автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.13, диссертация на тему:Разработка конструктивных решений блочно-комплектных устройств нефтегазовых объектов, повышающих эффективность использования материалов

'.ЮСКОВСКИЙ ОРДШ ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ НЕЙТИ И ГАЗА имени И Л.!. ГУБКИНА

На правах рукописи

УДК 622.276.012:69.057.124

БЕКИРОВ Игорь Маратович

РАЗРАБОТКА КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ЭДОЧНО-КОМПЛЕКТЖХ УСТРОЙСТВ НЕФТЕГАЗОВЫХ ОБЪЕКТОВ, ПОВЫШАЩИХ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.15.13 "Строительство и эксплуатация

нефтегазопроводов, баз и хранилищ"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наун

У

/

Работа выполнена в Научно-исследовательском и проектно-конструкторском институте по комплектно-блочному строительст

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент, В.В.Очинский

Научный консультант - кандидат технических наук,

старший научный сотрудник, Л.В.Андриенко

Официальные оппоненты:

доктор технических наук , профессор А.М.СИНШОВ,

кандидат технических наук Ю.К.ПЕРМИКИН.

Ведущее предприятие - ССО Сибкомплектмонтаж

Защита диссертации состоится УД" 199^.

в х-,Г~час на заседании специализированного совета Д.053.27.0) по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора на; при Московском институте нефти и газа имени И.М.Губкина по а; ресу: П7917, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЫИНГ име] И.М.Губкина.

Автореферат разослан " 199 Рг.

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук, профессор

Г Р.А.Алиев

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Переход народнохозяйственного компаса к рыночной экономике ставит новые задачи в области компактно-блочного строительства (КБС). Важнейшей среди них пред-'авляется обеспечена конкурентоспособности КБС по отношению к ¡адиционнону строитель с ."-у. Реализация этой задачи невозможна !3 повышения эффективности использования материалов в конструк-1ях блочно-комплектных устройств (ЕКУ), низкий уровень которой настоящее время характеризуется чрезвычайно высокими показате-гми материалоемкости. Достаточно сказать, что расход материалов I единицу площади (универсальный строительный показатель) в соз-¡менных нефтегазовых БКУ в несколько раз превьтиает удельный рас-)Д материалов в аналогичных промышленных зданиях. По когЛфипиен-' использования массы (соотношение полезной нагрузки и массы ^принимающих ее конструкций - универсальный показатель для мо-[льных объектов) блочные устройства занимают последнее место сре-! всех наземных технических объектов, сравнимых с БКУ функцио-1лыю. Острота проблемы усугубляется существующим дефицитом мате-[альных ресурсов и неуклонным ростом их стоимости. Поэтому реше-:е комплекса задач по повышению эффективности использования ксн-■рукционных материалов в БКУ нефтегазовых объектов является акту-гьным.

ЦЕЛЬ РАБСШ. Обоснование и разработка направлений и техничес-[х решений по повышению эффективности использования конструкцион-(х материалов в БНУ нефтегазовых объектов.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ: структурно-функциональный ана-:з БКУ как конструктивной системы, выработка на его основе направ-!ний ре'ления проблемы; разработка системч показателей .для оценки фективности использования материалов в конструкциях ЕКУ; обссно-.ниа и расчет конструктивного типа ЕКУ, иг/ллучшим образом по ма-!риалоемкости совмещавшего эксплуатзцночн • > и транспортные функ-

ции; анализ эффективное1!;! создания и пр;:;.:;ьск;:я ряда сксязднгос (металл-г.елезобетсн) несуцих конструкций бдск-бсксов ;.:з«езнодо-рег-чого габарита, изучение Есггз^ностеГ: на:;~н::;ен;!

