автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Влияние солнечной радиации на сейсмостойкость стальных вертикальных цилиндрических резервуаров

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Р Г Б ОД На правах рукописи

АЛЬ САКАФ ХУСЕЙН

ВЛИЯНИЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ НА СЕЙСМОСТОЙКОСТЬ СТАЛЬНЫХ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции,

здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1994

Работа выполнена в Московском Государственном строительном университете.

- чл.-корр. РИА, доктор технических наук, профессор А.Б.ПУХОВСКИЙ

- доктор технических наук, профессор-Б.В.ПОПОВСКИЙ

- кандидат технических наук, с.н.с. Б.Е.ДЕНИСОВ

- ВДИИСК ЕМ.В.А.Кучеренко

17 ^

Защита состоится ' " ¿¿/^//У 1994 г. в " час. на заседании специализированного совета К 053.11.01 при Московском Государственном строительном университете по адресу: 113114, Москва, Шлюзовая наб., д. 8, ауд. 412.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГСУ.

Просим Вас принять участие в защите и направить Ваш отзыв в 2-х экз. по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, д.26, МГСУ, Ученый Совет.

Автореферат разослан ,.//¿¿7 1994г.

Научный руководитель

Официалыше отпоненты

Ведущая организация

Ученый секретарь специализированного совета канд.техн.наук, доцент

Э.В.Филимонов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРНО ТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последние годы в связи с интенсивным освоепием природных богатств, в том числе в связи с возрастающими объемами добычи нефти, во многих нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих странах мира повышается объем строительства резервуаров, среди которых наибольшее распространение получили стальные вертикальные цилиндрические резервуары (СВЦР) со стационарными и плавающими крышами. Большое количество резервуаров типа СВЦР возводится в сейсмических районах.

До недавнего времени считалось, что СВЦР являются сейсмостойкими сооружениями, поэтому вопросам проектирования, строительства и эксплуатации их с учетом условий, специфических для сейсмических районов, не уделялось должного внимания. Можно отметить, что очевидно поэтому в России, странах СНГ и в мире нет необходимой специальной литературы и нормативных документов, регламентирующих строительство СВЦР в сейсмических райо-.нах. ;

Шесте с тем, анализ последствий ряда сальных эемлотрясе-: ний, происшедших в мире, применительно к СВЦР показал, что они яе всегда удовлетворительно переносят сейсмические воздействия, повреадаютоя и разрушаются, приводя к значительным материальным потерял и я катастрофически экологически!,! последствиям.

Основными нагрузками, действующими на конструкции СВЦР при сейсмическом воздействии, являются инерционные силы от массы хранимой жидкости (гидродинамическое давление) и от массы самого резервуара. До настоящего времени считается, что геометрическая форма корпуса резервуара является идеальной, а некоторые геометрические несовершенства корпуса мало сказываются на степени сейсмостойкости СВЦР. Однако анализ последствий землетрясений показывает, что наиболее повреяденными и даяе разрушенными оказались как раз те резервуары, которые к началу землетрясения имели неправильности геометрической формы..

Среди разнообразных причин, вызывающих образование начальных неправильностей геометрической формы корпусов СВЦР, нами выделено тепловое воздействие на корпус солнечной радиации, приводящее к одностороннему нагреву части поверхности корпуса, обращенной к солнцу, в связи с чем вертикальные стен-

ки корпуса получают температурные перемещения, искажающие его первоначальную конструктивную форму. Крсяие этого, в отдельных местах корпуса возникают дополнительные температурные напряжения, которые меняют и ухудшают общую картину его напряженно-деформированного состояния.

Так как большое количество сильных землетрясений происходит на территориях с жарким климатом, где интенсивность солнечной радиации достаточно велика, а на этих же территориях . возводится и эксплуатируется значительное количество СВЦР, то учет влияния солнечной радиации на степень сейсмостойкости резервуаров этого типа является задачей актуальной и имеющей большое научное и народнохозяйственное значение.

Цель работы - оценка степени влияния солнечной радиации на сейсмостойкость стальных вертикальных цилиндрических резервуаров.

