ГОСТ 24757-81 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Аппараты колонного типа

Обложка ГОСТ 24757-81 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Аппараты колонного типа
Обозначение
ГОСТ 24757-81
Наименование
Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Аппараты колонного типа
Статус
Утратил силу в РФ
Дата введения
1981.30.06
Дата отмены
-
Заменен на
-
Код ОКС
71.120.01

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

СОСУДЫ И АППАРАТЫ.
АППАРАТЫ КОЛОННОГО ТИПА

НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ

ГОСТ 24757-81
(СТ СЭВ 1645-79)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПОСТАНДАРТАМ

Москва

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

СОСУДЫ И АППАРАТЫ.
АППАРАТЫ КОЛОННОГО ТИПА

Нормы и методы расчета на прочность

Vessels and apparatus. Apparatus of column type. Norms and methods of strength calculations

ГОСТ
24757-81

(СТ СЭВ 1645-79)

ПостановлениемГосударственного комитета СССР по стандартам от 15 мая 1981 г. № 2411 сроквведения установлен

с01.07.81

Несоблюдение стандарта преследуется по закону

Настоящий стандартраспространяется на аппараты колонного типа по ГОСТ 24305-80. Стандарт устанавливаетметоды расчета на прочность колонных аппаратов, работающих под действиемвнутреннего, избыточного или наружного давления, собственного веса и изгибающихмоментов от ветровых нагрузок или сейсмических воздействий, а также изгибающихмоментов, возникающих от действия ветровых нагрузок.

Стандарт полностьюсоответствует СТ СЭВ 1645-79.

1. РАСЧЕТНЫЕСЕЧЕНИЯ

1.1. При расчете колонногоаппарата устанавливаются следующие основные расчетные сечения:

поперечные сечения корпуса колонны,переменные по толщине стенки или диаметру (I-I, II-II, ..., Z-Z почерт. 1);для аппаратов постоянного сечения (по диаметру и толщине стенки) - только поперечное сечение вместе присоединения опорной обечайки;

поперечное сечение в местеприсоединения опорной обечайки к корпусу колонны (Z-Z по черт. 1, 2);

поперечное сечение опорнойобечайки в местах расположения отверстий (X-X почерт. 1,2);

поперечное сечение в местеприсоединения опорного кольца (Y-Y почерт. 1,2).

Расчетные сечения колонногоаппарата

Черт. 1

Цилиндрические опорныеобечайки

Черт.2

Примечание. Черт. 1 и 2 не определяют конструкцию и приведены только дляуказания расчетных размеров.

1.2. Для расчета местныхнагрузок следует рассмотреть дополнительные расчетные сечения (А-А, В-В по черт. 1).

Термины, использованные встандарте, и их условные обозначения приведены в справочном приложении.

2.РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ И РАСЧЕТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА

2.1. Расчетные давления

2.1.1. Расчетное давление p1 в рабочих условиях длякаждого расчетного сечения и пробное давление р2,измеряемое в верхней части колонны, - по ГОСТ 14249-80.

2.1.2. Гидростатическоедавление рн во время гидроиспытания колонны в вертикальномположении необходимо определять для каждого расчетного сечения по формуле

pН = g·(Н-х0). (1)

Для воды g = 10-5 Н/мм3 (10-3кгс/см3)

2.2. Нагрузки от собственного веса.

При расчете колонн должныбыть учтены следующие весовые нагрузки:

G1 - вес колонны в рабочихусловиях, включая вес обслуживающих площадок, изоляции, внутренних устройств ирабочей среды, Н (кгс);

G2 - вес колонны пригидроиспытании, включая вес жидкости, заполняющей колонну, Н (кгс);

G3-максимальная нагрузка колонны от собственного веса в условиях монтажа, Н (кгс);

G4 - минимальная нагрузкаколонны от собственного веса в условиях монтажа (после установки колонны ввертикальное положение), Н (кгс).

