ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНТЕРЦЕПТОРОВ ДЛЯ СТАЛЬНЫХ ДЫМОВЫХ ТРУБ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Особенности использования интерцепторов для стальных дымовых труб

см см о см

о ш т

X

<

т О X X

Ольфати Рахмануддин Садруддин,

кандидат технических наук, доцент кафедры металлические и деревянные конструкции, ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет», доцент кафедры Машиностроительной технологии инженерной академии, ФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов», dr.ulfati@mail.ru

Заки Закирулла,

доцент кафедры гражданского строительства инженерного факультета Багланского университета, zakirzaki24@gmail.com

Проектирование дымовой трубы всегда осуществляется индивидуально: для конкретного объекта, с установленными параметрами и условиями эксплуатации. Увеличение темпов строительства и желание снизить стоимость строительства долго время являлись и являются определяющим фактором в промышленной сфере.

По данным Росстата, по состоянию на 2020 год насчитывается 19978 предприятий по обеспечению энергией, газом и паром, 22376 предприятий, связанных с водоснабжением и водоотве-дение. Для каждого из этих видов промышленности часто требуется наличие на производстве дымовой трубы. В рамках данной работы будет показан расчёт и проектирование стальной дымовой трубы с использованием таких гасителей колебаний - интерцепторов.

Целью исследования является расчет стального несущего каркаса дымовой трубы, с учетом его возможного вступления в резонансное вихревое возбуждение.

Результатом исследования стал вывод о том, что преимуществами металлических дымовых труб являются: обеспечение индивидуального подхода при проектировании; проектирование сразу нескольких газоотводящих стволов в одной несущей системе; снижение затрат на строительство. Ключевые слова: каркас дымовой трубы, интерцепторы, стальные.

В процессе разработки проектов различных типов зданий (гибких высоких), а также инженерных сооружений широкое распространение получили гасители колебаний, которые бывают как aаэродинамические, так и механические. Их использование дает возможность существенным образом уменьшить амплитуду колебаний по горизонтали, которые возникают в ходе влияния на постройку вихревых потоков [1]. Для оценки эффективность использования гасителей проводятся специальные расчеты, которые основаны на динамических воздействиях сил на объект. Кроме того, в процессе анализа принимают во внимание воздействие гасителей на основные технико-экономические показатели, а также возможность проводить контроль в процессе эксплуатации.

Гасителей в большинстве своем применяются на следующих типах объектов:

- сооружения с металлическим каркасом;

- стальные дымовые трубы;

- металлические башни, имеющие решетчатое или сплошное строение.

В местностях, для которых характерными являются высокие ветровые нагрузки, для комплектации дымовых труб дополнительно используются интерцепторы. Их назначение заключается в снижении динамических колебаний. Применение интерцепторов позволяет увеличить динамическую устойчивость всего сооружения. Они представляют собой спирали из полосовой стали, приваренные к верхней части трубы. В случае отсутствия данного устройствa объект может быть выведен из нормального режима функционирования, также это может стать причиной аварии. Поэтому критически важным является реализовать ряд мер, которые позволят уменьшить или предотвратить колебания еще на этапе проектирования сооружения.

Интерцепторы имеют вид спирали, которая собрана из стальных сплавов. Она монтируются непосредственно как на часть трубы. В некоторых случаях тнтер-цептор может занимать всю длину трубы. Спираль традиционно изготавливается из 3-х полос, которые имеют ширину около 1/8-1/12 диаметра трубы, а шаг находится 3-5 диаметров.

Трубы небольшой конусности (уклон до 1,2 %), а также цилиндрические трубы согласно СП 20.13330 следует рассчитывать с учетом резонансного вихревого возбуждения, а также усталостных повреждений, которые являются его следствием. С этой целью следует установить при какой скорости ветра появляются резонансные колебания. В ходе проводимых вычислений, кроме значения непосредственно самой ветровой нагрузки важное значение имеет диаметр обдуваемой трубы, и материал, из которого она изготовлена [12].

Чтоб предотвратить резонансное возбуждения могут применяться гасители колебаний и оттяжки. Т.е. динамические или механические гасители колебаний. Кроме того, широкое распространение получили гасители колебаний, которые имеют вид прутковой навивки или спиральных ин-терцепторов. Благодаря им повышаются собственные частоты трубы до того уровня, когда колебания уже не возникают. Аэродинамические или механические гасители колебаний дают возможность предотвратить появление резонансного вихревого возбуждения.

