CC BY
54
УДК 622.692.23
Исследование напряженно-деформированного
состояния алюминиевого понтона на основании физического моделирования
И.Н. ЯКШИБАЕВ, аспирант кафедры сооружения и ремонта газонефтепроводов
и газонефтехранилищ И.Э. ЛУКЬЯНОВА, д.т.н., проф. кафедры сооружения и ремонта газонефтепроводов
и газонефтехранилищ М.З. ЗАРИПОВ, к.т.н., доцент кафедры технологии нефтяного аппаратостроения
ФГБОУ ВПО Уфимский государственный нефтяной технический университет (Россия, 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, д. 1). E-mail: [email protected]
В статье изложен процесс исследования напряженно-деформированного состояния алюминиевого понтона для вертикальных стальных резервуаров с радиальной конструктивной схемой на основе статических испытаний. Приведены основные этапы моделирования, подбора и сопоставления геометрических характеристик физической модели понтона, изложен расчет конструируемого плавающего покрытия на прочность и основные этапы проведения экспериментальных исследований.
Ключевые слова: резервуар, понтон, модель, алюминий, внутренние усилия, конструктивная схема, силовые профили, опорное кольцо.
Исследования напряженно-деформированного состояния конструкций включают в себя изучение функциональных, геометрических, физических и динамических параметров [1]. Не являются исключением и вопросы повышения надежности понтонов для вертикальных стальных резервуаров.
С целью проверки надежности разработанного понтона из алюминиевых сплавов радиального типа конструкций поставлена задача экспериментально подтвердить заявленные прочностные характеристики понтона. Значительные размеры вертикальных стальных резервуаров с понтоном, экономическая составляющая реализации эксперимента в натуральную величину стали основанием для решения поставленной задачи на физической модели понтона [2].
Единая физическая природа, пропорциональная геометрическая форма и размеры - это требования, предъявляемые к предметной модели понтона. В случае с физической моделью предложенного понтона важно получить достоверные факты о характере работы данной радиальной конструктивной схемы, что позволит обоснованно подтверждать заявленные прочностные характеристики.
Геометрические размеры модели приняты в соответствии с понтоном для вертикального
стального резервуара РВСП-300 из резервуаров, которые оборудуются понтонами; это резервуар с наименьшим объемом и, соответственно, с наименьшими геометрическими размерами. Высота резервуара 7,5 м, диаметр 7,58 м, объем 300 м3. Масса алюминиевого понтона для РВСП-300 составляет 420 кг, диаметр равен 7,18 м. По результатам предварительного моделирования принят масштаб 1:10, произведено сопоставление геометрических размеров понтона в натуральную величину с моделируемым понтоном (табл. 1).
Расчет геометрических параметров модели произведен пропорционально оригинальным размерам понтона, введен единый коэффициент подобия
Понтон оборудуется опорами, позволяющими фиксировать его в двух нижних положениях - рабочем и ремонтном [3, 4]. Стойки понтона выполняют опорную функцию и не оказывают влияния на исследуемые параметры модели: размеры сечений стоек увеличены с целью обеспечения достаточной опоры. Ввиду небольших геометрических размеров силовых профилей оригинального понтона расчетным путем по площади поперечного сечения в моделируемом понтоне уменьшено количество несущих элементов и изменено расположение швеллерного элемента для увеличения количества вертикальных стенок силовых профилей.
Таблица 1
Исходные данные для моделирования
Конструктивный элемент М 1:1 Параметр моделирования М 1:10
Периферийное кольцо Коэффициент подобия
- диаметр йПК = 7,18 м к = 0,1 йПК = 0,718 м
- высота борта НПК = 300 мм к = 0,1 НПК = 30 мм
- толщина ЬПК = 8 мм к = 0,1 ЬПК = 0,8 мм
Опорное кольцо Коэффициент подобия
- сечение 50x100x4 мм к = 0,1 50x5 мм
- диаметр йпК = 1200 мм к = 0,1 йПК = 120 мм
Настил листовой Коэффициент подобия
- толщина ЬН = 5 мм к = 0,1 ЬН = 0,5 мм
Профиль силовой Обосновано расчетом
- сечение 30x50x4 мм Сокращено количество 15x20x2 мм
- количество 18 шт. 8 шт.
