряжения.

Для цитирования: Кардапольцев А.В., Каравайченко М.Г., Кантемиров И.Ф. Анализ прочности ребристо-кольцевой купольной крыши резервуара с учетом физической нелинейности металла // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2021. № 5-6. С. 37-43.

DOI:10.24412/0131-4270-2021-5-6-37-43

Andrey V. Kardapoltsev, Mikhail G. Karavaychenko, Igor F. Kantemirov

Ufa State Petroleum Technological University, 450062, Ufa, Russia ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9856-2164, E-mail: tens30071997@ yandex.ru,

ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1709-1717, E-mail: kmgnmd@yandex.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2205-7433, E-mail: ikant@mail.ru

Abstract: The article clarifies the method of linear and nonlinear calculation of VAT taking into account the residual stresses of the ribbed-ring dome roof in the SCAD Office software package for a 50 000 m3 tank for storing liquefied natural gas (LNG), and studies the effect of residual stresses on the stress-strain state in the dome roof. It is established that in the load-bearing beams, the residual stresses after deformation under the radius of the dome are 40 MPa. The increase in the main equivalent stresses in the nonlinear calculation relative to the linear one is 17% (31 MPa), the displacements increased by 18% (13 mm). When calculating the domed roofs of vertical steel tanks, it is recommended to perform the calculation in a linear and nonlinear formulation of the problem, taking into account the residual stresses.

Keywords: dome roof of the tank, suspended roof, method of linear and nonlinear calculation of the tank roof, SCAD Office, residual stresses.

For citation: Kardapoltsev A.V., Karavaychenko M.G., Kantemirov I.F. NUMERICAL SIMULATION OF THE RIBBED-RING DOME ROOF OF A TANK, TAKING INTO ACCOUNT THE PHYSICAL NONLINEARITY. Transport and storage of Oil Products and Hydrocarbons, 2021, no. 5-6, pp. 37-43.

DOI:10.24412/0131-4270-2021-5-6-37-43

Введение

Расчет напряженно-деформированного состояния (НДС) вертикальных стальных резервуаров принято выполнять аналитическим методом [1-3], при этом в расчетной модели стенку резервуара принимают в виде идеальной цилиндрической оболочки, а кровлю - в виде части идеальной сферы.

В настоящее время в России и за рубежом опубликованы результаты научных исследований, в которых расчет НДС резервуаров производят с учетом геометрической нелинейности численными методами. Так, в работе А.А. Тарасенко и др. [4] обосновывается правомерное использование численного расчета для работоспособности резервуара. Произведены аналитический и численный расчет на прочность и устойчивость резервуара и сравнение результатов. Анализ результатов расчета НДС резервуара показал, что разница между численным и аналитическим расчетом составляет не более 8%.

В статье П.В. Чепур и др. [5] разработана конечная модель резервуара со стационарно-щитовой кровлей, состоящей из радиальных и кольцевых балок. В модели учтены все

нагрузки, показаны эпюры распределения действующих напряжений и деформаций.

В работе М.Г. Каравайченко, А.К. Окаб [6] приведены расчет и анализ НДС сетчатой купольной крыши для резервуаров большого объема при использовании трех разных модулей. В работе [7] приведена методика расчета координат узлов купольной крыши, получен алгоритм расчета координат узлов для сетчатой купольной крыши. В работе [8] рассмотрена методика построения двухсетча-той купольной крыши для крупного вертикального стального резервуара.

Г.Е. Коробковым и др. [9] произведено численное моделирование вертикального стального резервуара в осложненных условиях эксплуатации с учетом коррозии и геометрической нелинейности стенки.

Е.Г. Ильин и др. [10] исследовали нагрузки и методы расчета стационарных крыш вертикальных стальных резервуаров.

Х.М. Ханухов и др. [11] предложили ряд конструкционных решений в изотермических резервуарах для хранения сжиженных газов.

М. Белоев, Н. Лолов [12] рассмотрели особенности выполнения монтажно-сварочных работ при сооружении изотермических резервуаров.

В статье [13] предложена методика построения ребристо-кольцевой купольной крыши резервуара для хранения сжиженного природного газа (СПГ) в вычислительном комплексе SCAD.