Как известно, полностью избежать появление резо-нансa, возникающего вследствие ветровых потоков не представляется возможным, однако можно значительным образом снизить его воздействие на объект. Интер-цепторы позволяет сменить вектор движения вихревых потоков, а также вывести выхлоп вредных веществ на более высокий уровень, избегая при этом оседания загрязняющих веществ в воздухе.

Вытяжная труба

каркас

Рис.1. З-О модель дымовой трубы, оснащенная интерцепто-рами

Чтобы в процессе расчета было учтено влияние ин-терцепторов на устойчивость объекта обычно используют повышенный коэффициент лобового сопротивления сх, который равен 1,4 если спираль имеет ширину 0,05 диаметра трубы и 1,5 если ширина - 0,12 диаметра [3].

Когда имеет место обтекание сооружения цилиндрической формы плоскопараллельным потоком ветра обычно за сооружением появляется вихревая дорожка, вихри в ней имеют шахматное расположение. При определенных скоростях ветра частота сооружения может быть равна частоте срыва вихрей, это приводит к появлению резонансных колебаний.

Расчет каркаса дымовой трубы

Расчет стального каркаса дымовой трубы выполняется в несколько этапов:

1. анализ исходных данных для расчета и проектирования: определение высоты каркаса, верхней и нижней отметки газохода, габариты каркаса, необходимость площадок обслуживания и их отметки;

2. подбор схемы несущего каркаса в соответствии с СП [2,3] и рекомендациями по проектированию дымовых труб;

3. анализ подобранной схемы на возможность вступления конструкции в резонансное возбуждение;

4. проверка необходимости установки гасителей колебаний;

5. задача в расчетной схеме необходимых нагрузок:

• собственный вес каркаса, вес настила, ограждений;

• собственный вес газохода и опорных элементов;

• полезная нагрузка;

• снеговая нагрузка;

• вес отложений;

• ветровая нагрузка;

• определить необходимые коэффициенты надежности по нагрузки и ответственности;

6. задача пульсационной составляющей ветровой нагрузки, путем задачи через динамические нагружения в ПК ЛИРА-САПР;

7. составление таблиц РСН и РСУ с учетом необходимых коэффициентов сочетания;

8. задача сечений элементов, дополнительных характеристик, материала;

9. определение расчетных сочетаний усилий;

10. проверка и подбор прокатных сечений элементов стальных конструкций;

11. анализ прогибов, коэффициентов использования по первому и второму состоянию;

12. проверка схемы на общую устойчивость.

Основная методика расчета

Расчет системы проводится по следующей методике:

1. Выбирается рациональное конструктивно-планировочное решение системы.

2. Проводится поверочный расчет, по которому оценивается необходимость установки гасителей колебаний или проведение иных мероприятий по снижению вероятности вступления конструкции в резонанс из-за совпадения частот ветрового потока с собственной частотой сооружения.

3. Резонансное вихревое возбуждение не возникает в том случае, если:

V >У

(2эк),

4. В случае выполнения условия, мероприятия по снижению вероятности вступления конструкции в резонанс не предусматриваются.

5. Если же условие не выполняется, то в систему, в качестве гасителей, вводятся интерцепторы.

X X

о

го А с.

X

го т

о

Рис.2 Расчетная схема каркаса с указанием сечений элементов

м о м м

6. Расчет в статической постановке. В расчетной схеме рис.2 определяется напряженно-деформированное состояние (НДС) при условии нормальной эксплуатации во всех элементах конструктивной системы

Анализ результатов

Результаты расчета схемы дымовой трубы в ПК ЛИРА-САПР отображаются в графической форме с по-

мощью шкал. При подборе сечений оцениваются коэффициенты использования по первому и второму предельному состоянию.

Если показатели не удовлетворяют требованиям, следует усилить конструкцию, путем увеличения сечений или дополнительного раскрепления. Данная операция проводится до удовлетворений требований по прочности и устойчивости конструкции, алгоритм ее отображен на рис.3.1.

Выбор рациональных конструктивно-планировочных решений

1 г

Поверочный расчет на возможность возникновения резонансного вихревого возбуждения

Расчет схемы, при учете введения гасителей колебаний

Расчет схемы без учета гасителей колебаний

см см о см

о ш т

X

Локальное усиление несущих конструкций

Рис.3. Алгоритм расчета

<

т о х

X

Выводы

В результате расчета получено, что стальные конструкции дымовой трубы способны воспринять все действующие на неё нагрузки. Стальные конструкции каркаса удовлетворяют всем требованиям по первому и по

второму предельным состояниям, соблюдены требования по горизонтальным и вертикальным перемещениям от нормативных значений нагрузок.

