автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.13, диссертация на тему:Предупреждение неравномерных осадок песчаных оснований стальных вертикальных цилиндрических резервуаров

в ид

5 ЛПР 1393

ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДВШ НЕ&ТИ И ГАЗА имени И.:.!. ГУЕККА

На правах рукопзсп УДК 622.652.23

Чыонг Минь Зунг

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ НЕРАВНОМЕРНЫХ ОСАДОК ПЕСЧАНЫХ ОСНОВАНИЙ СТАЛЬНЫХ ВЕРТИ -КАЛЬНЫХ ЩШВДРИЧЕСКИХ РЕЗЕРЕ7АР0В

Специальность 05.15.13 - Строительство 2 зксшуата!^

нефтегазопроводов,баз л хранл-т^ц

Автореферат диссертации на соискание учено;: степени кандидата технкческгх наук

Москзя -

1993 г

Работа выполнена ка кафедре сооружения газонефтепроводов и хранилищ Государственной акздемии нефти и газа имени И.М.Губкина Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Шутов В.Е.

Официальные оппоненты:

доктср тех ¡с: че сыт-: наук, профессор Козобков A.A. кандидат технических наук Щербаков А.Г.

Ведущее предприятие: ССО "Нефтегазмонтаж".

Защита состоится " 1993 г. в 15 часов • на

заседании специализированного совета Д.053.27.02 по защпте_дис-сергациЗ ка соискание ученой степени доктора технкчеаскх наук пс специальности 05.15.13 "Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, бзз и хранилищ" при Государственной академия нефти и газа имени И.М.Губкина по адресу: П79Г7, г. Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 65, а уд. £9-/ .

С диссертацией ысеко ознакомиться в библиотеке Государственной академия нефти и газа им. И.М.Губкина.

Автореферат разослан " 1993 г.

Ученый секретарь

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Стальные вертикальные цилиндрические резервуары (РВС) для 1ти и нефтепродуктов являются важнейшими инзенерЕкми объекта:.:;: ггяной и газовой промышленности. Практика эксплуатад1Ы РЗС з Р и за рубезом показала, что пропорционально увеличена их ютимости, а, следовательно, габаритных размеров, пог.чгается юятность возникновения неравномерных осадок гидрофобных дес-ых оснований. Неравномерные осадки оснований приводя? к так:;.: ъшим пространственный перемещениям тонкостенных элементсз ксн— унций резервуаров, при которых дальнейшая их эксплуатация стаятся опасной или просто невозможной. Полное разрушение резервуарных конструкций возможно при непомерных осадках оснований на больших площадях. Этим осадкам юобствуит в основном две динамические нагрузки: виЗрацаонкая движения транспорта по .-елезной и шоссейной дорогам соз?е:>;е:-:-нефгебаз, при работе насосных и компрессорных агрегатов и ) и ветровая. В диссертационной работе рассматривается .меха-¡м появления неравномерных осадок песчаных оснований РЗС зри местном воздействии на него эксплуатационной и вибрационной рузок.

Решение этой ванной и актуальной задачи даст возможность сс-шенно по-новому подойти к планировке территории нгэтебзз с ¡том типа грунта, интенсивности транспортных перевозок в зсне юма и отпуска нефтепродуктов, вибрационных воздействи?. сз сто ш работающих насосных агрегатов, чтобы полностью ззщтнть пео-ше основания резервуаров от опасных неравномерных осадок.

Для нефтебаз находящихся уге в эксплуатации представленная хе методика расчета виброползучести песчаных оснований ?5С поз-

велит заранее прогнозировать появление неравномер}{ых осадок и предпринять конструктивные иера либо снижения уровня вибрации, ли5о защиты песчаных оснований РВС от разрушения.

Актуальность теми диссертации. Современные нефтебазы предст; .usir собой комплекс технологических объектов, предназначенных для приема, отпуска и хранения нефти и нефтепродуктов. Обндй coi таз сооругенсЁ нефтебаз зависит от ее назначения и зидов производимых ка не£ операций.

3 соответствии с эксплуатационными требования в зоне погру-зочно-разгрузочных операций нефтебаз расположены насосные станц с насоеамп центробежного и пораиеваго тша, подъездные яелезно-доронные пути и тупики, шоссейные дороги, погрузочно-разгрузоч-кые эстакада и площади и т.п. ...■-.. . • .... .