г н=:уз:х конструкциях ЕКУ в период доставки к разработка тохнп чееккх г.раююгений по реализации этого принципа,• оценка еффектк кости испольссзания конструкционных гатерлалов бо всех расс-.-гат-ренных типах Б1!У.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ. Для сцен;:;-; существующих конструктив ных решений блочных устройств по материалоемкости, выделения и постановки задач исследования, обоснования показателей еффектив ности использования материалов в конструкциях БКУ, выбора конст рукгивного типа блочного устройства, наилучшим образом по матер алоемкости совмещающего э"«п-.уатацисннь:з и трайспортные функции применялись элементы анализа функциональных систем;

расчет на прочность блока в виде замкнутой тонкостенной складчатой оболочки производился вариационным методом Ригца;

экспериментальная проверка расчета блока-оболочки осуцеств на на тестовой модели методом тензометрии;

конструктивные расчеты всех рассмотренных блочных устройст производились на основе действующих строительных норм проектиро вания и нормативных документов КБС;

обоснование конструктивных решений блочных устройств со см ванными несущими конструкциями, а также с регулированием налряк ний в период доставки, выполнялось методом вариантного проектир вания с использованием стандартного вычислительного комплекса ППП АПЖБК "Лира".

НАУЧНАЯ НОВИЗНА.. Сформулирована проблема повышения эффекти носги использования конструкционных материалов в БКУ нефтегазов: объектов и построено дерево целей, отражавшее пути ее решения. С позиций работы конструкций блочных устройств сформирован

гема "Технологическое оборудование - объемный блок - транспорт-перегрузочное средство - транспортный путь", на основании ана-1 которой предложены конструктивные решения БНУ.

Разработана специальная для БКУ система показателей эффектив-ги использования конструкционных материалов, с помощью которой ^ены и проанализированы существующие и предложенные конструкте решения блочных устройств.

Обоснована перспективная конструкция блока в виде тонкосген-складчатой оболочки.

Осуществлен статический расчет блока - оболочки из конструк-ио ортотропных элементов с приложением вариационного метода ца, для чего построены координатные функции метода, отвечающие кретным условиям опирания блока; произведено сравнение с чис-ными методами расчета и экспериментальная проверка расчета на товой модели.

Предложено конструктивное решение блока - оболочки на основе циальных трехслойных несущих панелей с дискретными связями.

Обоснован конструктивный ряд вариантов блок-боксов железно-ожного габарита со смешанными несущими конструкциями, показана ективность их применения.

Показана возможность регулирования напряжений в конструкциях чных устройств в период доставки и предложены технические ре-ия для ее практической реализации.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ заключается в том, что:

разработана специальная система показателей, позволяющая ективно оценить эффективность использования материалов как в струкции БКУ в целом, так и дифференцированно, в отдельных ментах или их группах;

предложена и обоснована рациональная по материалоемкости ма блока в виде тонкостенной складчатой оболочки, в том числе

формируемой на основе несущих панелей;

приложение вариационного метода Ритца к расчету блока-об лочки из конструктивно ортотропных плит повысило точность рас тов в сравнении с известными численными методами и дало возма ность использовать ЭВМ малой мощности;

применение смешанных несущих конструкций в блок-боксах ж лезнодорожного габарита обосновано экономически, предложен peí нальный подход к проектировании таких БКУ, показана возможное расширения унифицированного ряда блок-боксов, в том числе 672 проекта, на основе взаимозаменяемости стальных и железобетона элементов, а также за счет варьирования марок бетона и арматур без изменения размеров элементов, технологии заводской сборки доставки;

предложены технические решения, позволяющие регулировать напряжения в конструкциях блочных устр'ойств при транспортирова нии и повышающие эффективность использования материалов.

Результаты работы находят применение в практике института НИПИКБС, курсовом и дипломном проектировании в Тюменском инжен но-строительном институте.

Экономический эффект от применения сборного железобетонно настила основания блок-боксов железнодорожного габарита соста ляет не менее 100 рублей на один блок-бокс.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты исследований доложе;

на:

школе Миннефтегазстроя СССР "Опыт строительства объектов нефтяной и газовой промышленности с применением комплектно-бло' ного метода" (г.Новочеркасск, июнь 1988р.);

первой научно-технической конференции молодых ученых и спе циалистов института НИПИКБС (г.Тюмень, октябрь 1968г.);

заседаниях секций "Организации и технологии индустриальнс

строительства наземных объектов и строительной индустрии" и ационального использования материальных ресурсов" Научно-тех-ческого совета Миннефгегазсгроя СССР (г.Москва, февраль, март 89);

научно-практической конференции "Состояние р газации и облемы радикальной экономической реформы" (гЛ • ;нь, июнь 39г.);

координационном совещании по формированию зжотраслевой иевой комплексной научно-технической прогр»' , по ксмплектно-зчному строительству на ХШ пятилетку" (г.Тк.•ень, октябрь 1989г.);

кафедре "Сооружения нефтегазопроводов, баз и хранилкц" зковского института нефти и газа им. Губкина (г.Москва, апрель Юг.).