Таким образом, известны научные работы с применением численных методов расчета вертикальных стальных резервуаров, в том числе и с учетом геометрической нелинейности, но при этом не исследовано влияние физической нелинейности в зависимости напряжений от деформаций металла на прочность купольной крыши резервуара.

Целью данной работы является уточнение методики расчета НДС меридионально-кольцевой купольной крыши вертикального стального резервуара численным методом с учетом физической нелинейности материала.

Объектом исследования является резервуар для хранения сжиженного природного газа вместимостью 50 000 м3 Для данного резервуара используется ребристо-кольцевая купольная крыша с подвесной крышей (рис. 1), которая представляет собой трехслойную панель со срединным слоем из теплоизоляционного материала. Подвесная крыша закреплена канатами на купольной крыше и предназначена для сохранения отрицательной температуры (до - 163 °С) сжиженного газа в резервуаре.

В данной схеме не указана технологическая площадка и не учтена нагрузка от технологической площадки на купольную крышу.

Методика расчета купольной крыши в линейной постановке

Одним из основных численных методов для расчета строительных конструкций является метод конечных элементов (МКЭ). На сегодняшний день на основе МКЭ создано несколько вычислительных комплексов, из которых одним из наиболее востребованных в России и странах СНГ является Structure CAD Office (SCAD) - интегрированная система прочностного анализа и проектирования конструкций.

Объектом исследования является купольная крыша изотермического резервуара объемом 50 000 м3. Модель разбивается на конечные элементы. В результате такой разбивки появляются узлы, которые указывают на соединение элементов. В опорные узлы вводятся связи, обеспечивающие соединение с неподвижным основанием. Нумерация узлов и элементов определяет последовательность задания исходной информации и чтение результатов счета. Конечные элементы, имеющие одинаковые жесткост-ные характеристики, объединяются по типам жесткости.

Расчет начинается с построения расчетной схемы, дискредитации исследуемого объекта на конечные элементы, приложения нагрузок на несущие элементы крыши резервуара. На крышу резервуара действуют следующие нагрузки: собственный вес, снеговая и ветровая нагрузки, температурные воздействия.

Во вкладке Загружения нажимаем Собственный вес. Задаем коэффициент включения собственного веса. Далее нажимаем Сохранить/Добавить загружение. Задаем имя нагрузке и другие параметры, нажимаем Записать как новое. Учитывается вес купольной крыши и подвесной платформы, подвешенной на армированных канатах. Снеговую

Рис. 1. Схема изотермического покрытия резервуара для хранения сжиженных газов: 1 - засыпная изоляция (перлит); 2 - гибкое изоляционное уплотнение; 3 -подвесная крыша; 4 - канаты; 5 - купольная крыша; 6 - люк замерный; 7 - клапан КДМ; 8 - клапан вентиляционный; 9 - смотровая площадка; 10 -лестница

б

нагрузку задаем следующим образом: выбираем Узловые нагрузки. В появившемся диалоговом окне ставим галочку На группу элементов, выбираем направление действия нагрузки и направления развития нагрузки.

Для задания загружения температурным воздействием нажмем на кнопку Задание температурных нагрузок. Вводим действие температуры по всему полю, изменение температуры по отношению к температуре замыкания.

Ветровые динамические воздействия. Нажимаем во вкладке Загружения кнопку Динамические воздействия. Открывается окно Параметры динамических воздействий, в котором необходимо выбрать вид воздействия, а также необходимые параметры во вкладке Пульсационная составляющая ветровой нагрузки.

Записываем созданные загружения в проект, активизируя Сохранить/Добавить загружение инструментальной панели. В диалоговом окне вводим название нагрузки и нажимаем Ок.

Для расчета - активируем пункт Линейный раздел, Расчет дерева проекта. В диалоговом окне Параметры расчета нажимаем кнопку Ок. На вопрос Проект был модифицирован. Сохранить изменения? отвечаем Да.

После окончания расчета просматриваем окно Протокол выполнения расчета. При условии правильности выполнения (Задание выполнено) и отсутствия замечаний (Геометрически измененная система) активизацией кнопки Выход переходим в дерево проекта для анализа полученных результатов.

Для расчета главных и эквивалентных напряжений следует установить курсор на раздел Графический анализ. На панели управления нажимаем на кнопку Постпроцессоры. Затем на кнопку Анализ главных и эквивалентных напряжений.