В процессе работы насосные агрегатов» при црекоздении Еелез-нодсрОЕНКл составов по нелезной дороги к транспортных средств по поссе неизбежно возникают динамические нагрузки, под действи которых е грунте распространяется волны напряжений и деформаций вкзаЕэщке неравномерны?, осадки песчаного основзикя РБС,

Поэтому ка совремегшок этапе резервуаростроснкя научные исследования, посвященные вопросам зарседс-ния и распространения н равномерных осадок песчзны? оснований РБС при совместном действ динамических и статических нагрузок, мозю рассматривать как реезние научно-технической задачи, имегцей актуальное народнохо аяйственкое значение.

Цель диссертационной теботы заключается в предупреждении неравномерных осадач песчаных оснований РЗС под влиянием распро странящнхся через грунт сотрясений от иотрчкиков вибрации на территория); кесгебаз. •.. ■

Основные задачи исследований. Для досттаешш поставленной и в диссертационной работе решены следующие задачи: Определение а(шлитуд и частот вертикальных и горизонтальных колебаний грунта, распространяющихся от фундаментов насосных и компрессорных агрегатов 2 келезных дорог, расположенных на территориях нефтебаз.

Разработка метода л алгоритм расчета неразясиерннх осадок песчаных оснований PEG при сошестноы деист ели эксплуатационной и вибрационной нагрузок.

Разработка квазистатичзского метода расчета напряэг-шо-дэфор-мирозанного состояния (Н.Д.С) конструкция резервуара с учетом зиброползучести я неравномерной осадка песчаного основания. Создание на базе .современных 'ПЭШ азтс/.аглзлров^-шол снстеин расчета Н.Д.С конструкция резервуара с учет ал неравномерных осадок песчаного основания.

Исследование картины изменения наярязеннс^зфорьдгаоханного состояния конструкции PEG в зависимости от дродал^стелькостн процесса вибропатаучеоти и интенсшшос-ги нарастания неравномерной осадки песчаного основания.

Научная новизна диссертации заключается з разработке меха-зма зарождения и распространения опасных неравномерных осадок счаных оснований PEG при совместном воздействии статической зк-уатационной и динамической нагрузок, воз:шкандих а чрсцоссе :•:-:-луатации технологических объектов нефтебаз, посси и лзлезнш: рог. На основе этого впервые разработан кзазистатическиЯ метод счета НДС конструкции РВС при неравномерной осадке песчаного ¡нования.

Результаты диссертационной работы дзг/г зоэмозиссть лнгзнера:.;-зоектировщикам совершенно по -новому подойт.-i к разработке гене-

рального плана нефтебаз, распологая резервуарные парки на безе паском расстоянии от источников вибрации и предупреждая тем сг появление опасных неравномерных осадок РВС.

Практическая ценность к реализации резульатов исследование Решение этой актуальной задачи дает возможность совершенно пб-нозому подойти к планировке территории нефтебаз с учетом типа грунта интенсивности транспортных перевозок в зоне приема и от пуска нефтепродуктов, вибрационных воздействий со стороны рабе пцих насосных агрегатов, чтобк полностью защитить песчаные oci saкия" резервуаров от опасных неравномерных осадок.

Для нефтебаз, находящихся уже в эксплуатации, представленная ниЕе методика расчета виброползучести песчаных оснований РВС г валит заранее прогнозировать появление неравномерных'осадок и применить конструктивные методы либо снижения уровня вибрации, либо защиты песчаных оснований РЕС от разрушения.

Рекомендации до дальнейшему внедрению

Результаты экспериментальных и теоретических исследований кемекдузтея испсдьзозать б проектных организациях, занимающихся разработкой проектов современных нефтебаз, а такае при проведе ремонтно-зосстановюгелъных работ в резервуарных парах.

Апробация саботк. Основные положения и методики диссертацн ной работы были долонены и обсуздены на научном семинаре кафед сооружения газонефтепрозодов и хранилищ и на конференции колод ученых.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глаз, зыводсв и рекомендаций, приложения, списка литер туры из 117 наименований и излокена на ¿¿^страницах, в том числе содернит ¡yji рисункоз^?^ таблиц О */<$ страниц прил Еекия.

КРАТКОЕ СОДЕРНАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отмечается актуальность вэЗранной темы, сфор?.1у-зована основная цель работы и задачи исследования.

