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. Нормы и методы расчета на прочность Vessels and apparatus. Apparatus of column type. Norms and methods of strength calculations | ГОСТ (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);
s1х- 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 |