Для достижения цели диссертации поставлены следующие задачи:

- выявить характерные повреждения н разрушения СЕЦР по последствиям сильных землетрясений;

- осуществить оценку солнечной радиации как тепловой нагрузки на корпус СВЦР;

- провести экспериментальные исследования СВЦР на действие солнечной радиации для выявления особенностей взаимодействия системы "грунт - деформированный корпус - жидкость";

- провести теоретические исследования по оценке напряженного состояния системы "цилиндрическая оболочка - элемент жесткости", возникающего в условиях как обычной эксплуатации, так и при сейсмических воздействиях;

- разработать методику учета геометрических отклонений корпуса СВЦР от действия солнечной радиации с обоснованием возможности использования расчетной эквивалентной пространственной динамической модели (РДМ) движущейся жидкости внутри резервуара, подверженного сейсмическому воздействию;

- разработать рекомендации по проектированию СВЦР для сейсмических районов с учетом воздействия на их корпуса солнечной радиации.

Научшю новизну работы составляют следуйте основные результаты, защищаемые автором:

1. Выявленные особенности деформирования и изменения напряженно-деформированного состояния вертикальных стенок корпусов СВЦР, подверженных воздействию солнечной радиации. ■

2. Экспериментальные данные о динамических характеристиках и напряженно-деформированном состоянии корпусов СВЦР при одностороннем нагреве их от действия солнечной радиации' и горизонтальных динамических воздействиях типа сейсмических.

3. Разработанная методика статического расчета корпуса СВЦР, подверженного одностороннему нагреву от действия солнечной радиации.

4. Предложения об использований расчетной динамической пространственной модели движущейся жидкости в динамической системе "основание - корпус - жидкость" с учетом геометрических несовершенств корпуса резервуара от одностороннего его нагрева солнечной радиацией.

. - Практическое значение работы состоит в том, что полученные в результате проведенных исследований данные могут быть использованы при изменении редакции "Рекомендаций по расчету рэзервуаров и газгольдеров на сейсмические воздействия". - М.: Стройяздат, 1969.

Внедрение результатов работы. Результаты работы использованы при выполнении этапов Всероссийских программ "Строительство" и "Сейсмостойкость", осуществляемых кафедрой металлических конструкций МГС7.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались:

на научных семинарах и заседаниях кафедры Металлических конструкций МГСУ (р.Москва, I992-1994 гг.) - доклады;

- на Ыоадународнсм коллоквиуме "Обследование и ремонт резервуаров", Г.Гданьск (Польша), 1994 г. - доклад;

- на Международном российско-китайском семинаре по сейсмостойкому строительству (г.Москва, 1993 г.) - доклад.

По материалам диссертации опубликовано дво статьи.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы. Объем диссертации: 105 стр.машинописного текста, 58 рисунков, 10 таблиц и список использованных источников из 87 наименований.

Но ааапту днносятоя;

- окспериконтальные данные о динамических характеристиках и ншрлкенко-дофоргдарозаннш состояния СВЦР о деформированным корпусш от одностороннего нагрева при действии солнечной радиации с учетом моделирования ротационных и дилатационных движений грунта, возникающих при горизонтальных динамических воздействиях тша сейсмических;

- методика статического расчета корпуса СВЦР при его одностороннем нагрзвв от действия солнечной радиации;

- штодиза определения расчетной сейсмической нагрузки о использованием РДД двздгсейся жидкости и учотоа гешэтрических несовершенств корпуса резервуара от одностороннего его нагрева есшгочкой радиапрей;

- конструктивные мероприятия по улучтанаю шшряженно-де-формдрозеккого состояния и динамических характерней® корпусов . СВЦР, подвэржзншх сейсмическим воздействиям»

СОдаРЕЛНИЗРАБОТЫ :

Во.вве.тг^тга определена актуальность темы диссертации, сформирована цель в задачи, реаеяво которых необходимо дая достахслия сели работы, приведена сведения о научной новизне, практическом зна^ешга и внедрении результатов работы.

Латая- ^таапоовяаака аюлизусовренеиного состояния проблема сейсмостойкого строительства сташадх верстальных хдаищиноских резервуаров (СВЦР),

Сйгазогчается* что СВЦР в настоящее врет явяязтея юябояев арогрйссйвной коЕСтрукЕ^ей нефгехрздащ и наиболее часто при-ыюштся в шееккх районах» Чащ других применяет-

ся СВЦр ойштм от I до 30 ткс,м3 (со стаддовдрнзма кршша)» едаако в Роос^екой Федераща а за рубеисы таедася првкеры сгрсигйльсгва реэерауаров я болизнх обьшов (50».ЛШ таелг3).