В первой главе рассматривается результаты проведенных з СНГ за рубежом исследований по вопросу осадок оснований резервуа-з, приводится классификация осадок песчаных оснований РВС. озедеп анализ судествуетцк отечественных я зарубежных прсектких иений основания стальных вертикальных резервуаров для хранения фти и нефтепродуктов. На основании икеэдихся в литературных точниках сведений сб авариях резервуаров подчеркивается наиболь-я опасность неравномерных осадок для эксплуатационной пригод-сти конструкций. Описаны результаты наблюдений за осадками ос-ааний резервуаров в период эксплуатации, закономерности разви-<я осадок по времени. Приводятся результата обследований состся-1Я днищ резерзуаров при неравномерных осадках, отмечаются ка-)слее характерные случаи деформирования дзнщ и анализируется их гасность с точки зрения возможности разрушения конструкции, зоанализироваш ранее выполненные экспериментальные исследования апряженно-деформировашюго состояния натурных конструигл резервов в тот числе и при неравномерных осадках, отмечены большая с трудоемкость и противоречивость. Приводится обзор работ и ормативный документации по назначения допустимых вели^г.ш нера-аомерных осадок. Установлено, что эмпирический подход к данной роблеме привел к разнохарактерным и плохо согласуемым критериям, также к большому разбросу значений предельно допустимых осадок.

В первой главе таете-ран краткий обзор шендихся теоретичес-и и экспериментальных^исследований, поовэденыш^ изучению прсцес-:а деформирования неводонасыщешшх несвязанных грунтов, их проч-юати свойств, а также существующих прэдлозений по расчету необ-

ратимых смещений грунтовых массивов и фундаментов на таких грунтах при различном роде динамических воздействий. Анализ не данных наблюдений за поведением оснований, фундаментов и земляных соору-некий при значительных вибрационных и, в особенности, ударных воздействиях от промышленных и транспортных источников, во время разрушительных землятрясений или при действии взрывов показывают, что для правильного прогнозирования поведения оснований сооружений необходим учет не только упругих, но и упругопластических деформаций, а такяе возможности образования в основании фундаментов зон предельно напряженного состояния, ч^о могет при определенных условиях привести к потере устойчивости основания и к пояь лент необратимых деформации..

Представленный в данном разделе анализ состояния вопроса по решению проблемы неравномерных осадок резервуарных конструкций позволил сделать следующие выводы.

1. В настоящее время практически не изучен механизм- появления и нарастания неравномерных осадок песчаных оснований РВС при совместном действии эксплуатационной и вибрационных нагрузок ка территориях современных нефтебаз,

2. Бсяшинство исследователей решали поставленную задачу путем анализа Н.Д.С резервуарных конструкций при неравномерных осадках песчаных оснований с целью выявления величин допустимых осадок и выработки практических рекомендаций по ремонту и ззоду РЗС в эксплуатацию. Но такой подход радикально не решил проблему предупреждения неравномерных осадок песчаных основ-ваний РВС.

¡'¡менно поэтому в реферируемой диссертационной работе сделана попытка разработать физико-математическую модель механизма зароа-декия и развития неравномерных осадок песчаных оснований РВС при

стном воздействии статических и динамических нагрузок, рас-ражшцихсд от источников вибрации нефтебаз. На основе ртой и становится возможной разработка метода оценки Н..Г.С. .■рукцни резервуаров в процессе нарастания неравномерной осадки задал во времени.

Зо второй главе произведено исследование динамических воздействия зсчаное основание РВС от источников колебаний, расположенных ерритори нефтебаз.

Современные нефтебазы представляют собой комплекс технических умений, предназначенных для приёма, отпуска и хранения нефти фтепродуктов. Обпрй состав сооружений нефтебазы зависит от :азначения и видов, производимых на ней операций. Бее перечислен-сооружения тлеют на своей территории промышленные источники зации: насосные станции с насосами центробежного или поршневого I, подъездные железнодорожные пути и тупики, шоссейные дороги, рузочно-разгрузочнве эстакады и площади и т.п.. 3 процессе ллуатации этих объектов неизбежно возникает динамические нагрузки, действием которых в грунте распространяется волны нглргкений и ормаций, вызывающие виброползучесть песчаных оснований РВС. 3 упругой среде возмохно ..появление как продольных, так и по-гачных волн, называемых волнами расширения и искажения. Лиффе-1циальнке уравнения распространения волн в упругой среде плот-:тью р , полученные из обцих уравнений равновесия бесконечного прямоугольного параллелепипеда с ребра.'® ¿X , ¿4 , ¿1 , деленного в произвольной точке упругой среды - грунта, имеют сле-:<хдий вид:

д1и Ъ'а п

+ Я ' а)

Ш , £ Ш - о

96г дх1 ~и

где Ц и кГ - перемещения элементов грунта соответственно вдаль координатных осей ОХ и 01 ;

\ ,_±1—. .