Методика расчета купольной крыши в нелинейной постановке

Нелинейный расчет учитывает физическую нелинейность металла после его деформирования и основан на идее пошагового увеличения нагрузки для отслеживания поведения системы. Данный расчет является более точным в сравнении с линейным.

В нелинейном расчете необходимо добавить преднапряжен-ное состояние несущих балок. Для этого на панели задач заходим в Назначения, выбираем функцию Преднапряженное состояние, открывается диалоговое окно, в котором необходимо выбрать Стержни и ван-товые элементы и задать значения остаточных напряжений.

Далее выходим на экран Управление проектом, раскрываем вкладку Расчетная схема, выбираем Моделирование нелинейных нагрузок. При нажатии на вкладку открывается диалоговое окно Управления шаговым процессом. Необходимо добавить нелинейное загруже-ние с выбором метода загружения. Нажимаем Добавить, появляется строка с загружением, в которой необходимо выбрать рассматриваемую нагрузку и задать коэффициент загружения, количество шагов и метод загружения. В данном случае метод загружения - Простой пошаговый, само загружение. Выбираем коэффициент загружения 0,01 и количество шагов 100, ставим галочку Сохранения результатов, данный вид загружения необходимо сохранить кнопкой Записать, нажимаем Ок. Далее производим нелинейный расчет, исследуем результаты расчета.

Физическая нелинейность в несущих балках крыши резервуара

Физическую нелинейность в несущих балках крыши резервуара можно объяснить нелинейностью зависимости напряжений от деформаций в сечении балки при ее деформировании (вальцовке) под радиус купола (рис. 2).

Остаточными напряжениями называются напряжения, существующие в конструктивных элементах при отсутствии внешних воздействий. Обычно эти напряжения остаются в деталях после процесса их изготовления.

В соответствии с теоремой о разгрузке Г. Генки (1924) остаточные напряжения равны разности между истинными напряжениями в упругопластическом теле и теми напряжениями, которые создавались бы в нем при предположении об идеальной упругости материала.

Если величина изгибающего момента такова, что наибольшее напряжение изгиба а < аТ, то стержень работает в области упругой деформации:

6 • М

атах =——2 <аТ, (1)

Ь • /2

где атах - наибольшее напряжение изгиба, МПа; М - изгибающий момент, Н-м; Ь - ширина стержня, м; h - высота стержня, м; аТ - напряжение текучести, МПа.

В крайних волокнах стержня возникает пластическая деформация, если выполняется условие

Рис. 2. Эпюры е в сечении несущих балок купола резервуара: е

■упр*

епл - относительные

деформации упругости, пластичности растяжения и сжатия соответственно, 5 ■ высота сечения балки (двутавра)

12 М> —•ат-Ь/

6 '

(2)

* 12М

а =-^ У,

Ь/3

где у - область пластической деформации, м.

1 /

2

1

ч < У < —/. 1 2

(3)

(4)

Если материал стержня был бы идеально упругим, то распределение напряжений соответствовало бы линейному закону

В соответствии с теоремой о разгрузке остаточные напряжения в стержне будут равны

аост = а-а , (5)

где аост - остаточные напряжения в стержне после снятия момента, МПа; а - напряжения в упругопластическом теле, МПа; а* - наибольшие напряжения, МПа.

Воспользовавшись формулой (5), определим остаточные напряжения от вальцовки листа в нашем примере. Получим остаточные напряжения на внутренней поверхности листа аост = 40 МПа, на наружной поверхности аост = -40 МПа. Остаточные напряжения со знаком минус - сжимающие, со знаком плюс - растягивающие.

В качестве примера рассмотрим меридионально-кольцевую купольную крышу резервуара диаметром 60,7 м с несущими балками в виде двутавра из стали 09Г2С. Меридиональные балки деформированы по наружному радиусу ЯК = 48 860 мм. Механические свойства стали представлены в табл. 1.

При расчете купольной крыши резервуара считают, что расчетное сопротивление применяемой стали R постоянно по всему сечению балки. Однако на заводе резервуарных конструкций балки деформируют по радиусу купола переводя их из упругого в упругопластическое состояние.

