CC BY
3
Журавлев М.Д.
Широнин Е.В.
ООО «НПК Изотермик» ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ ОПОРНЫХ СТОЕК ШАРОВЫХ РЕЗЕРВУАРОВ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЭКСПЕРТИЗЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
Согласно "Инструкции по обследованию шаровых резервуаров и газгольдеров" (РД 03-380-00) [1] "геодезические измерения проводят в целях выявления величины неравномерной осадки опор и отклонений опорных стоек шарового резервуара (ШР) от вертикали, а также соответствия величин отклонений требованиям действующей нормативно-технической документации. Величина неравномерной осадки определяется путем нивелирования опорных плит стоек по периметру шарового резервуара и вычислений превышений между ними".
Критерии осадки опор в РД 03-380-00 не приведены. Не указаны они и "в действующей нормативно-технической документации". Поэтому в отсутствие четких критериев оценки допустимости осадки опор ШР геодезические измерения, как правило, заканчиваются занесением результатов в протокол без обсуждения.
При отсутствии на опорах ШР постоянных геодезических марок, с чем нередко приходится сталкиваться на практике, погрешность измерений осадок опор может составлять десятки миллиметров, особенно при опирании трубчатых опор не на плоские опорные плиты, а на закругленные верхние торцы железобетонных свай.
Авторы неоднократно сталкивались с ситуацией, когда согласно протоколам измерений, проведенных в разные годы организациями, проводившими ЭПБ, осадка или подъем опор ШР якобы составляла десятки миллиметров (до 80 - 100 мм), причем без каких-либо выводов в заключениях ЭПБ и последствиях для самого ШР. Повторные измерения, произведенные нами, давали результаты, практически полностью совпадающие с результатами измерений, полученных в первые годы эксплуатации ШР. Отличия осадок опор составляли не более 3- 4 мм.
С целью исследования действительной работы опор и оболочки ШР нами проведены расчеты шарового резервуара методом конечных элементов.
Рассматривался шаровой резервуар объемом 2000 м3, заполненный водой, и опирающийся на 12 трубчатых опор 0289х14 мм. Внутренний диаметр шаровой оболочки - 16 м, толщина стенки - 22 мм. Весовая нагрузка с учетом веса металлоконструкций - 2160 тонн.
При оценке допустимости отклонений опор ШР от горизонтальной плоскости следует учитывать, что при заполненном резервуаре опорные стойки находятся в сжатом состоянии, поэтому просадка основания одной из стоек вниз означает увеличение длины стойки, т.е. ее разгрузку; подъем основания стойки вверх сопровождается увеличением сжимающего усилия в
стойке и, соответственно, увеличением нагрузки на узел стыка стойки с оболочкой.
Расчеты показывают, что тонкая шаровая оболочка рассматриваемого класса является достаточно жесткой конструкцией, и при просадке оснований опор точки экваториальной плоскости шара (как правило, точки стыка оболочки с опорами) незначительно выходят из плоскости. Например, при диаметре шара 16 м и выключении из работы одной из опор деформация экваториальной плоскости шара составляет не более 5,5 мм. Шаровая оболочка наклоняется практически как жесткое целое в сторону отсутствующей (выключенной из работы) стойки, что сопровождается перераспределением усилий в соседних стойках и их деформацией.
Авторы неоднократно сталкивались с ситуацией, когда расчет опорных стоек, приведенный в паспорте ШР, выданном заводом-изготовителем, выполнялся с запасом из условия выключения из работы одной из п стоек,
при этом нагрузка на каждую из работающих стоек определялась из условия р* = р п
п-1
Наш расчет совершенно не подтверждает данное предположение. На рис. 1 приведены значения нагрузок на опорные стойки ШР для следующих случаев: 1) все стойки работают одинаково; 2) из работы выключена одна стойка - № 1; 3) из работы выключены две стойки: № 1 и № 4.
Из рис. 1 видно, что при равномерной работе всех стоек нагрузка на каждую из них составляет 180 тс.
При выключении из работы стойки № 1 нагрузка на соседние стойки (№ 2 и № 12) возрастает до 276,9 т, т.е. в 1,54 раза, (а не в пропорции 12/11=1,09).
При выключении из работы двух стоек, между которыми находятся 2 работающие стойки, максимальная нагрузка на стойку возрастает до 284 тс, т.е. в 1,58 раз. Мы видим, что в этом случае максимальная нагрузка на стойку незначительно отличается от случая с одной неработающей опорой за счет перераспределения усилий в опорных стойках.
Неравномерность перераспределения нагрузок на опорные стойки ШР
при выключении из работы одной из них следует учитывать при проектировании ШР путем увеличения расчетного осевого усилия на стойку в 1,5-1,6 раз.
В настоящее время в Ростехнадзор поданы предложения по актуализации РД 03-380-00. В части измерений осадок опор и критериев оценки их величин предлагается следующие критерии, основанные на расчетах.
Величину неравномерной осадки опор предлагается определять путем нивелирования по периметру ШР высотных отметок элементов конструкций опорной системы, не допускающих неоднозначной трактовки результатов, полученных в разные годы: по верху металлических опорных плит стоек при условии установки геодезической рейки на постоянную точку, отмеченную краской, по геодезическим маркам и т.п.
Допускаются следующие отклонения опор стоек от горизонтальной плоскости:
- просадка одной опоры вниз не более чем на 10 мм по сравнению с плоскостью остальных опор;
- просадка двух опор, между которыми находится не менее трех не просевших опор, не более, чем на 10 мм;
- подъем одной опоры вверх не более чем на 5 мм;
- подъем двух опор, между которыми находится не менее трех нормальных опор не более чем на 5 мм.
В других случаях возможность дальнейшей эксплуатации резервуара следует подтвердить расчетом, выполненным специализированной организацией.
Практика показывает, что неравномерная просадка одной (двух, трех) опор шарового резервуара на 3 мм и более - явление маловероятное. Поэтому при получении такого результата следует проверить погрешность нивелирования, возможно, провести нивелировку повторно, прежде чем делать выводы.
Отклонения стоек от вертикали не должны превышать 1/100 высоты стойки. При обнаружении больших отклонений для решения вопроса о безопасности дальнейшей эксплуатации ШР следует привлекать специализированную организацию. Выводы подтверждать расчетом.
При визуальном и измерительном контроле состояния опор следует обратить внимание на целостность трубчатых стоек. Опасность представляет разрыв трубчатых стоек льдом от замерзания затекшей в них воды через неплотности в сварных соединениях. При обнаружении повреждений 2-х стоек и более дальнейшая эксплуатация ШР без их ремонта и ремонта мест попадания в них воды не должна допускаться.
Использованные источники: 1. РД 03-380-00. Инструкция по обследованию шаровых резервуаров и газгольдеров для хранения сжиженных газов под давлением, М., 2001.