а^уа-^)

. £ и С - соответственно коэффициент Пуассона, модули упругости и сдвига упругой сре; Дифференциальные уравнения (I) тодца-лтвенно удошгетворяи

при

и-. А-ЬпШ-(х-сЛ)]

С1 (2 )

¥= Б(х-сМ

где А и В - соответственно амплитуда колебаний вдоль осей ОХ 01 . ' с Г й ^ТсЩ? - скарость

распространения продольных и поперечных волн в грунте соответственно.

В зависимости от вида грунта С4 и Сь меняется от 120 -ы

(песок) до 1500 сек ( глины и суглинки ).

Так как все источники возбуждения колебаний расположены фш тически на поверхности территории нефтебаз ( или близка! к ней] то поверхностные волны ( волны Редея) имеют преобладающий зкачс ния по сравнение с продольными и поперечными волнами.

Скорость распространения поверхностных волн в грунтах нескс меньше поперечных волн

s

Причем коэффициент c¿ определяется из ре пения следующего авкения

/É \i-j0-- о.

Периоды колебаний грунта .вызываемых поверхностными волнами, ¡спространнщимися от фундаментов малшн с установившимся дзляе-гем, равны периодам возмущапцих сил, возниказзпссс при работе шик. Такал образом, если известны характеристики грунтов в каздом 1учае нетрудно приближенно вычислить скорость распространения эверхносткых волк, а для источнихоз подвергаются действия удар-jx нагрузок - также периоды Т колебаний грунта.

Для предупреждения неравномерных осадок песчаных оснований ВС особо вашое значение имеет определение 'амплитуд гсризонталь-ых перемещений грунта под песчаным основанием РВС, располонен-бел на про/.ольном расстоянии от указанных источников вибрации, а практике существуют некоторые формулы для определения этой зе-ичины, как аналитическая зависимость, предложенная Д.Д.Барканом roí формула, используемая в СНиП. До всетгз выражения являются фиблиненными. Они не учитывают свойства грунтоз строительной шоцадки, формы фундамента - источника вата, вида и частотной характеристики динамического воздействия на этот фундамент.

Натурные измерения, произведенные из 3D црсмишсших объектах с различная грунтовк.и условиями показали, что наиболее точно характер затухания колебаний^ вызванных работой промышленных установок, выражается формулой

-Í-/TT

Д, = А.-~Кп I

(4)

i

где А - амплитуда вертикальных (горизонтальных) колебаний грунта ка расстоянии Ъ от центра ял щади подошвы фундамента - источника волн;

Д,- амплитуда колебания фундамента;

К„- коэффициент перепада амплитуд колебаний мехду фундаментом и грунт ом;

£ - относительная амплитуда колебаний, определяемая по 1рафикг в работах Я.Д.Гимзельберга и К.И. Огурцова в зависимости с относительного расстояния ;

Ь - псяуразмер подопты источника волн; - параметр, учитывавший в "ближней" зоне не только неупрутиг сопротивления грунта, но также особенности приложения динамической нагрузки.

Еелэзныз дороги, как реальные источники волн? обладают протя-кекностыэ. При дзилсзнии по пути поезда .локомотивы и вагоны созер-савт слоннке колебания, оЗусловленыне, разнообразными причинами. Это призодпт к периодическому изменены® вертикальных'и горизонтальных сил взаимодействия мезду поездсм и пугег^что в свои очерс вызывает распространение волн в грунте.

Динамические воздействия вагонов на железнодорожные пути склг дываатся из двух факторов: ударов колес вагонов в стыках меяку рельсами и на других изолированных ' неровностях пути и колебаний кадрессорного строения. В связи с вытеснением кеураг.нозешзшшх локомотивов (пэрозозы) уравновешенными ( электровозы ). Фактор-уцарного воздействия колес подвижного состава на рельсовые пути стал репаищм. При рассмотрении процесса взаимодействия подвижно: сосгаза с рельсом общей моделью верхнего строения пути является модель в в^де балки, лежащей на'сплошном основании, упруго связа: ной с ним при перемещениях подсевы рельса в вертикальном и продольном .. . направлениях.

Ес-ли прзнебречь силами трения в контакте колеса и рельса и й . основании келезнодороЕного пути, то дийферекциальные уравнения вертикальных колебаний колеса вместе с рельссм при перекатывании

колеса через стык можно представить в виде: ^ • (5)

< к-сА^-и^-о .