Разделим сечение балки на 20 слоев размером по 15 мм и рассчитаем относительную деформацию е каждого слоя. В связи с симметрией сечения балки относительно нейтрального слоя расчеты произведем только с наружной стороны двутавра. Порядковый номер слоев назначим от наружной поверхности деформированной балки. Длины слоев определим на центральном угле оболочки р = 1° по формуле ^ = иЯ( /180. Относительная остаточная деформация (еу) определяется еу = А1( / I. Согласно Биргеру,

Константы уравнения кривой упрочнения

А, МПа I т I п

Таблица 1

Механические свойства и константы уравнения кривой упрочнения резервуарной стали 09Г2С

Класс стали Марка стали ГОСТ Механические свойства

Е, МПа 1 ств, МПа 1 вв 1 стт, МПа 1 вт

С345

09Г2С, 5 < 8 < 10 19281-73

2,1105

490

0,2

345

0,0036

564,18

0,087

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

0,007

I

Таблица 2

Послойные физические свойства сечения двутавра

№ слоя Радиус слоя, мм ву вуп Ст|, МПа Е*, МПа

1 48860 0,003069996 0,005069996 355,1 96647,0

2 48845 0,002763845 0,004763845 353,2 102858,0

3 48830 0,002457506 0,004457506 351,1 109926,9

4 48815 0,002150978 0,004150978 348,9 118044,4

5 48800 0,001844262 0,003844262 346,6 127462,6

6 48785 0,001537358 0,003537358 344,1 138521,4

7 48770 0,001230265 0,003230265 341,3 151690,3

8 48755 0,000922982 0,002922982 338,4 167637,0

9 48740 0,000615511 0,002615511 335,1 187343,8

10 48725 0,00030785 0,00230785 331,4 212318,8

11 48710 0 0 0 0

12 48695 0,00030804 0,00230804 331,4 212301,3

13 48680 0,00061627 0,00261627 335,1 187289,5

14 48665 0,000924689 0,002924689 338,4 167539,1

15 48650 0,001233299 0,003233299 341,4 151547,9

16 48635 0,001542099 0,003542099 344,1 138336,0

17 48620 0,00185109 0,00385109 346,6 127236,7

18 48605 0,002160272 0,004160272 349,0 117780,7

19 48590 0,002469644 0,004469644 351,2 109628,4

20 48575 0,002779207 0,004779207 353,3 102527,4

образуются не только упругие, но и пластические деформации, которые при напряжении, равном пределу текучести материала, составляют 0,2%. Для того чтобы найти зону перехода упругого состояния в пластическое, необходимо добавить 0,2% к относительной упругой деформации. Относительная остаточная деформация в упругопла-стической зоне (вуп). Результаты расчета сведем в табл. 2.

В срединном слое напряжения и деформации равны 0, в данном случае срединный слой - 11-й. При холодной деформации нелинейно изменяются физические свойства металла, наружные слои 60 мм имеют напряжения, превышающие напряжения текучести данной стали стТ = 345 МПа в соответствии с [14], а функция ст = %) становится нелинейной.

Переход из упругой зоны в пластическую происходит с 6-го по 5-й слой. Толщина пластической зоны составляет 120 мм. Первые 5 слоев находятся в пластической зоне, так же как и 17-20-й слои. Оставшиеся слои находятся в упругой зоне деформации.

Результаты испытаний были обработаны методом наименьших квадратов, и получена регрессионная зависимость напряжений ст от относительных деформаций в в виде степенной функции

ст = Авт = 1000,2082-8°'3149. (6) Индекс корреляции данной зависимости К = 0,9932. Средняя ошибка аппроксимации М = 2,4%.

Модуль упругости в каждом слое зоны пластичности был рассчитан по зависимости

Е , = ст,/8(.

(7)

Параметры /4, т, зависящие от механических свойств металла, определяют по аналитическим зависимостям

л ств стТ

„т „т

>8

(8)

1д'

Т

Относительную деформацию вТ определяют по зависимости

вТ =СТт+ 0,002.

Е (9)

Таким образом, переход из упругой зоны в пластическую происходит с 6-го по 5-й слой. Пластическая зона составляет 120 мм. Первые 5 слоев находятся в пластической зоне, так же, как и 17-20-й слои. Оставшиеся слои находятся в упругой зоне деформации.

Результаты расчета купольной крыши

Использованы следующие нагрузки: собственный вес, снеговая нагрузка, ветровые нагрузки, температурные воздействия. Расчет произведен в линейной постановке задач.