В результате приходим к выводу, что проектирование металлических дымовых труб - одна из сложнейших

и перспективных областей в металл строительстве, требующая высокой квалификации при проектировании, изготовлении и монтаже.

Принимая во внимание тот факт, что интерцепторы увеличивают уровень ветровой нагрузки на трубу, они дают возможность «разрезать» ветровой поток. Благодаря этому удается достичь уменьшения влияния вихревого резонанса.

Литература

1. Пособие по проектированию мероприятий по защите зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения

2. СП 385.1325800.2018 Защита зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения. Правила проектирования. Основные положения

3. СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия

4. Никитин П.Н., Оносов Г.В. Опыт проектирования дымовых труб // Пром. и гражд. стр-во. 2009. №5. С. 2427.

5. ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения

6. Федеральный закон № 384-ФЗ от 30.12.2009 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений»

7. Федеральный закон №190-ФЗ от 29.12.2004 «Градостроительный кодекс Российской Федерации»

8. Федеральный закон № 116-ФЗ от 21.07.1997 (ред. от 08.12.2020)

9. ГОСТ 10704-91 «Трубы стальные электросварные прямошовные. Сортамент»

10. ГОСТ Р 57837-2017 «Двутавры стальные горячекатаные с параллельными гранями полок. Технические условия»

11. ГОСТ 8240-97 «Швеллеры стальные горячекатаные. Сортамент»

12. Дымовые трубы. Теория и практика конструирования и сооружения / Е.Г. Овчаренко; под редакцией С.В. Сатьянова. - М.:Стройиздат, 2001. - 296с.

13. Атлас аэродинамических коэффициентов строительных конструкций/М.А. Березин; В.В. Катюшин, 140с.

Features of using intercepters for steel fumes Olfati R.S., Zaki Z.

Moscow State University Of Civil Engineering (National Research University),

Baghlan University JEL classification: L61, L74, R53

The design of the chimney is always carried out individually: for a specific object, with set parameters and operating conditions. The increase in the pace of construction and the desire to reduce the cost of construction have long been and are the determining factor in the industrial sector. According to Rosstat, as of 2020 there are 19978 enterprises providing energy, gas and steam, 22376 enterprises related to water supply and sanitation. Each of these industries often requires the presence of a chimney in production. As part of this work, the calculation and design of a steel chimney using such vibration dampers - interceptors will be shown. for safe operation of the chimney, it is necessary to design it in accordance with all applicable norms and rules,

The result of the study was the conclusion that the advantages of metal chimneys are: providing an individual approach to design; design of several exhaust shafts in one carrier system at once; reduction of construction costs. Keywords: the frame of the chimney, interceptors, steel. References

1. Manual on the design of measures to protect buildings and structures from

progressive collapse

2. SP 385.1325800.2018 Protection of buildings and structures from

progressive collapse. Design rules. Basic provisions

3. SP 20.13330.2016 Loads and impacts

4. Nikitin P.N., Onosov G.V. The experience of designing chimneys // Prom.

and the civil page. 2009. No. 5. pp. 24-27.

5. GOST 27751-2014 Reliability of building structures and foundations. Basic

provisions

6. Federal Law No. 384-FZ of 30.12.2009 "Technical Regulations on the

safety of buildings and structures"

7. Federal Law No. 190-FZ of 29.12.2004 "Urban Planning Code of the

Russian Federation"

8. Federal Law No. 116-FZ of 21.07.1997 (as amended on 08.12.2020)

9. GOST 10704-91 "Straight-welded steel pipes. Assortment "

10. GOST R 57837-2017 "Hot-rolled steel I-beams with parallel shelf faces. Technical conditions"

11. GOST 8240-97 "Hot-rolled steel channels. Assortment"

12. Chimneys. Theory and practice of design and construction / E.G. Ovcharenko; edited by S.V. Satyanov. - M.:Stroyizdat, 2001. - 296s.

13. Atlas of aerodynamic coefficients of building structures/M.A. Berezin; V.V.

Katyushin, 140c.

X X О го А С.

X

го m

о

м о м м