Стойки
- диаметр йп = 50 мм Функции опоры ОС = 15 мм
- толщина Ьс = 10 мм к = 0,1 ЬС = 1 мм
Поплавок рядный В модели исключены -
Общая площадь сечения элементов понтона:
«01 = «Ш1 ' пШ1, (1)
где «Ш1 - площадь швеллера 50x100x4, «Ш1 = = 408 мм2, Пш1 - количество силовых профилей понтона, Пш1 =18.
«01 = 408 мм2 18 шт. = 7344 мм2.
Общая площадь сечения элементов физической модели:
«02 = «Ш2 " пШ2 = «02 " к; (2)
где «Ш2 - площадь швеллера 15x20x2 мм, «Ш1 = = 92 мм2, к - коэффициент подобия к = 0,1, Пш2 -количество силовых физической модели, пШ1 -неизвестно.
«02 = «Ш2 ■ пШ2 = «02 • к = 7344 мм2 • 0,1 = 734,4 мм2;
Следовательно, количество силовых физической модели:
пШ2 = «02 /«Ш2 = 734,4 мм2 /92 мм2 = 7,98 шт.
Принимаем 8 силовых профилей для физической модели.
Предварительно перед изготовлением произведен расчет конструируемой физической модели понтона на прочность. Основными нагрузками является собственный вес, реакция опоры, создаваемая вертикальными стойками, и налив продукта хранения при крене и потоплении (экспериментальные нагрузки, моделируемые с при-
менением песчано-гравийной смеси в пропорциональном соотношении).
В процессе эксплуатации плавающего покрытия на силовые профили оказывает воздействие
собственный вес
^ = mg,
(3)
где: т - масса модели понтона, т = 45 кг, g -ускорение свободного падения, 9,8 м/с2.
^ = 45 кг ■ 9,8 м/с2 = 441 Н.
Собственный вес понтона оказывает воздействие на вертикальные стойки, на которые опирается плавающее покрытие во время ремонта, обслуживания и других технологических операций [3, 4]. Рассчитаем реакцию опоры стойки, создаваемую усилием от собственного веса:
*2 =
т
п
(4)
где: т - масса моделируемого понтона, 45 кг, g -ускорение свободного падения, 9,8 м/с2, п - количество стоек модели, 12 шт.
2
^ = т§_ = 45 кг •9,8 м/с = 36,75 Н.
2 п 12 ед.
При крене и потоплении плавающего покрытия в резервуаре происходит налив продукта хранения на поверхность настила. В условиях эксперимента подразумевается использовать песок в качестве продукта хранения, оказывающего воздействие
на понтон. Насыпная плотность сухого песка рп = 1600 кг/м3, плотность нефти рн = 700 кг/м3.
Нагрузка при крене приложена на половину поверхности настила понтона, при высоте налива продукта хранения к = 0,05 м объем воздействующего нефтепродукта составит:
V =
пЯ2 • к
(5)
где Я - радиус понтона, Я =7,18/2 = 3,59 м, к -высота налива продукта хранения, к = 0,05 м.
3,14• (3,59 м)2 • 0,05 м 3
V =-= 1,01 м .
2
Усилие от продукта хранения составит
PнVg
Л =
р1 ='
(пЯ2) / 2
2 • 700 кг/м3 • 1,01 м3 • 9,8 м/с2_ п(3,59 м)2
(6)
деляются путем расчленения их на ряд простых фигур. Швеллерное сечение силового профиля формируется из двух вертикально расположенных прямоугольных элементов размером 13x2 мм и горизонтально расположенным прямоугольным элементом 20x2 мм.
Данное условное дробление сечения позволит оптимизировать процесс расчета его геометрических характеристик.
Площадь сечения силовой балки:
А = 2А1 + А2, (8)
где А1 - площадь вертикального элемента, А1 = = 26 мм2, А2 - площадь горизонтального элемента, А2 = 40 мм2,
А = 2 ■ 26 + 40 = 92 мм2.
= 1229,25 Н/м2 = 1,23 кН/м2.
Усилие от продукта хранения для модели уменьшаем согласно масштабу: = 0,123 кН/м3, необходимо 19,926 кг распределить на половину поверхности модели понтона.