Максимальные перемещения составляют 59 мм (рис. 3). Максимальные перемещения проявляются в Т-образном сопряжении балок, появляются концентраторы напряжений. Концентраторы напряжений - это явление повышенных местных напряжений в областях резких изменений формы упругого тела, в данном случае при сварке меридиональной и кольцевой балок с упором на меридиональную.

Главные и эквивалентные напряжения по внешнему слою при суммарных нагрузках представлены на рис. 4.

Главные и эквивалентные напряжения в сечении листа и балки имеют переменный характер. Максимальные напряжения сжатия составляют 127 МПа, они проявляются при Т-образном соединении кольцевых и меридиональных балок.

Эпюры перемещений и напряжений по высоте купола в линейном и нелинейном расчетах представлены на рис. 5.

На эпюре перемещений по высоте купола показаны максимальные перемещения, которые составляют 59 мм в

8

линейном расчете и 72 мм - в нелинейном. Данные перемещения сосредоточены в месте возникновения концентраторов напряжений.

Максимальные главные эквивалентные напряжения внешнего слоя линейного расчета составляют 127 МПа, в нелинейном - 153 МПа.

Для проверки сходимости расчетов проведены аналитический расчет купольной крыши и сравнение с численным методом расчета. Погрешность результатов расчета составила 5,4%.

| Рис. 3. Перемещения в куполе при суммарных нагрузках

Рис. 4. Главные и эквивалентные напряжения в купольной крыше

Обсуждение результатов

Результатом расчета являются значения перемещений и напряжений в линейной и нелинейной постановке задачи (см. рис. 1, 2, 3, 4).

На рис. 2 показано, что в результате деформации несущих балок под радиус крыши резервуара возникают остаточные деформации и напряжения. При этом наружные слои сечения балки переходят в пластическое состояние, а слои, примыкающие к нейтральному слою балки, остаются в упругом состоянии. В наружных слоях сечения балки возникают напряжения растяжения, а во внутренних - напряжения сжатия. После снятия нагрузки деформации происходит релаксация упругих напряжений, поэтому остаточные напряжения в зоне упругости равны нулю. В зоне пластичности в результате стремления системы к минимуму энергии в области растяжения появляются остаточные напряжения сжатия, а в области сжатия появляются напряжения растяжения. Установлено, что в крайних «волокнах» сечения балки в результате деформации возникли остаточные напряжения, равные оост = ±40 МПа, что составляет 12% от ит. Под остаточными напряжениями, согласно теореме разгрузки Генке, понимают разницу между напряжениями в области с относительной деформацией в и виртуальными напряжениями, которые возникли бы в данной области при идеально упругом материале. Напряжения в области деформации всегда меньше виртуальных напряжений, поэтому остаточные напряжения всегда имеют обратный знак. Следовательно, в нижней полке двутавровой балки возникли остаточные напряжения растяжения, а в верхней полке - напряжения сжатия.

Предельно допустимые перемещения для стальных конструкций пролетом свыше 60 м, согласно своду правил [15]: 0р/300 = 60700/300 = 202 мм, где DP - диаметр резервуара, равный 60700 мм. Согласно расчету купольной крыши резервуара (см. рис. 3), перемещения конструкции составляют меньше 202 мм, что является допустимым.

Рис. 5. Эпюры перемещений и напряжений по высоте купольной крыши

Распределение главных и эквивалентных напряжений во внешнем слое купола резервуара представлено на рис. 4. На рисунке видно, что в оболочке напряжения сжатия достигают 127 МПа. Согласно [16], допускаемые напряжения составляют 255 МПа, следовательно, напряжения в куполе допустимы.

Заключение

С целью уточнения методики расчетов резервуарных конструкций численным методом проведено исследование, в ходе которого подтверждается наличие остаточных напряжений и их влияние на конструкции резервуара. Значение остаточных напряжений составляет 40 МПа. Прирост главных эквивалентных напряжений в нелинейном расчете относительно линейного составляет 17% (31 МПа), перемещений - 18% (13 мм). Для уточнения расчетов резервуаров численным методом рекомендуется расчет производить в линейной и нелинейной постановке задачи с учетом остаточных напряжений.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. API STD 650-2020 Welded Steel Tanks for Oil Storage, March 2020.