Примечание. Необходимо учитывать, что нагрузка от веса воды, заполняющей колонну вусловиях испытания, действует только на нижнее днище и расчетные сеченияопорной обечайки.

2.3. Расчетные изгибающие моменты

2.3.1. Максимальныйизгибающий момент МG от действия эксцентрическихвесовых нагрузок, в том числе от присоединяемых трубопроводов и другихнагрузок, необходимо определять для каждого расчетного сечения.

2.3.2. Изгибающие моменты MV от действия ветровыхнагрузок - по ГОСТ 24756-81.

2.3.3. Изгибающие моменты отсейсмических воздействий МR по ГОСТ 24756-81.

2.4. Снеговые нагрузки.

При расчете колонныхаппаратов снеговые нагрузки не учитывают.

2.5. Температурные нагрузки.

В случае необходимоститемпературные напряжения определяют специальными методами расчета.

2.6. Местные нагрузки.

Расчет локальных напряженийот местных нагрузок на колонне (например, трубопроводы, краны, лестницы и др.)производят по нормативно-технической документации, утвержденной в установленномпорядке. Для этого необходимо определить общие мембранные напряжения всоответствующих дополнительных расчетных сечениях (А-А, В-В по черт. 1) sх и sу по п. 4.1.

2.7. Расчетная температура

Расчетную температуру длякаждого элемента колонного аппарата следует определять по ГОСТ 14249-80.

Для элементов нижнегоопорного узла опорных обечаек, которые приварены к корпусу колонны иизолированы, расчетную температуру в рабочих условиях определяют по формуле

tA = maх (tK -Dt; 20 °С), (2)

где Dt -перепад температуры по черт. 3.

Перепад температуры вопорной обечайке

Dt = 10 + 0,132h3+ 0,249·10-3·h3 -0,305·10-6·h + 0,934·10-10·h

Черт. 3

Расчетная температура дляусловий испытания и монтажа принимается 20 °С.

3.СОЧЕТАНИЕ НАГРУЗОК

Колонный аппарат необходиморассчитывать для следующих трех условий работы аппарата:

рабочие условия;

условия испытания;

условия монтажа.

Сочетания нагрузок дляперечисленных условий приведены в таблице

Индекс условий работы

Условия работы

Давление р, МПа (кгс/см2)

Осевое сжимающее усилие, Н (кгс)

Расчетный изгибающий момент М, Н·мм,

(кгс·см)

Допускаемые напряжения, МПа (кгс/см2)

1

Рабочие условия

p1

F1 = G1

M1 = MG+ MV

В районах с сейсмичностью 7 и более баллов принимается большее из двух значений:

M1 = MG+ MV

M1 = MG+ MR

[s]A

[s]K

[s]О

2

Условия испытания

р2; pн

F2 = G2

M2 = MG+ MV

[s]A

3

Условия монтажа

0

F3 = G3

Для анкерных болтов

Принимается большее из двух значений:

M3 = MG+ MV;

M3 = MG+ 0,8MV

В районах с сейсмичностью 7 и более баллов принимается большее из трех значений:

F4 = G4

M3 = MG+ MV

M3 = MG+ 0,8MV

M3 = MG+ MR;

Примечания:

1. При расчете моментов M V и M R исходятиз общей весовой нагрузки врабочих условиях.

2. При расчете момента M Vисходятиз общей весовой нагрузки в условиях испытания.

3. При расчете моментов M V и M R исходятиз общей весовой нагрузки в условиях монтажа M V, учитывают изоляцию.

4.КОРПУС КОЛОННОГО АППАРАТА

4.1. Стенка колонного аппарата должна бытьрассчитана на прочность и устойчивость.

4.1.1. Расчет напряжений

Расчет напряжений следуетпроводить во всех сечениях, указанных в разделе 1, для рабочих условий (F=F1; M=M1; p=p1) и для условий монтажа (F=F3; М=М3; р=0).