По результатам выполненных исследований опубликовано II 5от и 3 изобретения.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, 'ырех глав, общих выводов и списка литературы. Содержит 123 )аницы машинописного текста, 16 таблиц, 43 рисунка. Библиогра-[ содержит 133 наименования.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ диссертации приведен обзор литературных ис-:ников, освещено состояние проблемы, сформулированы цель и об-задача исследований.

Приведена историческая справка о развитии нефтегазового плектно-блочного строительства в СССР и за рубежом, рассмот-ы существующие конструкции блочных и блочно-комплеканых уст-ств промысловых, транспортных и перерабатывающих нефтегазовых ектов, их массогабаритные характеристики во взаимосвязи со собами и средствами доставки на строительную площадку. Оцене-материалоемкость отечественных и зарубежных блочно- комплект-устройств (БКУ) по удельным показателям, широко применяемы!'

в строительстве (кг/ы2 и кг/мЗ). Произведено сравнение с аналогичными показателями материалоемкости промышленных зданий с< стальным каркасом, близких по пространственной компоновке и п баритным размерам к рассматриваемым БКУ. Сделан вывод о сущес венном, в несколько раз, увеличении материалоемкости при пере: от традиционного исполнения строительного объекта к комшшктнс блочному, а также об ухудшении показателей с ростом массогаба[ ных характеристик блочных устройств и с увеличением транспорт) воздействий.

Имеющееся в литературе сравнение с функционально близким! мобильными техническими объектами показало, что по эффективно« использования конструкционных материалов блочные устройства с; щественно проигрывают и всем наземным объектам транспортного I ииностроения. Сопоставление зарубежных и отечественных БКУ вы) л о, что последние имеют больную материалоемкость при меньших I согабаритных характеристиках, что позволило сделать вывод об < ставании отечественного КБС по эффективности использования ко) рукционных материалов в БКУ нефтегазовых объектов.

Показано значение и место рассматриваемой проблемы в обще структуре развития КБС как системы организационных, технологи! ких и технических мероприятий. Обоснована целесообразность ее самостоятельного рассмотрения как относительно обособленной комплексной инженерной задачи, связь которой с другими аспект; ми, влияющими на эффективность КБС, может быть формализована.

С целью последующей ориентации при выработке направлений решения проблемы, систематизирован в виде дерева целей опыт т^ диционного строительства по повышению эффективности использов£ ния материалов в конструкциях промышленных зданий со стальным каркасом как технических объектов, наиболее близких к БКУ фуш .ционально и конструктивно.

На основании положенного общая задача исследования сформу-шрована как повышение эффективности использования материалов в конструкциях БЕ-СУ нефтегазовых объектов, а цель работы - как обоснование и разработка возможных путей и технических предложений по решению этой задачи.

ВТОРАЯ ГЛАВА посвящена выявлению путей решения поставленной задачи и формированию системы показателей для последующих оценок эффективности использования материалов в конструкциях БКУ.

Дня этого осуществлен анализ БКУ с использованием элементов теории функциональных систем. Выделение и структуризация системы осуществлены с пс»»*оць та анализа системообразующего свойства технической цели КБС - доставки на место эксплуатации технологического оборудования (ТО) и обеспечения его работоспособности в кратчайший срок. Работоспособность оборудования обеспечивается соответствующим микроклиматом и обслуживанием, для чего необходима строительная часть блочного устройства - объемный блок (ОБ), который, в свою очередь, долкен быть усилен для транспортирования в сборе с ТО. Таким образом ОБ приобретает свойства мобильного объекта и выполняет в той или иной мере функции транспортно-перегрузочного средства (ТПС) при доставке по транспортному пути (ТП). Структурно-функциональный анализ системы "ТО-ОБ-ШС-ТП" позволил подразделить резервы снижения материалоемкости БКУ на два вида: технологические и строительные.

Технологические резервы реализуются путем уплотнения компоновок оборудования во внутреннем объеме БКУ, повышения единичной мощности агрегатов, снижения их масссгабаритных характеристик и тому подобное. Технические задачи по реализации этих резервов решаются, в основном, в сферах технологии нефти и газа, технологического машиностроения. В силу этого их рассмотрение в настоящей работе ограничено общим перечнем, характеристикой и кратким обос-

нованием эффективности.