где = + - вертикальные упругие перемещения центра

тяяести колеса и присоединенных к нему неподрессорных шее Ц ; вертикальное перемещение катеса по отношению к центру тязестл приведенной массы пути /??„ ; 2 - вертикальное перемещение приведенной кассы пути /??„ ; - вертикальное перемещение центра катеса; Скж Сп - соответственно контактная жесткость мелду колесш и и рельсом и жесткость нелезнодорогного пути. Из решения дифференциальных уравнении (5) конно получить следующее выражение для определения силы ударного взаимодействия че^ду колесом и рельсом в стыке.

ф тГ^т.-С^-Ип^ , (6)

где Т[к - скорость движения катеса,

При праходцешш подвижного состава поезда через стыки мелду рельсаш, раслатохенкыми на одинакова.! расстошии друг от друга, на железнодорожном пути возникают большое количество периодически повторяющихся групп ударов. Суммарное перемещение группа в произвольной точке песчаного основания РЗС монно патучлтъ.испатьзуя принцип суперпозии колебаний, распространяющихся от каздого стыка железнодородного полотна.

tZ

В третьей главе представлены статика и динамика оснований и фундаментов под насосные и ка.шрессорнне агрегаты и такне метода определения виброползучзсти песчаных оснований PBG.

Б процессе работы насосных и компрессорных атаегатов массива фундаментный блок испытывает воздействие статических и динамичен нагрузок. К статической нагрузке относится селы собственного вес. агрегатов и фундаментного блока. В агрегатах поршневого типа динамической нагрузкой ягглется горизонтальная сила инерпри, зозкга щая при движении поршня и других подвижных элементов конструкцш насоса. Если агрегат центробекного типа, то динамическая нагрузка представляет собой центр об еккузо силу инерции, пропорциональную степени дисбаланса врасапдихся элементов машин к сумме статического и динамического прогиба вала.

Расчет фундамента на статическуи нагрузку сводится к определенна основных размеров фундаментного блока и его массы из услоз! устойчивого долоЕения конструкции. При динамическом расчете определяются наибольшие амплитуды колебаний верхней грани фундамента блока и сравниваются с их допустимой величиной, а такие проверяет условие непоявления опасного резонансного режима работы системы а гре га т-фундач ент.

Если спроектирозатъ зое силы, действукдие" на основание бунда-мзкта при работе центробежных агрегатов, на вертикальную ось,то диНЬеренциалькое уравнение ксеебаний фундамента примет вид

44 т ¿if = L. иа Ы (7)

cte м м

где 2 - вертикальная осадка основания под подошвой фу:-—амекта площадью F ;

С. - коэффициент постели грунта основания;

Л - сук.грная масса агрегата и фундамента;

0) - частота всзмусгпдей силы f .

в

В частности,для хорошо отбалансированных вращающихся элементов 'робеяннх машин ( прн^абочем колесе )

?г т

Яп

и)-

30

П1 - масса рабочего колеса,

/2 - число оборотов вала, 1

и ^ - соответственно статический и динамический прогибы вала. Общее решение уравнения (7), соответствующее вынужденным ко -аниям фундамента, будет

£ <-

.я а\-оо1)

, (8)

Яг- - 7 - частота собственных

колебаний фундамента. (9)

Из зависимости (9) видно, что частота собственных колебаний вдамекта скигэегся с повышением несущей способности основания ¡г.

При работе малин дорзневого типа из-за неуравновешенных воз-атно-Еоступательно дзу&ианхся масс ( поршень, исток, кратцкопф, 7 массы шатуна) и неуравновешенных вращающихся масс ( кривошип, о палец, Ь.З массы шатуна-) возникают силы инерции - возвратно 1ступательная Р и центробежная . Эти силы стремятся вы-.'сти агрегат с фундаментом из с остатка равновесия, но уравноэе-шаются реактизкнми сулг:.гл со стороны основания.

Горизонтальное перемещение вдоль оси ох и угол поворота гносительно оси Оу центра тягестк фундамента равны

х-

шм-и^

где ¡(^ и К^ - коэффициенты кестксстп упругого основания при сд и повороте фундамента соответственно;

Ао и к - расстояния от центра тяяести фундамента соответс венно до подошвы основания и до горизонтальной о поршня.

Ях и Я^ - круговая частота собственных горизонтальных и вр щателъных колебаний фундамента соответственно,

I

д=

' "V

Суммарная амплитуда для А одинаковых и одинаково ориекти розанных мапшн насосных и компрессорных станций определяется по формуле

■ , (II)

где К - коэффициент .зависящий от типа двигателя,

- а'лшитуда колебаний сг.к с а; кия при работе 0 -ой капикы.