Показано» что жеиа^руккшиэд форма СВЦР, прежаэзначешшх дал сзроятельс'Ем в со&аш^оскЕХ районах, ыаао отличается от кспсу^кташо^ СШ?, строшася в обычных, районах. Вмее- . та о тш, гфк яровкп'рошшч до иаотоящго врейеш не в полкой мера учетываотея осой^чкоетк, связанное е эксздуатшгкЖ резер^аз>езз в сойшлчсек.чх €

Как показал проведенный в работа анализ последствий сильных землетрясений применительно к СВЦР, огог попрощаются я разрушаются, приводя к материально^ ушербу, причинаиному народному хозяйству и наруаогаго экологической обстановки на обаир-ной территории.

.Отмочено, что характер попроаагепий СВЦР зпвлснт от уровня их заполнения яцекосгьй (на момект землетрясения)» а такгз от наличия геометрических несовершенств (локальных и общих) корпусов, которые значительно уху длили их работу при сойсмичзскях воздействиях и снизили воэыоязюсть СВЦР удовлетворительно воспринимать сейсмическую нагрузку.

Одним из факторов, влияющих па степень повреждений СБ11Р при землетрясениях, является наличие начальных гаомотрлческнх несовершенств. Однако несовершенства конусов, вызванные нагревом их от действия солнечной радиация/ специалистами не били отмечены, поэтому не изучались и на анализировались.

Шесте с тем, большое количество землетрясений происходит в'тех районах земного шара, для которых характерна интенсивная солнечная радиация, причем корпуса СВЦР практически но заслоны от ее воздействия.

3 работе проведен 8нализ исследований, посвященных особенностям солнечной радиации как физического явления и огродо-лению таких параметров, как интенсивность'солнечной радиации применительно к рассматриваемому мосту строительства резервуаров, количество поглоиениой энергии конструкцией от дойстштл: солнечной радиации, температура нагретой поверхности консгрук-ции и т.д. Отаечены работы Хоффа, С.Г.Винокурова, П.О.Гамбурга, Б. Е.Гейтвуда, И .Д. Кузнецова, И.О. Попковича, спяэаиине с рооенкек гешературных задач. В работе В.М.ШЙзеля аряводеин многочисленные примеры реоешя температурной задачи для ца-липдричеекмх обешочок 6. различными опорными устройствами. Среди работ, посвященных шщуадионному нагреду цилиндрических оболочек, выделены работы Н.М.Родичкглю, Е.П.Блохина я А.В.Ка-вадерова, Л.А.Бордуновой, Н.А.Лебедева, В.С.Никитина, Е.С.Икон-никозп-Цшгулина.

Элесго с тем, работ по исследованию напряженпо-доформиро-ванного состояния цилиндрических оболочек от одностороннего нагрева их поверхности действием солнечной радиации' (примени- •

тельно к СВЦР) практически нет. Исключение составляют результаты теоретических исследований, выполненных А.Б.Пуховским. Однако и в этих работах не учитывался фактор изменения, конструктивной формы резервуара от одностороннего его нагрева оод-нечной радиацией при оценке характера поведения СВЦР, подверженных сейсмическим воздействиям.

По результатам проведенного анализа сделан вывод о том, что дефекты и повреждения, степень которых накапливается в процессе обычной эксплуатации резервуаров, оказывают существенное влияние на их способность воспринимать сейсмические нагрузки, а такое явление, каким является солнечная радиация не учитывалось как для резервуаров, эксплуатирующихся в обычных районах, так и для резервуаров, эксплуатирующихся в сейсмических районах.

Вторая глава посвящена оценке солнечной радиации как од: сторонней тепловой нагрузки на корпус СВЦР. Рассмотрено уравнение теплового баланса применительно к резервуарам, заполне ныл жидкостью. Тепловой поток, поглощаемый стенкой корпуса р| зервуара при воздействии на нее солнечной радиации, определе в зависимости от суммарной интенсивности прямой и рассеянной солнечной радиации.

В общем случае тепловая нагрузка на корпус СВЦР, вызванная действием солнечной радиации, не является стационарной, что требует решения термодинамической задачи с учетом большо го количества переменных величин.