Строительные резервы реализуются за счет повышения эффекти ности использования материалов в конструкции БКУ и составляют объект дальнейшего анализа.

Установлено, «то пути снижения расхода теплоизоляционных, герметизирующих и других подобных материалов в конструкциях БКУ и в конструкциях промышленных зданий идентичны. Поэтому для использования соответствующего опыта традиционного строительства 1 КБС нет никаких ограничений.

Показано, что основной причиной высокой материалоемкости Б! является совмещение эксплуатационных и транспортных функций нес} щими конструкциями блочных устройств. Это позволило условно деке позировать массу конструкций БКУ на эксплуатационную (Мэ) и тран спортную (Мт), которая затрачивается на усиление конструкций ОБ по требованиям транспортабельности ^ полностью исключается из ра боты при эксплуатации.

Установлено, что снижение эксплуатационной составляющей мае сы несущих конструкций БКУ как стационарного промышленного объек та может осуществляться на основе опыта традиционного строительс: ва, но имеет смысл лишь для тех элементов, где Мт отсутствует. П< этому снижение Ыт является приоритетным направлением решения про( лемы. Основные задачи этого направления решаются в сфере транспор ного машиностроения путем создания специальных ТПС. В качестве специфичной для конструирования БКУ сформулироьана задача по иссл довакию возможностей снижения Мг путем регулирования напряжений е конструкциях блоков при транспортировании. Вместе с тем показано, что полностью устранить Мт в конструкциях БКУ невозможно в связи с невозможностью идентификации всех транспортных напряженно-дефор мированных состояний (НДС) блочного устройства и его целевого, эк сплуатационного НДС. Поэтому .для дальнейшего исследования, как пе]

зоочередная, обоснована и поставлена задача по разработке конст->уктивного типа блока, наилучшим образом по эффективности исполь-ювания материалов совмещающего эксплуатационные и транспортные функции.

Как особый путь прямого снижения расхода металла отмечеьа шобходимость исследования вопросов применения в конструкциях 5лок-боксов яелезнодорожного габарита элементов из железобетона : образованием смешанных несущих конструкций.

По результатам анализа сформировано дерево р.епений общей за-1ачи исследования.

В связи с необходимостью последующих оценок эффективности ^пользования материалов в различных конструкциях БКУ, поставле-1а и решена задача по разработке взамен традиционных строительных I машиностроительных характеристик материалоемкости специальной системы показателей, объединяющей их свойства с целью учета совмещения эксплуатационных и транспортных функций. В основу форми-)ования системы заложен принцип сравнения реальных блочных уст-)ойств с.эталонными блоками ОБ), имеющими аналогичную конструктивную компоновку, но основанными только на эксплуатационных рас-1етных схемах. При этом, в логической взаимосвязи, полагалось на-шчие гипотетического ТПС, способного обеспечить идентификацию зсех транспортных ВДС эксплуатационному. Это позволило исппльзо-зать ЭБ в качестве идеализированного БКУ с минимально возможной тссой конструкции.

Система из трех показателей сформирована в виде лгухуровпе-эой иерархии. Ее базой являются коэффициент испольг; чвммя массы )Б (К^ц) и коэффициент функционального соответствия БКУ (I ) :

'•ж '0 . Нею

«ЭБ - > I . * ■ -„1б- > I ,

где - масса конструкций ЭБ, М^у - масса конструкций БКУ,

О - масса технологического оборудования, его трубной обвязки и тому подобного.

Вершиной системы является показатель эффективности массы

Уменьшение показателей характеризует соответственно улучшение пространственной компоновки конструкции БКУ (Кд£-*-1), улуч-пение совмещения эксплуатационных и транспортных функций конструкцией БКУ (I ) и интегральное повышение эффективности использования конструкционных материалов в БКУ ( П I ).

Дня выявления имеющихся резервов материалоемкости в отдельных элементах конструкции или в их группах предложен коэффициент ( I = 1,2...П ), отражающий соотношение Мэ^, и Мтс в любом I - том из Г) элементов конструкция.