4.1.2. Продольные напряженияsx следует рассчитывать:

на наветренной стороне поформуле (3)

sx= -+; (3)

на подветренной стороне поформуле (4)

sx= --. (4)

4.1.3. Кольцевые напряжения sy следует рассчитывать поформуле (5)

sy= (5)

4.1.4. Эквивалентныенапряжения следует рассчитывать:

на наветренной стороне поформуле (6)

sЕ= ; (6)

если sx < 0, то jТ = 1,0, если sy < 0, то jр = 1,0;

на подветренной стороне поформуле (7)

sЕ= ; (7)

если sx< 0, то jТ = 1,0, если sy < 0, то jр = 1,0.

4.1.5. Проверку условийпрочности следует проводить:

на наветренной стороне поформуле (8)

max {|sx |; sЕ} £ [s]К·jТ; (8)

если sx< 0, то jТ = 1,0;

на подветренной стороне поформуле (9)

max {|sx |; sЕ} £ [s]К·jТ; (9)

если sx< 0, то jТ = 1,0;

4.2. Проверка устойчивости

Проверку устойчивостиследует проводить для рабочих условий, условий испытания и монтажа.

4.2.1. Колонны,работающие под внутренним избыточным давлением, и колонны, работающие бездавления.

Если толщина стенки s3 опорной обечайки меньше илиравна толщине стенки самой нижней обечайки колонны и механические свойстваматериала опорной обечайки не выше соответствующих свойств материала обечайкиколонны, то расчет колонного аппарата не производят. В этом случае достаточнопровести проверку устойчивости опорной обечайки по п. 5.3. Для остальных колонн проверку устойчивости следуетпроводить для каждого основного расчетного сечения по формуле (10).

1,0. (10)

Нагрузки принимают всоответствии с таблицей.

Значения [F] и [М]определяют по ГОСТ 14249 - 80, соответственно, для рабочих условий, условийиспытания и монтажа.

4.2.2. Колонны, работающиепод наружным давлением

Для условий испытания имонтажа проверку устойчивости необходимо проводить в соответствии стребованиями п. 4.2.1.

Для рабочих условий проверкуустойчивости для каждого основного расчетного сечения, следует проводить поформуле (11)

1,0, (11)

где [р], [F], [М] - определяютпо ГОСТ 14249-80 для рабочих условий.

5. РАСЧЕТОПОРНОЙ ОБЕЧАЙКИ

5.1. Расчет опорной обечайкиследует проводить для рабочих условий и для условий испытания. Расчетныенагрузки в сечениях Z-Z (Fz = Gz; Мz) и Y-Y (FY=GY;MY) следует принимать всоответствии с таблицей. Для сечения Х-Х используют расчетные нагрузкисечения Y-Y.

5.2. Проверку прочностисварного шва, соединяющего корпус колонны с опорной обечайкой (сечение Z-Zпо черт. 1,2),следует проводить по формуле (12)

sx = ·min{[s]0; [s]К} (12)

Толщина сварного шва а1приведена на черт. 4

5.3.Проверку устойчивости опорной обечайки в зоне отверстия (сечение Х-Х почерт. 1,2)следует проводить по формуле (13)

, (13)

где[F], [M] - определяютпо ГОСТ 14249-80;

y1, y2, y3 - коэффициенты,определяемые соответственно по черт. 5, 6 и 7.

Если в сечении Х-Хнесколько отверстий, то расчет следует проводить для наибольшего из отверстийпо формуле (13)при условии, что для остальных отверстий коэффициенты y1 и y2 более 0,95. Если несоблюдены условия y1 > 0,95 и y2 > 0,95, то проверкуустойчивости необходимо проводить по формуле (13) при

где A, W, Ys - соответственно площадь,наименьший момент сопротивления и координата центра тяжести наиболееослабленного поперечного сечения.

5.4. Если в опорной обечайкеесть кольцевой шов, то проверку следует проводить по формуле (14)

sx = (14)

где:y1, y2, y3 - коэффициенты,определяемые соответственно по черт. 5, 6 и 7.