Нагрузка при потоплении приложена на всю поверхность настила понтона, при высоте налива продукта хранения к = 1,0 м объем воздействующего нефтепродукта составит
V = пЯ2к, (7)
где Я - радиус понтона, Я = 7,18/2 = 3,59 м, к -высота налива продукта хранения, к = 1,0 м.
V = 3,14 -(3,59 м)2 ■ 1,0 м = 40,47 м3.
Усилие от продукта хранения составит (4):
р^ 700 кг/м3 • 40,47 м3 • 9,8 м/с2
=-=-2-=
(пЯ2) п(3,59 м)2
= 6860,23 Н/м2 = 6,86 кН/м2.
Усилие от продукта хранения для модели уменьшаем согласно масштабу: ^^ = 0,686 кН/м3 , необходимо 111,132 кг распределить равномерно на поверхность модели понтона.
Основными несущими элементами плавающего покрытия являются силовые профили и опорное кольцо.
Рассчитаем геометрические характеристики сечения силовых профилей модели. Геометрические характеристики сложных сечений опре-
Введем двумерную систему координат У0Х, сопоставив 0 в крайней нижней левой точке швеллера.
Статический момент сечения относительно оси X равен сумме условных составных элементов:
8Г. = 28х1 + 5х2,
(9)
где 5г1 - статический момент вертикального эле-
х1
мента:
3
5х1 = А1 ■ Ус1 = 26 ■ 6,5 = 169 мм
БХ2 - статический момент горизонтального элемента:
Бх9 = А2 ■ Ус9 = 40 ■ 14 = 560 мм3;
х2 2 А с2
Бх = 2 ■ 169 + 560 = 898 мм3.
Статический момент сечения относительно оси У равен сумме статических моментов составных элементов:
ву = + вУ2 + Sy3,
(10)
где Sц1 - статический момент горизонтального
элемента:
Sy1 = А2 ■ Хс1 = 40 ■ 10 = 400 мм3;
Sy2 - статический момент левого вертикального элемента:
Sy2 = А1 ■ Хс2 = 26 ■ 1 = 26 мм3;
Syз - статический момент правого вертикального элемента:
Sy3 = А1 ■ Хс3 = 26 ■ 19 = 494 мм3;
Я. = 400 + 26 + 494 = 920 мм3.
Центр тяжести сечения:
хс = Sy/A; (11)
хс = 920 мм3/92 мм2 = 10 мм;
Ус = Sx/A; (12)
ус = 898 мм3/92 мм2 = 9.76 мм.
Определение осевых моментов инерции относительно центра тяжести сечения.. Момент инерции сечения относительно оси Хс равен сумме моментов инерции горизонтального и двух вертикальных элементов относительно оси Хс, составляющих сечение.
x x1 x2 x3'
(13)
где 1Х1 - момент инерции горизонтального элемента под условным № 1; 1х2 - момент инерции вертикального элемента под условным № 2; /х3 -момент инерции вертикального элемента под условным № 3;
!х1=V + ь2 ■ А1;
1х2 = ^х2 + &2 ' А2;
-х3 = ^хз + Ь1 ' А3; где 1х1 - момент инерции элемента № 1 относительно собственного центра тяжести; 1х2 - момент инерции элемента № 1 относительно собственного центра тяжести; - момент инерции элемента № з относительно собственного центра тяжести; ^ - расстояние от центра тяжести элемента № 1 до оси Хс (по оси Ус); ^ - расстояние от центра тяжести элемента № 2 до оси Хс (по оси Ус); Ьз - расстояние от центра тяжести элемента № 3 до оси Хс (по оси Ус); А1 - площадь элемента № 1; А2 - площадь элемента № 2; А3 - площадь элемента № 3:
А-
Ix1' = b1h^/12 = 13,3333 Ix2' = b2h3/12 = 366,1667
мм
мм
4.
оси Ус, составляющих сечение.