Предложенная система показателей позволяет осуществить непрерывный переход в оценках эффективности использования материалов от стационарных (строительных) и мобильных (машиностроительных) объектов к промежуточному классу технических объектов, сочетающих свойства и тех, и других,-БКУ . Она использована для анализа современных отечественных конструкций блочных устройств в данной главе и при последующих оценках.

ТРЕТЬЯ ГЛАВА посвящена решению задачи по обоснованию, расчету и конструктивной реализации такого типа блока, который наилучшим образом по эффективности использования конструкционных материалов совмещал бы эксплуатационные и транспортные функции.

Анализ эволюции несущих конструкций функционально сопоставимых с БКУ мобильных и стационарных объектов позволил концептуаль-

БКУ (П):

, метопом технических аналогий, установить, что в реальных для очных устройств условиях работы наибольшую эффективность исполь-вания конструкционных материалов мояет обеспечить блок типа нкостенной оболочки. С учетом технологических и компоновочных кторов принята форма блока - оболочки в виде коробчатой кснст-кции, составленной из ортотропных прямоугольных плит, с разменным внутри оборудованием.

Обзор литературы показал, чго расчет таких конструкций >елставляет собой сложную задачу, не имеющую пока удовлетворительно с практической точки зрения решения. Имеется ряд работ, посменных расчету замкнутых -тонкоитенних коробчатых конструкций на :нове метода конечных элелентоз (МО) н метода конечных разнос-¡й (!'КР). Экспериментальной проверкой расчетных результатов в ?их работах показано, что погрешность достигает нескольких сотен роцентоз для 15КЭ и более ста процентов для МНР.

В данной главе поставлена и решена задача расчета блока-обо-эчии в форме замкнутого прямоугольного параллелепипеда с конст-/ктивной ортотропией граней вариационным методом Ритца. Приложив этого метода обосновало и осуществлено в два этапа.

На первом этапе произведен расчет коробчатой конструкции в орме замкнутого тонкостенного нуба из изотропного материала. Дня того сформирован функционал полной энергии упругой системы как умма энергий всех пластин, составляющих куб. Расчетная схема в ассмотренном случае характеризуется приложением сосредоточенной илы в геометрическом центре верхней грани и шарнирным опиранием уба в четырех нижних углах. Условия неразрывности деформаций на ебрах сформулированы для случая жесткого сопряжения граней. Кине-атические условия опирания в угловых точках построены как супер-озиция непрерывных условий опирания по линиям. Изложенное позво-ило представить функции перемещений по направлениям координатных

осей в форме двойных степенных рядов с разделяющимися перемени! ми. Результаты расчета методом Ригца сопоставлены с упомянутыми данными расчетов этой же конструкции по МКЭ и МКР и с экспериментальными данными. Установлено, что метод Ритца имеет преимущества перед численными методами по точности результатов.

На втором этапе решена более сложная задача - расчет метод Ритца оболочки в форме прямоугольного параллелепипеда из орто-тропного материала, что соответствует наиболее общему случаю ко: струкции блока - оболочки. По условиям транспортных ограничений как одна из наиболее неблагоприятных для конструкции, принята схема оттирания в четырех нижних углах, аналогичная предыдущей задаче. Нагрузка от технологического оборудования условно равномерно распределена по внутренней площади основания. Функционал полной энергии сформирован для системы ортотропных прямоугольны? плит, главные направления упругости которых совпадают с направле ниями осей принятых систем координат - глобальной и локальных. Функции перемещений дополнены с учетом меньшего, чем в предыдущем случае, количества вертикальных плоскостей симметрии задачи.

Для оценки точности расчета методом Ритца блока-оболочки с конструктивно ортогропными гранями была сконструирована, рассчи тана, а затем изготовлена и испытана в лабораторных условиях тестовая модель такоги блока, сохраняющая его конструктивные особе! ности. Тестовая модель представляла собой замкнутую коробчатую конструкцию из оргстекла, составленную из жестко сопряженных трез слойных плит, между наружными и внутренними обшивками котор'тх размещены параллельно сторонам подкрепляющие' ребра. Для расчета модели осуществлен переход от конструктивно ортотропных плит к плитам и? ортотропного материала и вычислены их упругие характеристики. Испытания тестовой модели произвецэны на специально сконструированной установке, обеспечивающей реализацию требуемой

асчетной схемы. Измерение перемещений в тридцати шести харак-ерных узлах производилось индикаторами часового типа. Деформа-ии внешних, волокон обеих обшивок модели фиксировались в тех же злах тензорезисторами с использованием стандартного оборудования.