Если кольцевой шов находитсявне зоны отверстий, то коэффициенты

y1 = y2 = 1,0 и y3 = 0.

Узлы соединения опорнойобечайки с корпусом колонны

Черт. 4

Черт.5

Черт.6

Черт.7

6.РАСЧЕТ НИЖНЕГО ОПОРНОГО УЗЛА

6.1. Расчет нижнего опорногоузла следует проводить для рабочих условий и для условий испытания. Расчетныенагрузки Fy и My принимают в соответствии с разд. 5.

6.2. Ширина опорного кольца

Ширина нижнего опорногокольца b1 устанавливается конструктивно, при этом необходимособлюдать условие формулы (15)

b1 ³ b1R = (15)

Выступающая ширина нижнегоопорного кольца должна удовлетворять условию

2d2 + 30 мм £ b2 £ b1. (16)

6.3. Напряжение сжатия вбетоне следует рассчитывать по формуле (17)

sбет = [s]бет· (17)

6.4. Напряжение в сварномшве нижнего опорного кольца.

Для опорного кольца висполнении А (черт. 8) рассчитывают по формуле (18)

sх = (18)

Для опорных колец висполнениях В, С, D (черт. 8) проверку по формуле (18)проводить не следует.

6.5. Толщину нижнего,опорного кольца в исполнениях А, В, С, D следует рассчитывать по формуле (19)

s4 ³ max (19)

где c1=

1,0 - для опорного кольца исполнения А

по черт. 9 - для опорных колец исполнений В, С, D

Для опорного кольцаисполнения А толщину s4 дополнительно следуетпроверить по формуле (20)

s4 ³ + с. (20)

Если по формуле (19) или(20)будет получена величина s4 > 2s3 следует применятьконструкции нижнего опорного узла исполнений С или D.

6.6.Толщину верхнего опорного элемента - кольца следует рассчитывать по формуле (21)

s5 ³ max (21)

где c2 - коэффициент, определяемыйпо черт. 10

6.7.Толщина ребра

s7 = max (22)

где c3=

2,0 - для исполнений опорного узла В и D (черт. 8)

1,0 - для исполнения опорного узла С (черт. 8)

Для конструкции ребер ссоотношением > 20 ребра необходимодополнительно проверять на устойчивость.

6.8.Нагрузки стенки опорной обечайки от верхнего опорного элемента-кольца.

Местное напряжение изгибаследует рассчитывать по формуле (23)

(23)

где c4 - коэффициент, определяемыйпо черт. 11.

Для опорного узла исполненияС вместо b4 принимается b5, a для исполнения D(b6 +b7).

Проверку следует проводитьпо формуле (24)

s1x £ [s]п, (24)

где [s]п - предельное напряжениеизгиба принимается по действующей нормативно-технической документации.

6.9. Высота нижнего опорногоузла исполнений С и D.

Исполненияопорного узла

Черт. 8

Высоту h1опорного узла при выполнении условия b2 = b5, следует определять поформуле (25)

h1 (25)

при s5 » 2s3

Черт.9

Черт. 10

Черт. 11

c5 = 1+ c7, c6 = 1 + 2c7

c7 =

Толщины s5, s7 и s3необходимо рассчитывать дополнительно соответственно по пп. 6.6, 6.7 и 6.8.

7.РАСЧЕТ АНКЕРНЫХ БОЛТОВ

Расчет прочности анкерныхболтов следует производить для рабочих условий и условий монтажа.

7.1. Число анкерных болтов пустанавливают конструктивно, при этом

п = 4, 6, 8, 10, 12, 16...далее кратно 4.

7.2. Внутренний диаметррезьбы анкерных болтов для колонн, устанавливаемых на бетонных фундаментах,следует определять по формуле (26)

d2 ³ c8+ c, (26)

где c8 - коэффициент, определяемыйпо черт. 12.