Iy = Iy1 + Iy2 + Iy 3,
где 1у1 - момент инерции элемента № 1; 1у^ - момент инерции элемента № 2; 1уз - момент инерции элемента № з;
1у1 = У + «I2 ■ А1;
1у2 = -у2 + «2 ' А2;
-у3 = -у3 + «I ' Аз' где -у1 - момент инерции элемента № 1 относительно собственного центра тяжести; -у2 - момент инерции элемента № 2 относительно собственного центра тяжести; -уз - момент инерции элемента № з относительно собственного центра тяжести; «1 - расстояние от центра тяжести элемента № 1 до оси Ус (по оси Хс); «2 - расстояние от центра тяжести элемента № 2 до оси Ус (по оси Хс); «з - расстояние от центра тяжести элемента № 3 до оси Ус (по оси Хс):
1у1' = й1Ь|/12 = 1333,3333 мм4;
1,2 = ^^3/12 = 8,6667 мм4;
y2 "'2 2'
ly! = h3bI/
I' = h3b3/12 = 8,6667 мм4;
Iy1 = 1333,3333 + 02 ■ 40 = 1333,3333;
Iy2 = 8,6667 + 92 ■ 26 = 2114,6667;
Iy3 = 8,6667 + 92 ■ 26 = 2114,6667;
Iy = 1333,3333 + 2114,6667 + 2114,6667 = = 5562,6667 мм4.
Определение осевого момента сопротивления сечения относительно главной центральной оси.
^х = -х/утах; (15)
^у = УХшах; (16)
= 2017,4059/9,7609 = 206,6824 мм3;
Ix3' = b3h3/12 = 366,1667 мм4;
Ix1 = 13,3333 + 4,23912 ■ 40 = 732,1321;
Ix2 = 366,1667 + 3,26092 ■ 26 = 642,6369;
Ix3 = 366, 667 + 3,26092 ■ 26 = 642,6369;
Ix = 732,1321 + 642,6369 + 642,6369 = = 2017,4059 мм4.
Момент инерции сечения относительно оси Ус равен сумме моментов инерции горизонтального и двух вертикальных элементов относительно
= 5562,6667/10 = 556,2667 мм3. [1]
Расчет силового профиля на прочность. Длина пролета от периферийной юбки до опорного кольца:
(17)
(14)
Т _ ^ПК ^ОК . L = 2 ;
0,718 м - 0,12 м
L =-= 0,299 = 0,3 м.
2
По результатам расчета нагрузок наибольшей по величине является нагрузка от налива продукта хранения при потоплении понтона ^1-2 = 0,686 кН/м2. Нагрузка распределяется по всей длине силового профиля.
Конструкция понтона состоит из 8 несущих балок каркаса пб, на которые опирается настил.
Найдем максимальный пролет между несущими балками для данной конструктивной схемы между несущими балками:
пБт
I=-
ПК .
(18)
I = 3,140,718 м = 0,28 м. 8 шт.
Рассчитаем нагрузку, действующую на один силовой профиль:
Чо = ^1-2 ■ I; (19)
Ч0 = 686 Н/м2 ■ 0,28 м = 192,08 Н/м.
Произведем расчет нормативной нагрузки от собственного веса настила:
Чн =-
Рал •
(20)
По свойству подобия треугольников, используя значение координаты центра тяжести, найдем среднее расстояние между балками:
а = 2/3(2пЯ/ пб); (22)
а = 2/3(2 ■ 3,14 ■ 0,359 м/8 шт.) = 0,187 м.
Вычислим расчетную погонную нагрузку для понтона радиальной структуры несущих элементов:
(1,66 1,05 Н/м + 192,08 Н/м-1,20) • 0,187 м
Ч1 =-
8
= 5,42 Н/м.
где: рал - плотность алюминия, рал = 2700 кг/м3; ^ - толщина листового настила, ^ = 0,5 мм = = 0,0005 м; g - ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с2; пс - количество опорных стоек понтона, пс = 8 шт.
2700 кг/м3 • 0,0005 м• 9,8 м/с2
Чн =-о-= 1,66 Н/м.
8 шт.
Определим расчетную погонную нагрузку на балку:
Ч = + ЧоУгр) ■ а, (21)
где уу^ - коэффициент надежности по нагрузке для веса конструкции, = 1,05; - коэффициент надежности по нагрузке для равномерно распределенных нагрузок, = 1,20; а - среднее расстояние между балками понтона радиальной конструкции; ч0 - нагрузка от налива продукта хранения.