Динамические воздействии: Бозникащие от источников вибрации на дейстЕугщих нефтебазах существенно сказывайся на свойствах несвязанных (сыпучих) песчаных грунтов оснований РВС. Вибрации достигнув песчаных основания резервуаров, вызывают уменьшение трения мекду частицами песка и общее их сопротивление сдвигу,чтс естественно, снизает несущую способность основания и приводит к их неравномерным осадкам.

Практические наблюдения за осадками основания как новых коне рукций резервуаров.так и эксплуатирушдахся длительное время пока зывагот, что при совместном действии статической нагрузки ( от • собственного веса конструкции и столба хранимого продукта) и виб рационной процесс осадки песчаного основания протекает в две фаз

Осадш первой фазы носят равномерный характер. Они возникают а гидростатическом испытании конструкции построенного резервуара прочность и плотность. Эти осадки происходят за счет уменьшения ристости грунта основания.

Осадки второй фазы при действии одних статических ка:рузок воз-кают тогда, когда в толще основания позяляются достаточно развитые ласти пластически?: деформаций. В этом случае даже относительно большие динамические нагрузки на основание или слабые его со-ясения от внезннх источников приводит к существенному возрастанию сояютксй величины с телдеэдищк узатитчению их неравномерно ти з зависимости от расстояния до источника вибрации ) и к значл-льному повышению сроков стабилизации. Неравномерные осадки второй ¡за в основном происходят' за счет образования сдеигоз не^ду час-щами песка при дейстзии горизонтальной пульсирующей нагрузки. Из-¡нение сопротивления песчаннх грунтов сдвигу при пульсирующих на->яиекил>: одного знака, происходит не зэЬчег изменения истинного

А.

\ла внутреннего трения, а в связи с изменением Н.Д.С основания зд влиянием вибрации. Двне тогда, когда вибрации слабые, а сдви-'г^ее усилие, передаваемое на образец грунта, не достигает пре-гльного значения деформации сдвига протекают с весы/л малой пс-геяпкей пли олабозатуханцей скоростш все время, пока образец эдве-ргается вибрации и накапливаясь, мохут достигать бачыэн з:-:а-¿ний. Именно эти:.: и объясняется появление неравномерных осадок ззерьуаркых конструкций па дейстзущгх нефтебазах о бочьшм чис-см источников вибрации.

Процесс образования медленных незатухающих деформаций грунтов сд совместным воздействие.'.! статическтх и динамческих нагрузок азыва егся вибрел олзучэс тъю.

Постепенное снигение сопротивления песчаных грунтоз сдвигу при ибрациях с ускорением О. описывается следующей аналитической

/

зависимостью

с- с-

г-1.-е ) (12)

где Т„ = Р- ^^ ■> С - сопротивление грунта сдвигу при (И действии статической нагрузки Р ;

С - сцепление грунта;

К - параметр, зависящий от физических свойств грунта; критическое ускорение при сдвиге грунта.

Численное значение критического ускорения устанавливается на основании результатов лабораторных опытов. 3 соответствии с расчетными условиями критическое значение определяется прйлзштельно к уплотнению или сдвигу грунта.

функциональная зависимость С = ^ (&) была.подтверадена экспериментальным путем на оснозе результатов лабораторных опытов с комбинированием статических нагрузок и динамических воздействий на песчаные и супесчаные грунты. Экспериментальные исследования , проведенные на стандартной установке з лабораторные услозиях,показали:

- после стабилизации осадки от статической нагрузки, прилояеш небольшой (1-3 ) 1СГ3МПа динамической нагрузки призодит к появлеш необратимой осадки. И когда скорость ее постоянно уменьшается, осадка не стабилизуется ( за 5 суток) ^

- при включении динамической нагрузки осадка стабилизуется до момента нового включения;

- затачивание грунта при работе вибратора приводит к увеличен:: скорости и величины дополнительной осадки.

Большой интерес представляет экспериментальные зависимости мез предельными сдвигаидей нагрузкой % и избыточны.: давлением 'о на песчаное основание при разных значениях относительно ускорения ^ ' ^ гкброштачпа. С увеличением значения ^ основная прочностная

инейная зависимость Р'.улонэ становится не линейной.Причем,чем вше наченке 'I , тем ирк меньшем избыточном давлении G" происходит сдзиг езду частицами песка.