Для условий монтажа FY = F4

Примечание. Если величина > 1,0, то (27)

число болтов должно быть:

не менее 4 при М24 - для колонн диаметром D1<1400 мм;

не менее 6 при М30 - для колонн диаметром 1400 мм <D1£2200 мм;

при D1>2200 мм болты диаметром М36 мм устанавливают с шагом 1200 мм, но во всех случаях число болтов должно бытьне более 12.

Черт. 12

ПРИЛОЖЕНИЕ

Справочное

УСЛОВНЫЕОБОЗНАЧЕНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В РАСЧЕТНЫХ ФОРМУЛАХ

а1 - толщина сварного шва в местеприварки опорной обечайки (черт. 4), мм (см);

а2 - толщина сварного шва в местеприварки опорной обечайки к нижнему кольцу (черт. 9), мм (см);

b1 - ширина нижнего опорногокольца (черт. 8),мм (см);

b1R - расчетная ширина нижнегоопорного кольца, мм (см);

b2- выступающаяширина нижнего опорного кольца (черт. 8), мм (см);

b3- длинаукрепляющего штуцера (черт. 5), мм (см);

b4- длинаверхнего опорного элемента (черт. 8), мм (см);

b5- ширинаверхнего опорного элемента (черт. 8), мм (см);

b6 - минимальное расстояние междудвумя смежными ребрами (черт. 8), мм (см);

b7 - максимальное расстояние междудвумя смежными ребрами (черт. 8), мм (см);

с - сумма всех прибавок к расчетнымтолщинам стенок;

d1- среднийдиаметр укрепляющего элемента (черт. 5), мм (см);

d2- внутреннийдиаметр резьбы анкерного болта, мм (см);

е1- диаметр окружности, вписаннойв шестигранник гайки анкерного болта, мм (см);

е2 - расстояние между анкернымболтом и опорной обечайкой (черт. 8), мм (см);

h1 - высота опорного узла (черт. 2 и 8), мм (см);

h2- высота фундамента (черт. 1, 2), мм(см);

h3- высотаопорной обечайки (черт. 1, 2), мм (см);

n -число анкерных болтов;

p1 - расчетное давление в рабочих условиях, измеряемое навысоте Х0 (внутреннее избыточное давление р >0 или наружное давление р < 0), МПа (кгс/см2);

p2- пробное давление, измеряемоев верхней части колонны, МПа (кгс/см2);

pн - гидростатическое давление в условиях испытания,измеряемое на высоте х0, МПа (кгс/см2);

[р] - допускаемоенаружное давление, МПа (кгс/см);

s1 - исполнительная толщина стенки колонны в соответствующемрасчетном сечении (черт. 1), мм (см);

s2-исполнительная толщина стенки нижнего днища колонны (черт. 1, 2), мм(см);

s3-исполнительная толщина стенки опорной обечайки (черт. 1, 2), мм (см);

s4-исполнительная толщина нижнего опорного кольца (черт. 8), мм (см);

s5-исполнительная толщина верхнего опорного элемента (черт. 8), мм(см);

s6-исполнительная толщина укрепляющего штуцера (черт. 5), мм (см);

s7-исполнительная толщина ребра (черт. 8), мм (см);

tA - расчетная температураопорного узлов рабочих условиях, °С;

tК - расчетная температура нижнегоднища колонны в рабочих условиях, °С;

х0 - высота расчетного сечения надповерхностью земли (черт. 1), мм (см);

Аб - площадь поперечного сеченияанкерного болта по внутреннему диаметру резьбы, мм2 (см2);

D1 - внутренний диаметр колонны в соответствующемрасчетном сечении (черт. 1), мм (см);

D2- максимальный диаметр колонны(включая изоляцию) (черт. 1), мм (см);

D3 - внутренний диаметр опорной обечайки (черт. 1 и 2) мм (см); у конических обечаек D3-внутренний диаметр в соответствующем исследуемом расчетном сечении;

D4- диаметр окружности анкерныхболтов (черт. 1и 2),мм (см);