Настил понтона радиальной структуры силовых профилей опирается на 8 балок и периферийную юбку, следовательно, каждый сектор опирается на три несущих элемента - два силовых профиля и часть периферийной юбки. Рассмотрим данный сектор как треугольный, пренебрегая радиусом кривизны периферийной юбки - получаем равнобедренный треугольник с высотой к = 0,35 м. На основании первой теоремы Паппа - Гульдина центр тяжести настила, ограниченного сектором, будет располагаться на расстоянии к/3, от края понтона, то есть 0,35/3 = 0,117 м.
Расчетный изгибающий момент:
М = Ч2 = 5,42 0,352 = 0,08 Н-м. 8 8
Расчетная поперечная сила на опоре:
я = = 5,42 • °,35 = 0,95 Н. 2 2
Произведем расчет на прочность силовых профилей при действии момента в одной из главных плоскостей [1]:
М
W ■ Яу
I с
< 1,
(23)
где М - расчетный изгибающий момент, М=0,08 Н-м; Wn Ш1П - минимальный момент сопротивления, для швеллера Wn ш1п = Wx = 206,6824 мм3 = 0,207 см3; Я - расчетное сопротивление на изгиб, для термически упрочняемого алюминия марки АД31Т, Я = 55Н/мм2 [5]; ус - коэффициент условий работы элементов алюминиевых конструкций, для конструкций резервуаров ус = 0,80;
0,08 Н м
(0,207 10-6) м3 (55 106) Н м2 0,8
= 0,0087 < 1.
Произведем расчет на прочность силовых профилей при действии в сечении поперечной силы [1]:
ДО
Ус
< 1,
(24)
где: Я - расчетная поперечная сила, Я = 0,95 Н;
S - статический момент сечения, S = Sy = = 920 мм3 = 0,92 см3; I - момент инерции сечения, I = 1у = 5562,6667 мм4 = 0,56 см4; ги! - толщина стенки, 1и = 2 мм; Я8 - расчетное сопротивление на сдвиг, для термически упрочняемого алюминия марки АД31Т, Я8 = 35 Н/мм2; ус - ко-
эффициент условий работы элементов алюминие-
п
б
п
с
вых конструкций, для конструкций резервуаров Ус = 0,80;
_0,95 Н0,9210-6 м3_=
0,56 10-8 м4 2 10-3 м 35106 Н/м2 0,8 = 0,27 < 1.
Условие прочности выполняется.
Опорное кольцо плавающего покрытия является элементом, фиксирующим силовые профили в рабочем положении, воздействие на несущие балки приводит к возникновению растягивающих усилий по периметру кольца, так как кольцо и силовые профили располагаются в одной диаметральной плоскости. Необходимо произвести проверку на прочность опорного элемента и в случае необходимости усилить кольцо дополнительными распорками.
Определим растягивающее усилие на опорное кольцо от силовых профилей:
N =
Ч0 + Чп 2пЯ
(25)
N
< 1,
(26)
257,09 Н/м2
10,0003 м2 (55 106) Н м2 0,8
= 0,019 < 1.
I=4п0 г 15
1 +
72Е
Р0(1 -V2)
(27)
где I - пролет балок; г - толщина настила; п0 - предельное отношение прогиба к пролету П0 = [1//] = 200; Е - модуль упругости алюминия, Е = 0,69 ■ 105 МПа; V - коэффициент Пуассона для прокатного алюминия, V = 0,35; ^ - нагрузка на настил, усилие создаваемое продуктом хранения, 0,1 кН/м2.
Конструкция понтона состоит из 8 несущих балок каркаса, на которые опирается настил. Найдем максимальный пролет между несущими балками для данной конструктивной схемы между несущими балками:
I =
(пБ
понтона
(28)
п
I = (3,140,718 м) = 0,28 м. 8 шт.
Настил опирается на 8 секторов по три несущих элемента, два силовых профиля и периферийное кольцо. Найдем максимальный пролет для данной конструктивной схемы:
где И - радиус опорного кольца, Я = 120 мм = 0,12 м;
N = 192,08 Н/м +1,66 Н/м = 257,09 2.
2 3,14 0,12 м
Расчет на прочность кольца, подверженного центральному растяжению по направлению нейтральной оси:
I =4200
г" 15
72 0,69 1011 Па 2004 100 Па(1 - 0,352)
= 3972,61.
При толщине настила г = 0,5 мм, I = 3972 х х 0,0005 м = 1,99 м > 0,14 м. Условие выполняется.