2. ГОСТ 31385-2016 Резервуары вертикальные цилиндрические стальные для нефти и нефтепродуктов. Общие технические условия.

3. EN 1993-4-2 (2009) Еврокод 3: Проектирование стальных конструкций. Часть 4-2. Резервуары.

4. Тарасенко А.А., Чепур П.В., Грученкова А.А. Исследование закономерностей развития неравномерных осадок резервуаров численными методами. Новосибирск: Наука, 2017. 172 с.

5. Чепур П.В., Тарасенко А.А., Юргевич А.В Численный метод расчета сферической щитовой крыши резервуара // Современные наукоемкие технологии. 2016. № 4-2. С. 275-280.

6. Каравайченко М.Г., Окаб А.К. Численный анализ напряженно-деформированного состояния конструкции структурной купольной крыши для РВС // Нефтегазовое дело. 2015. № 4. С. 231-234.

7. Каравайченко М.Г., Кутеминский С.А. Методика расчета координат узлов сетчатой купольной крыши резервуара // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2017. № 3. С. 5-7.

8. Каравайченко М.Г., Абдрафикова С.Р. Построение двухсетчатой купольной крыши резервуара // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2019. № 3. С. 273-277.

9. Коробков Г.Е., Зарипов Р.М., Шаммазов И.А. Численное моделирование напряженно-деформированного состояния и устойчивости трубопроводов и резервуаров в осложненных условиях эксплуатации. СПб.: Недра, 2009. 410 с.

10. Ильин Е.Г., Иванцова С.Г., Катанов А.А., Задумин А.Н. Нагрузки и методы расчета стационарных крыш вертикальных цилиндрических резервуаров // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2015. № 1. С. 36-42.

11. Ханухов Х.М. Четвертухин Н.В., Алипов А.В. и др. Инновационные конструктивные решения изотермических резервуаров для хранения сжиженных газов / Сб. тр. Междунар. конф. «Совершенствование проектирования и строительства металлических резервуаров». Уфа: Нефтегазовое дело, 2019. С. 3-13.

12. Белоев М., Лолов Н. Некоторые технологические особенности выполнения монтажно-сварочных работ при сооружении изотермических резервуаров. / Сб. тр. Междунар. конф. «Совершенствование проектирования и строительства металлических резервуаров». Уфа: Нефтегазовое дело, 2019. С. 13-24.

13. Кардапольцев А.В., Каравайченко М.Г. Численное моделирование ребристо-кольцевой купольной крыши вертикального резервуара для хранения СПГ // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2021. № 1. С. 24-29.

14. ГОСТ 19281-73 Прокат повышенной прочности. Общие технические условия.

15. СП 16.13330.2017. СНиП II-23-81* Стальные конструкции. 16. ГОСТ 34233.1-2017 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность.

REFERENCES

1. API STD 650-2020 Welded Steel Tanks for Oil Storage, March 2020.

2. GOST 31385-2016 Rezervuary vertikal'nyye tsilindricheskiye stal'nyye dlya nefti i nefteproduktov. Obshchiye tekhnicheskiye usloviya [State Standard 31385-2016. Vertical cylindrical steel tanks for oil and oil-products. General specifications].

3. EN 1993-4-2 (2009) Yevrokod 3: Proyektirovaniye stainykh konstruktsiy. Chast' 4-2. Rezervuary [EN 1993-4-2 (2009) Eurocode 3: Design of steel structures. Part 4-2. Reservoirs].

4. Tarasenko A.A., Chepur P.V., Gruchenkova A.A. Issledovaniye zakonomernostey razvitiya neravnomernykh osadok rezervuarov chislennymi metodami [Investigation of regularities in the development of non-uniform sedimentation of reservoirs by numerical methods]. Novosibirsk, Nauka Publ., 2017. 172 p.

5. Chepur P.V., Tarasenko A.A., Yurgevich A.V Numerical method for calculating the spherical shield roof of a tank. Sovremennyye naukoyemkiye tekhnologii, 2016, no. 4-2, pp. 275-280 (In Russian).

6. Karavaychenko M.G., Okab A.K. Numerical analysis of the stress-strain state of the structure of a structural dome roof for a VST. Neftegazovoye delo, 2015, no. 4, pp. 231-234 (In Russian).