F - расчетное осевое сжимающее усилие в соответствующем,расчетном сечении на высоте х0, Н (кгс) (без учетанагрузок, возникающих от внутреннего избыточного или наружного давления);

F1 - в рабочих условиях;

F2 - в условиях испытания;

F3 - в условиях монтажа;

[F] - допускаемое осевоесжимающее усилие, Н (кгс);

G - нагрузка от собственного веса, определяемая надсоответствующим расчетным сечением на высоте х0, Н (кгс);

G1- врабочих условиях;

G2 - в условиях испытания;

G3 - в условиях монтажа(максимальная нагрузка от собственного веса);

G4- вусловиях монтажа (минимальная нагрузка от собственного веса);

Н - общая высота колонны отповерхности земли (черт. 1), мм (см);

М - расчетный изгибающий момент всоответствующем расчетном сечении на высоте х0, Н·мм(кгс·см);

МG -изгибающиймомент от действия эксцентрических весовых нагрузок в соответствующем расчетномсечении на высоте х0, Н·мм (кгс·см);

MV - изгибающий момент отдействия ветровых нагрузок в соответствующем расчетном сечении на высоте х0,Н·мм (кгс·см);

МR -расчетныйизгибающий момент от сейсмических воздействий в соответствующем расчетномсечении на высоте х0, Н·мм (кгс·см);

M1, MG, MV, MR - в рабочих условиях;

M2, MG, MV, MR - в условиях испытания;

M3, MG, MV, MR - в условиях монтажа (без изоляции);

M4, MG, MV, MR - в условиях монтажа (с изоляцией);

[М] - допускаемый изгибающиймомент, Н·мм (кгс·см);

g- удельный вес испытательной среды при гидроиспытании, Н/мм3 (кгс/см3);

c1, c2, c3, c4, c5, c6, c7, c8 - коэффициенты;

sх -продольные напряжения, МПа (кгс/см2);

sy - кольцевые напряжения, МПа(кгс/см2);

sE -эквивалентное напряжение, МПа (кгс/см2);

s бет - напряжение бетона на сжатие, МПа (кгс/см2);

s- местное напряжение изгиба в опорной обечайке, МПа (кгс/см2);

[s]А - допускаемое напряжение для соответствующего элементаопорного узла, МПа (кгс/см2);

[s]К - допускаемое напряжение для корпуса колонны, МПа (кгс/см2);

[s]О - допускаемое напряжение для опорной обечайки, МПа (кгс/см2);

[s]А, [s]К, [s]О - в рабочих условиях;

[s]А, [s]К, [s]О - вусловиях испытания и монтажа;

[s]В - допускаемое напряжение в анкерных болтах по строительнымнормам при соответствующем сочетании нагрузок, МПа (кгс/см2);

[s]бет - допускаемое напряжение бетона на сжатие, МПа (кгс/см2);

[s]п - предельное напряжение изгиба, МПа (кгс/см2);

jр -коэффициент прочности продольного сварного шва;

jт -коэффициент прочности кольцевого сварного шва;

js - коэффициент прочностисварного шва, присоединяющего опорную обечайку к корпусу колонны (черт. 4);

y1 y2 y3 -коэффициенты;

Dt - перепад температуры в опорной обечайке, °С.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Расчетные сечения. 1

2. Расчетные нагрузки и расчетная температура. 2

2.1. Расчетные давления. 2

2.2. Нагрузки от собственного веса. 3

2.3. Расчетные изгибающие моменты.. 3

2.4. Снеговые нагрузки. 3

2.5. Температурные нагрузки. 3

2.6. Местные нагрузки. 3

2.7. Расчетная температура. 3

3. Сочетание нагрузок. 4

4. Корпус колонного аппарата. 4

5. Расчет опорной обечайки. 6

6. Расчет нижнего опорного узла. 8

7. Расчет анкерных болтов. 11

Приложение Условные обозначения, применяемые в расчетных формулах. 12