Определим силу, растягивающую настил:
фАЯус
где N - продольная сила, N = 257,09 Н/м2; ф - ко-эфициент устойчивости при центральном сжатии (растяжении), ф = 1; А - площадь сечения опорного кольца, А = 3 см2; Я - расчетное сопротивление на растяжение, для термически упрочняемого алюминия марки АД31Т, Я = 55Н/мм2; ус - коэффициент условий работы элементов алюминиевых конструкций, для конструкций резервуаров Ус = 0,80;
2
Н = У/Р —
Ег
•
(29)
где у/р - коэффициент надежности по нагрузке, У/Р = 1,2;
Н = 1,2
3,142
200
2 0,69 1011 Н/м2 0,0005 м
Условие прочности выполняется.
Далее произведем расчет настила понтона из алюминиевого листового проката толщиной 0,5 мм. Отношение пролета настила к его толщине рассчитаем по приближенной формуле А.Л. Телояна [3]:
1 - 0,352 = 2909,40 Н/м.
По результатам расчета принимаем настил из алюминиевого прокатного листа марки АД1 толщиной г = 0,5 мм.
Расчет на прочность основных элементов моделируемого понтона свидетельствует о выполнении требуемых условий по надежности работы конструкций и плавающего покрытия в целом.
Конструкция физической модели понтона идентична реальному плавающему покрытию, конструктивные элементы имеют одинаковые сечения и изготовлены из алюминиевых сплавов. Болтовые соединения при изготовлении заменены на соединения сваркой алюминия аргоном; рядные цилиндрические поплавки, обеспечива-
ющие плавучесть понтона, не оказывают влияния на исследуемый процесс. Формообразующим элементом изготавливаемого понтона является периферийное кольцо из листовой полосы; на внутренней поверхности периферийного кольца закреплены силовые профили, объединенные силовым кольцом в центре понтона в единую систему. Несущие элементы образуют 8 сегментов, покрытых листовым настилом; на стыках сегментов в нижней плоскости силовых профилей установлены опорные стойки.
Изготовленная модель не имеет эксплуатационных ограничений (рис. 1).
До проведения экспериментальных исследований произведен контрольный замер геометрических параметров, проведена визуальная проверка целостности конструктивных элементов и качества сварных соединений. В процессе подготовки методики испытаний было принято решение увеличить количество ступеней нагрузки настила изготовленной физической модели понтона с целью поэтапного отслеживания работы разработанной конструктивной схемы.
Для проведения статических испытаний применены: прогибомер ПСК-МГ4.01 (6 ПАО), тензо-метрическая станция ММТС-64 и тензометриче-ские датчики.
Изготовлены испытательный стенд и загрузочный цилиндр для моделирования нагрузок на понтон. Внутри цилиндра установлены разделительные диафрагмы, позволяющие приложить нагрузку на четверть, на половину и на всю поверхность модели понтона. В качестве груза использована песчано-гравийная смесь.
Основные этапы проведения эксперимента:
1)распределение и установка тензометриче-ских датчиков по ребрам несущих элементов модели понтона;
2) подключение установленных тензометри-ческих датчиков к тензометрической станции ММТС-64;
3) установка модели на испытательный стенд, позволяющий зафиксировать понтон по периметру, с целью моделирования заклинивания плавающего покрытия (данное положение является наиболее неблагоприятным при эксплуатации плавающего покрытия, моделируя критические условия эксплуатации);
4) установка прогибомеров;
5) установка загрузочного цилиндра, моделирующего стенки вертикального стального резервуара;
Рис. 1. Физическая модель понтона
Ступени
1 - 40 кг
2 - 80 кг
3 - 120 кг
4 - 160 кг
5 - 200кг
6 - 240 кг
7 - 280кг
8 - 320 кг
Схема приложения нагрузки на всю поверхность настила пошона
ШЗ,
'¡-5/УУ
Рис. 2. Значение прогибов в зависимости от ступеней нагрузки при воздействии на половину поверхности физической модели
6) устройство в загрузочном цилиндре разделительных диафрагм для реализации приложения нагрузки по определенным областям поверхности понтона;
7) приложение нагрузки, поэтапно в 6 ступеней, на половину листового настила (I - 10 кг, II - 20 кг, III - 30 кг, IV - 40 кг, V - 50 кг, VI - 60 кг) для моделирования нагрузки при крене; 8 ступеней на всю
поверхность понтона (I - 40 кг, II - 80 кг, III - 120 кг, IV - 160 кг, V - 200 кг, VI - 240 кг, VII - 280 кг, VIII -320 кг) с целью моделирования потопления.