Полученные результаты измерений h (/) длительностью' до 10 суток :ок2зали,что существует больной интервал времени,на котором дояся-штельная осадка при стационарной вибрацл изменяется по закону

k"d-fT , (14)

:де t - время действие Еибрацик;

. m

Л- с - интенсивность виброяолзучести;

т = ^ (15)

G - избыточное дззяеклэ на песчаное основание; ' 'предельная сдвигащая нагрузка.'

Численные значения относительного критического ускорения дал песка с различней объемной плотностыз в зависимости от статического избыточного давления представлены в таблице I.

Таблица I.

Грунт основания Объемная плотности |fc Сг/снЗ) Статическое избыточное <о (МПа) ст Шгощадь штампа F(*2) h

пессн . 1,86 0,2 1,3 0,03

1,80 0,2 1,3 0,02

1,67 0.2 1,3 0,01

1,56 0,2 1,3 0,007

В четвертой глазе излагается квазистатический метод расчета ЩС конструкции резервуара при неравномерной осадке песчаного основания вследствии его зибропслзучести.

Результаты экспериментальных исследований вибродолзучести песчаных грунтов ка вибрационных стендах и в полевых условиях показали.

что этот процесс,приводящий к неравномерным осадкам песчаных основ ний,протекает очень медленно. Он возможен лишь в том случае,если в личина ускорения колебаний грунта основания больше его критическог значения, при котором происходит сдвиг меэду частицами грунта.

Малая скорость виброползучести позволяет принять допущение о р

стацие£<аности процесса неравномерной осадки песчаного основания РВ за бесконечно-малый промежуток времени д/'.Следовательно,нестационарность процесса неравномерной осадки песчаного основания можно рассматривать как беспрерывный переход от одного стационарного состояния к другому за весь период процесса виброползучести £ .

Такой подход.при котором неравномерная осадка песчаного основа! в каядый момент времени рассматривается как стационарная,но ее градиент получает приращения,широко применяется при решении ряда зада^ гидромеханики и известен в гидромеханике как принцип последователи смены стационарных состояний. Это является допущением при разработи алгоритма расчета Н.Д.С конструкции резервуара,неравна,1¡ерно оседаю-на песчаном основании вследствие ш бропслзучести грунта.

Первым шагом в алгоритме расчета Н.Д.С конструкции резервуара при неравномерной. осадке песчаного основания является определение контактного давления Д, (Ос ) ыегду днищем резервуара и поверхность основания в начальный период, когда еще отсуствует вибрационная нагрузка, для ее решения приводится расчет нияне—то узла резервуара при действии только статических эксплуатационных нагрузок. После определения внутренних усилий и перемещений в ниннем опорном узле резервуара ври действии статической эксплуатационной нагрузки ( О, М.. , б„ ) вычисляется значение контактного давления (х) между днищем резервуара и поверхностью основания по формуле:

, сю

1де Сг - коэффициент постели основания резервуара,

У(х)- прогиб днища резерпу^иа.

lía последуга^х шагах определяется неравномерная осадка резерву-

за бесконечно-маль,е промежутки времени процесса виброползучести и производится оценка влияния этой осадки ка ЦЛС элементов кон-укции F3C.

Так как в области виброползучести песчаного основания физико-¡анические свойства грунта претерпели изменение, то для определения завномерной осадки основания используется теория расчета рлемен-зной полоски, вь-резанной из днища, на упругом основании с перемен-л коэффициентом постели. При этом стеряневая аппроксимация задачи зт возможность, меняя жёсткость стеркней, моделировать полосы с ременньш по длине жёсткостью и коэффициентом постели. Предлагав- . ï стеркневаэ аппроксимация может расчитываться классическими ме-цами строительной механики, но наиболее эффективны* на практике азалось пршенение метода сил.

Вычислительный процесс заканчивается при невыполнении условий очнссти в элементах конструкции FBC.

По разработанному атгортлу и блок-схеме (рисЛ) была составлена гаграмма вычислений на алгоритмичесом языке "Бейсик". Р&ализация ■ой программы ка ПЭШ и последукирв"; анализ ЩС конструкции резерву-за с щитовым покрытием вместимостью 5000 м3 при действии эксплуата-юнной нагрузки с учётом неравномерной осадки основания, образую-зйся вследствие зибраши при эксплуатации насосной станции с тремя ^ботамщиш насосами центробежного Tima марки HLÍ-IOOO-2IO, показали педующее.