Результаты расчета тестовой модели методом Ритца сопоставле-ы с экспериментальными данными. На рисунке представлены эпюры онтурных нормальных напряжений и перемещений из плоскости в ентральном поперечном сечении модели. Здесь сплошной линией по-азаны экспериментальные, а пунктирной - расчетные эпюры.

напряжения, [ кгс/см2 ] перемещения,

- экспериментальные данные

--- расчетные данные

[с. Эпюры нормальных напряжений для наружного контура (Сэ"н.к.) и перемещений (из плоскости) в центральном поперечном сечении модели

Расхождение значений оказалось наименьшим среди рассмотренных методов расчета коробчатых конструкций. На основании этого сделан вывод о практической удовлетворительности результатов пр: лоаения вариационного метода Ритца к расчету блока типа замкнут! складчатой оболочки с конструктивной ортотролией граней.

Из многообразия возможных конструктивны:: рсзений блoкa-oбoJ ки рассмотрев вариант его формирования на основе несущих треха них панелей специальной конструкции. Их несущая способность обе! чивается включением в работу металлических обшивок с перекрести! ориентацией гофров путем размещения меяду ниш дискретных связе! На основе этого варианта эскизно запроектирован суперблок-обол! ка массой 895 тонн и размерами 19x36x10,5и. Его оценка, произведенная с применением предложенной системы показателей, подтверщ ла повышение эффективности использования конструкционных матери! лов по сравнению с существующими конструкциями БКУ.

ЧЦгЬЕРТАЯ ГЛАВА посвящена обоснованию применения и констру] тивной реализации смешанных и комбинированных конструкций блочга устройств, а такке анализу эффективности использования материал! во всех рассмотренных в работе конструктивных решениях БКУ.

Приведена историческая справка о имевших место в КБС попы1 ках использования железобетона в конструкциях БКУ. Отмечено, чт это направление не получило развития, хотя его актуальность уси> ливается в настоящее время в связи с распространением КБС на ре: сны с развитой транспортной сетью, базой стройиндустрии по выпу ку сборного железобетона, появлением достаточно мощной транспор ной и грузоподъемной техники, а также в связи с переходом к рын ной экономике и необходимостью повышения конкурентоспособности БКУ с традиционными промзцаниями.

Рассмотрены технические предпосылки применения смешанных н

сущих конструкций блок-боксов железнодорожного габарита. Показано, что имеются возможности увеличения массы блок-боксов, которые могут быть использованы для замены стальных элементов на более тяжелые - железобетонные. Эти возможности определяются фактической недогрузкой используемых в настоящее время ТПС. Набор типовых элементов несущих конструкций каркасных блок-боксов может быть изготовлен на заводах ЖБИ с применением существующих технологий. Конструкции стыков железобетонных, а также железобетонных и стальных элементов, известны и широко применяются в строительстве. Имеется и может быть использован опыт по проектированию смешанных каркасов традиционных промышленных зданий.

Для сравнительного анализа возмогших вариантов смешанных несущих конструкций разработан и исследован ряд эскизных проектов блок-боксов. В основу разработки положен принцип взаимозаменяемости стальных и железобетонных элементов с ориентацией на конструкции 672 серии. В качестве базы для исследований принят блок-бокс типа I массой до 30 тонн. Приведены технические характеристики по массе и расходу материалов для опорных конструктивных решений, которые характеризуются заменой какой-либо одной группы стальных элементов на железобетонные. Определен предел увеличения массы блок-бокса, когда заменяются все элемента, равный 45 тоннам. Массы всех остальных комбинаций, построенных на основе опорных решений находятся в диапазоне ие:::ду массами стального и железобетонного каркаса и укладываются в пределы грузоподъемности современных отечественных ТПС.

Наряду с опорными решениями, на основе которых формируются только сборные варианты смешанных несущих конструкций, запроектированы представляющие практический интерес сборно-монолитные варианты.

Показано, что во всех случаях использование железобетонных

элементов приводит к снижению заводской с.'олмости блок-боксов при увеличении массы. С учетом роста транспортных затрат сформулирован подход к оптимизации соотношения масс металла и железобетона в смешанных несущих конструкциях по стоимости КБС, а также обоснован региональный подход к проектированию таких конструкций ШУ.