По результатам проведения экспериментальных исследований получены величины напряжений, прогибов по ступеням приложения нагрузки, зафиксирован характер деформаций несущих элементов покрытия (рис. 2).
В процессе обработки результатов построены графики зависимости напряжений от величины нагрузки, график значения прогибов по ступеням нагрузки для случаев кренообразования (на-
грузка на половину поверхности настила) и потопления понтона (на всю поверхность модели). Построена математическая модель экспериментального понтона и произведен линейный расчет в программном комплексе SCAD Office. Сопоставление результатов расчета и экспериментальных данных свидетельствуют о том, что характер работы конструкции подтвержден экспериментально и заявленные повышенные прочностные характеристики понтона в сравнении с понтонами традиционного исполнения подтверждены на физической модели.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Горев В.В., Филиппов В.В., Тезиков Н.Ю. Математическое моделирование при расчетах и исследованиях строительных конструкций: Учеб. пособие. -М.: Высшая школа, 2002. 206 с.
2. Пат. 2302365 РФ. Плавающее покрытие для резервуара / Ф.М. Мустафин, И.Э. Лукьянова, В.П. Рябинин. - М.: Роспатент, 2007. Бюл. № 19 от 10.07.2007.
3. Руководство по безопасности вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и неф-
тепродуктов (утв. приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 26 декабря 2012 г. № 780).
4. ГОСТ Р 52910-2008. Резервуары вертикальные цилиндрические стальные для нефти и нефтепродуктов: Общие технические условия. - М.: Стандарт-информ, 2010. 52 с.
5. СП 128.13330.2012 Свод правил. Алюминиевые конструкции: Актуализированная редакция СНиП 2.03.06-85. - М.: Минрегион России, 2012. 91 с.
INVESTIGATION OF STRESS-STRAIN STATE OF ALUMINUM COVERINGS BASED ON PHYSICAL MODELING
Yakshibaev I.N., graduate student
Lukyanova I.E., Dr. Sci. (Tech.), Prof. Department of construction and repair of oil and gas pipelines and storages Zaripov M.Z., Cand. Sci. (Tech.), Associate Prof. Department of technology of oil apparatus engineering
Ufa State Petroleum Technological University (USPTU) (1, Kosmonavtov St., 450062, Ufa, Russia) Email: [email protected]
ABSTRACT
The article describes the process of investigation of the stress-strain state of the aluminum coverings for vertical steel tanks with a radial design scheme based on static testing. The main steps of the modeling, selection and comparison of the geometric characteristics of the physical model of the covering, set out the calculation of the constructed floating cover for durability, and the main stages of experimental studies.
Keywords: tank, floating covering, model, aluminum, internal forces, constructive scheme, girders, support ring.
REFERENCES
1. Gorev V.V., Filippov V.V., Tezikov N.Ju. Matematicheskoe modelirovanie pri raschetah i iisledovanijah stroitel'nyh konstrukcij: Uchebnoe posobie. - M.: Vysshaja shkola, 2002. - 206 s.
2. Pat. 2302365 RF. Plavajushhee pokrytie dlja rezervuara / F.M. Mustafin, I.Je. Luk'janova, V.P. Rjabinin. - M.: Rospatent, 2007. - Bjul. №19 ot 10.07.2007.
3. Rukovodstvo po bezopasnosti vertikal'nyh cilindricheskih stal'nyh rezervuarov dlja nefti i nefteproduktov, (utv. prikazom Federal'noj sluzhby
po jekologicheskomu, tehnologicheskomu i atomnomu nadzoru ot 26 dekabrja 2012 g. № 780).
4. GOST R 52910-2008. Rezervuary vertikal'nye cilindricheskie stal'nye dlja nefti i nefteproduktov. Obshhie tehnicheskie uslovija. - M.: Standartinform 2010. - 52 c.
5. SP 128.13330.2012 Svod pravil. Aljuminievye konstrukcii. Aktualizirovannaja redakcija SNiP 2.03.06-85. M.: Minregion Rossii 2012. 91 s.