Степень затухания амплитуд колебакй грунта ме.гду насосной стан-лей и резервуаром зперзухз очередь зависит от типа грунта. Грунты алой плотности более интенсивно поглацакт энергию золн, чем твердое скальные. '

Напряжения в тонкостеннйЯ оболочке нижнего пояса резервуара

НА У.Л/10

' 1

£

1 1

Взод исходных данных о резервуарах

Расчет

основания резервуара при стати ческой нагрузке

•¿¿5ра.цпп (насосы)

¡точниках

Расчет а^титутды колебаний Фундамента источника вибрации '(насосы)

Расчет ускорения; песчаного основания под днищем резерзуа I*

Сравнение значений ускорения СсУ.Ог»^. колебания основания резервуар: с критические значением

гг Г

в

Расчет неравномерной осадки основания*резеозуаш при виброп слзучестй

гасчет

ери переменно:: значении коэффициента постели

Прсзэрка условий прочности резервуара при неравномерной осадке от вибрслолзучести

Рис. I Блок-схема алгоритма расчета К.Е.С. нснстг/кцпи резергуара

7 й

стигли уровня текучести стали за 5 часов процесса виброползучести счаного основания НЗС. Зозшкащаэ за сто вреш неравномерна* адкг вызывает в опорно» сечении оболочки корпуса резервуара изги-ющлй момент, величина которого в 6,3 раза больше чем пр! равномер-й осадке. Под действием этого момента тонкостенная оболочка корпуса ворачивается внутрь резервуара, как показано на рис.2.

йзультаты расчёта, полученные на первом шаге вычислительного горитма - при равномерной осадке песчаного основания, имеет Хорога сходимость ^результатами экспериментальных исследований РОС го же типа и той :-:з вместимости, проведенными в 1956 году на парной конструкции л.П. Петровым и Ы.К. Сафаряном.

За 5 часов процесса виброползучзсти весьма существенно изменя-ся картина осадки песчаного основания (жс.З) и контактного дав-ния между днищем к поверхностью песчаного основания. Большая оса-:а основания на свободном ¿фал днища, равняя 2,85 см. приводит к рг^ву дкища от поверхности основания на растолкни 17,5 см. и обра-| ваш из "хлопуна" протяженностью 25 см. величина образовавшейся ка-¡рни из-за отсыпки песка при виброползучеети составляет 2,5 см. I левом краю каверны отпор песчжого основания равен &8 Н/см^, на

С)

;авом-П5 Н/с«~. Максимальный г.е отпер грунта на первом шаге алго-

гтма, то--есть при действии только статической эксплуатационной наР

узки, равен 59,3 Н/см~.

Таким образом, дат.е незначительна1! по своей протяженности область 1брсползучести песчаного основания приводит к существенному переопределению внутренних си.л в нкянем опорном узле и появлению 1асных для элементов конструкции резервуара дополнительных динами-эских напряжений.

3 конце диссергагу.онкой работы представлены конструктивные меро-риятия и практические рекомендация по сгекению уровня вибра1р'.и н а^!те песчаных оснований гВЗ от виброползучЕСТи.

Wen)

Динамика прогиба стенки РВС

ï\ (/П ^ши» i#lilI MW

основной вывода

1. В настоящее время практически не изучен механизм появления и нарастания неравномерных осадок песчаных оснований РВС при совместно!, действга эксплуатационной и вибрационной нагрузок.

2. Степень затухания колебаний от источников вибрации зависит от упруго-пластических свойств грунта, площади подопвы фундамента и частоты его вынужденных колебаний. Колебания от низкочастотных мат распространяются в грунтах на большее расстояние чем от высокочастс них.

2. Частота собственных колебаний сундамента существенно снижается с повышением статического и динамического давления на грунт, причём чем больше жесткость основания под подошвой фундамента, тем интенсивнее происходит это снижение.

4. Процесс образования медленных кезатухащих детор^адцй песчанш: оснований РЭС при совместном действии статических и динамических нагрузок происходит зайчёт образования сдвигов между частицами пес; когда ускорение колебаний дсс.-нгае? своего критического значения, пр1 котором грунт изменяет свою структуру и физико-механические свойства, уплотняясь с появлением необратимых осадок.

5. Даже незначительна* по своей протяженности область виброползучести песчаного основания приводит к существенному перераспределению внутренних сил в опорном узле РЭС и появлении опасных дополнительных напряжений в элементах конструкции резервуара.

6. Снижение виброползучести песчаного основания ?ЗС может бить достигнуто путем уменьшения статических и динамических нагрузок, заг дублением дувдаментов под насосные агрегаты, выравниванием интенси кости отпора груста под подопвей фундамента, демпфированием ш.шлит вынужденных колебаний источников вибрации, устройством шпунтового ограждения по всему периметру основания, применением конструкции