На примере сопоставительного анализа запроектированных вариантов смешанных несущих конструкций бло;:-боксов, с применением предложенной в главе 2 системы показателей, показана возможность выбора наилучшего по эффективности использования материалов конструктивного решения при оптимальном соотношении масс металла и железобетона.

Отмечено, что на начальном этапе наиболее целесообразны варианты, не приводящие к изменению существующей технологии сборки блок-боксов. С целью практического использования сконструированы и успешно испытаны экспериментальные образцы панелей сборного железобетонного настила основания под нагрузку 400 кг/м2. Их применение позволит получить на один блок-бокс экономию металла не менее одной тонны при увеличении массы не более, чем на 2,5 тонны, с экономическим эффектом не" менее 100 рублей.

Показана возможность расширения типоразмерного ряда блок-боксов по технологическим нагрузкам на основание за счет варьирования класса бетона и армирования железобетонных элементов без изменения их размеров.

Рассмотрены принципиальные возможности создания комбинированных конструкций блочных устройств с регулированием напряжений в период доставки.

Приведен краткий обзор опыта и результатов исследований институтов ЦИШпроектстальконструкция и МИСИ им.Куйбышева по применению предварительного напряжения в динамически нагруженных

конструкциях, а также по работе преднапряженных конструкций зданий и сооружений при сейсмических нагрузках. Отмеченные нагрузки близки по воздействию и характеру приложения к некоторым нагрузкам, действующим на конструкции блочных устройств при транспортировании. Отмечен, что преднапряжение отдельных конструктивных элементов или всего сооружения в целом приводит к улучшению динамических характеристик, повышению усталостной прочности, резкому возрастанию коэффициентов поглощения энергии колебаний, увеличению области упругой работы конструкций. Изложенное позволило сделать вывод о целесообразности приложения принципа предварительного напряжения к конструкциям БКУ, особенно в период транспортирования.

На примере конкретного технического решения показана возможность регулирования напряжений в пространственных конструкциях блочных устройств путем установки и предварительного натяжения специальный системы съемных гибких связей из высокопрочного материала. Для оценки влияния мероприятия на материалоемкость БКУ эскизно запроектированы варианты трюмного суперблока (СБ) массой 190т, блок- понтона массой 400т и блок- бокса 672 серии. Статический расчет, ограниченный для первого приближения случаем общего изгиба, осуществлен на ЭВМ ЕС-1036 с применением программного комплекса "Лира" (ППП АПЖШ). Абсолютное снижение металлоемкости рассмотренных блочных устройств составило соответственно 8,3 тонны (9,1%), 6,2 тонны (3,1%) и 0,26 тонны (7,0%).

Вместе с тем отмечено, что в настоящее время основная доля металла транспортного усиления СБ затрачивается на обеспечение местной прочности и.жесткости основания .для восприятия ударных и сосредоточенных подвижных нагрузок при страгивании СБ и его транспортировании волоком. Поэтому предложено и обосновано техническое решение по регулированию напряжений в конструкциях СБ

путем введения рабочей среды в имеющиеся или специально организованные полости. В частности, рассмотрен пример способа разгрузки стержневых элементов понтона суперблока П0П-06 путем создания в понтоне постоянного или переменного (при страгивании) давления воздуха. Расчетное снижение расхода металла составило 8,9т (4,7%).

Определена также возможность сочетания рассмотренных способов регулирования напряжений, когда давление рабочей среды и усилия натяжения гибких связей взаимообусловлены.

К комбинированным конструкциям отнесены также оболочечно-стержневые блочные устройства, где недостающие по конструктивным соображениям панели складчатой оболочки заменены системой стержневых связей. Отмечено, что этот тип по показателям материалоемкости занимает промежуточное положение между пространственно-стержневыш и оболочечными ЕКУ.

В заключение все рассмотренные в работе виды БКУ классифицированы по конструктивным признакам и оценены по эффективности использования материалов, показана рациональная область применения предложенных конструктивных решений.