7. Karavaychenko M.G., Kuteminskiy S.A. Method for calculating the coordinates of the nodes of the mesh dome roof of the tank. Transport i khraneniye nefteproduktov i uglevodorodnogo syr'ya, 2017, no. 3, pp. 5-7 (In Russian).

8. Karavaychenko M.G., Abdrafikova S.R. Construction of a double-grid domed roof of a reservoir. Nauka i tekhnologii truboprovodnogo transporta nefti i nefteproduktov, 2019, no. 3, pp. 273-277 (In Russian).

9. Korobkov G.YE., Zaripov R.M., Shammazov I.A. Chislennoye modelirovaniye napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya i ustoychivosti truboprovodov i rezervuarov v oslozhnennykh usloviyakh ekspluatatsii [Numerical modeling of the stress-strain state and stability of pipelines and tanks under difficult operating conditions]. St. Petersburg, Nedra Publ., 2009. 410 p.

10. Il'in YE.G., Ivantsova S.G., Katanov A.A., Zadumin A.N. Loads and calculation methods for stationary roofs of vertical cylindrical tanks. Nauka i tekhnologii truboprovodnogo transporta nefti i nefteproduktov, 2015, no. 1, pp. 36-42 (In Russian).

11. Khanukhov KH.M. Chetvertukhin N.V., Alipov A.V. Innovatsionnyye konstruktivnyye resheniya izotermicheskikh rezervuarov dlya khraneniya szhizhennykh gazov [Innovative design solutions for isothermal storage tanks for liquefied gases]. Trudy Mezhd. konf. «Sovershenstvovaniyeproyektirovaniya istroitel'stva metallicheskikh rezervuarov» [Proc. of Int. conf. "Improving the design and construction of metal tanks"]. Ufa, 2019, pp. 3-13.

12. Beloyev M., Lolov N. Nekotoryye tekhnologicheskiye osobennosti vypolneniya montazhno-svarochnykh rabot pri sooruzhenii izotermicheskikh rezervuarov [Some technological features of assembly and welding operations in the construction of isothermal tanks]. Trudy Mezhd. konf. «Sovershenstvovaniye proyektirovaniya i stroitel'stva metallicheskikh rezervuarov» [Proc. of Int. conf. "Improving the design and construction of metal tanks"]. Ufa, 2019, pp. 13-24.

13. Kardapol'tsev A.V., Karavaychenko M.G. Numerical modeling of the ribbed-ring domed roof of a vertical LNG storage tank. Transport i khraneniye nefteproduktov i uglevodorodnogo syr'ya, 2021, no. 1, pp. 24-29 (In Russian).

14. GOST 19281-73 Prokat povyshennoy prochnosti. Obshchiye tekhnicheskiye usloviya [State Standard 19281-73. High strength rolled steel. General specification].

15. SP 16.13330.2017 «SNiP II-23-81* Stal'nyye konstruktsii» [SP 16.13330.2017 SN&P II-23-81* Steel structures].

16. GOST 34233.1-2017 Sosudy i apparaty. Normy i metody rascheta na prochnost [State Standard 34233.1-2017. Vessels and apparatus. Norms and methods of strength calculation. General requirements].

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Кардапольцев Андрей Владимирович, аспирант кафедры проектирования и строительства объектов нефтяной и газовой промышленности, Уфимский государственный нефтяной технический университет.

Каравайченко Михаил Георгиевич, д.т.н, проф. кафедры проектирования и строительства объектов нефтяной и газовой промышленности, Уфимский государственный нефтяной технический университет.

Кантемиров Игорь Финсурович, д.т.н., проф., завкафедрой проектирования и строительства объектов нефтяной и газовой промышленности, Уфимский государственный нефтяной технический университет.

Andrey V. Kardapoltsev, Postgraduate Student of the Department of Design and Construction of Oil and Gas Industry Facilities, Ufa State Petroleum Technological University.

Mikhail G. Karavajtchenko, Dr Sci. (Tech.), Prof. of the Department of Design and Construction of Oil and Gas Industry Facilities, Ufa State Petroleum Technological University.

Igor F. Kantemirov, Dr. Sci (Tech.), Head of the Department of Design and Construction of Oil and Gas Industry Facilities, Ufa State Petroleum Technological University.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.