Отмечено, что И , в отличие от традиционного строительного показателя материалоемкости (кг/м2 площади), объективно отражает эффективность использования конструкционных материалов во всех видах БКУ.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОД! ПО ДИССЕРТАЦИИ

I. Установлено, что .эффективность использования материалов в несущих конструкциях БКУ крайне низка - материалоемкость отечественных БКУ нефтегазовых объектов превышает материалоемкость всех сопоставимых с ниш наземных технических объектов, включая зарубежные БКУ. Обоснована постановка проблемы повышения эффективности использования конструкционных материалов в БКУ как само-

:гсятслы?сго направления, что обусловлено возмстюстьэ бсрмолп-:сц!13 его сгязя с осгалыплп cfc:??opc?':i, лл!*.тгщк!31 на с1фвктпз-юсть КБС.

Пр?.пчо"сио ncpoiio п?яе.1 грсбг.С"-!, опр^долг'с'чсо напр^-лспня 50 рслснип. Е::целснн оснсп:г"з задачи исслсдогагпй, спс:"-:~г.'.':у.::з 5лл хснструированил ЕМУ пак тсг.ошчссксго cCi.cät?., ссг-зг.гг-.сго эксллултсаглсцниз я транспсртнчз оуикц':::.

2. Fe-сработана специальная спсте::?. показателе" дд.т сценки селективности исяользосажя конструкционных материалов, учитава-

фунхцченальнугз техническую специфику ЕКУ.

3. Пс:;азоло, что наилучглч образом сог>.:э~ае? траисясртшз и сксплуатацнсппыз функции конструкция блока типа гг;кну?сй складчатой оболочки, в тем числе из специально продлогхшшх не— сут;их паначей. Обоснована и подтверждена экспортоктально сф|зя-тисность применения вариационного истода Ритца в расчетах конструкции блока - оболочки.

4. Сформировано и предложено направление по использованию элементов из гелезобетона в несущих конструкциях блок-боксов железнодорожного габарита и показана сл^ектигность смешанных конструкций.

5. Сформулирована и обоснована идея регулирования напряжений в конструкциях блочных устройств при их транспортировании.

6. Предложена классификация БКУ по основным конструктивны;.! признакам и произведена итоговая сценка влияния всех предложенных технических репений на эффективность использования конструкционных материалов.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

I. Аняриенко Л.В., Бессель В.В., Еекиров И.Н., Дмитриев H.H., Очинский В.В., Сивергин М.Ю. Методы расчета и оптимального проек-

тирования суперблоков нефтегазовых объектов. - Обзорная информация. Серия - Строительство нефтегазопромысловых объектов. -М.: ВНИИПКтехоргнефтегазстрой, 1989, вып. II, 33с.

2. Бекиров И.II. Снижение металлоемкости блочно-кокплектны устройств транспортного габарита. - М.: цеп. ВНИИНТПИ, 1990, вып. 2, К 10378, 20с.

3. Брун А.И., Бекиров И.Ы., Очинский В.В. Блок транспорта! го габарита с элементами конструкций из железобетона. - Строительство трубопроводов, 1990, К 8, с. 18-20.

4. Брун А.И., Бячков А.И., Бекиров И.М., Очинский В.В. Анг лиз конструктивных решений суперблоков для обустройства нефтега зовых месторождений Западной Сибири. - Промышленное строитель« во, 1988, Jí 5, С. 26-29.

5. Очинский В.В., Бекиров И.М. Основные направления снижен металлоемкости в комплектно-блочном строительстве. - Энергетиче кое строительство, 1989, )£ 12, С. 31-33.

6. Очинский В.В., Бекиров И.И. Приложение метода Ритца к расчету объемного блока промышленного здания как замкнутой tohki стенной оболочки. - М.: деп. ВНИИНТПИ, 1990, вып.2, № Ю377, 30«

7. A.C. СССР по заявке lí 4430720/23. Мобильный объемный блс промышленного сооружения / А.И.Брун, И.М.Бекиров, В.В.Очинский

и др. - Положительное решение ВНИИГПЭ от 29.03.89г.

8. A.C. СССР по заявке К 4462025/27. Способ устранения примерзания транспортируемого объекта при его транспортировании вол ком и при трогании с места / А.И.Брун, И.М.Бекиров, В.В.Очинский и др. - Положительное решение ВНИИГПЭ от 29.01.90.

9. A.C. СССР по заявке Ii 4702581/23. Трехслойная панель /А.И.Брун, И.М.Бекиров, В.В.0чин~:-:ий и ср. - Положительное решен!

ВНИИГПЭ от 29.11.89.