В работе принят рад допущений с целью облегчения Ьроцед ры. вычислений, но не искажая физический смысл происходящих процессов:

1. Солнечная радиация действует только на ту часть поверхности вертикальной стенки корпуса, которая в данный момент обращена к солнцу;

2. Температурной инерцией, связанной с постепенным осве щением поверхности стенки солнечными лучами и запаздыванием процесса охлаждения части стенки в момент, когда солнечные лучи уже не освещают ее, пренебрегаем;

3. Температурный нагрев стенки корпуса СВЦР может уелоб но считаться температурной нагрузкой.

С учетом этих допущений рассмотрено напряже нно-деформи-

рованное состояние металлической цилиндрической оболочки (корпус СВДР), подкрепленной элементами жесткости (шпангоутами), а также днищем и крышей, в условиях одностороннего ее нагрева от действия солнечной радиации.

В этих условиях в корпусе имеют место тешературше перемещения, а температурные напряжения возникают в местах прикрепления элементов жесткости, температура которых ниже температуры на наружной поверхности цилиндрической оболочки (корпуса СВЦР) и которые в этом случае препятствуют свободным тог.пера-турным деформациям.:

Расчетная схема системы "оболочка - элемент жесткости" представлена в виде кольца, нагруженного нормальными силами, которые распределены по длине полуокружности по закону косинуса, л уравновешивающими эту нагрузку касательными к кольцу силами, распределенными вдоль окружности по закону синуса (рис. I):

. ^-^.с^ч^-ссье ; . Ш

Т = ^ йп-О- , (2)

где Р - температурная нагрузка; •& , 1 - полярные координаты; 'Их. - символ,характеризующий изменение аналитического значения температурной нагрузки в диапазоне ;

Сделан вывод о том,, что принятые допущения позволяют без больших погрешностей определять как собственно температуру обращенной к солнцу поверхности стенки корпуса СВЦР, так и ее распределение по контуру поперечного сечения оболочки корпуса и таким образом обосновать принимаемое значение температурной нагрузки на корпус СВЦР от одностороннего его нагрева солнечной радиацией.

В третьей главг> представлены результаты экспериментальных исследований, проведенных для выявления особенностей работы СВЦР при воздействиях солнечной радиации и горизонтальных динамических нагрузках типа сейсмических. Испытания проведены на модели СВЦР, выполненной в масштабе М 1:18 к натурной конструкции СВЦР объемом 20 тыс.м3.

Рассмотрена и решена задача моделирования СВЦР с учетом

Рис. I. Схема уравновешенности сил ( ) и ( у ) в системе "Оболочка - элемент жесткости'

неравномерного нагрева корпусов от солнечной радиации, а такта с учетом сейсмического воздействия и связанного с ним характера взаимодействия колеблющейся жидкости с деформированным корпусом.

Для рассматриваемой задачи статической термоупругости одностороннего нагрева корпуса СВЦР от действия солнечной радиации получено 6 критериев подобия, которые позволили рассмотреть 3 условия для определения температурных напряжений, деформаций и температурных перемещений корпуса натурного резервуара.

Для определения гидродинамического давления жидкости на корпус СВЦР (с.учетом его деформативности от солнечной радиации) рассмотрены 9 безразмерных комплексов с использованием критериев подобия Зйлора, Рейнольдса и Фруда.

Экспериментальные исследования проведены на модели СВЦР, подверженной статическому и динамическому воздействию. Статическое воздействие представлено в виде температурной нагрузки. Динамические испытания проведены в реяшмах свободных и внутренних (наружных), колебаний. Вынужденные (резонансные) колебания модели.СВЦР, как нам представляется, наиболее достоверно характеризуют работу модели СВЦР как динамической системы,подобную действительной работе СБЦР при сейсмическом воздействии.

.Для проведения динамических испытаний использована виброплатформа .разработанная "на кафэдре металлических конструкций МГСУ и позволяющая моделировать процессы дилатации и ротации объемов грунта, возникающих при сейсмических воздействиях. Платформа приводилась в движение универсальным вибрационным комплексом ВЭДС 1СА индуктивного типа (ротационное движение) и вибромашиной индукционного типа с набором дебалансов (моделирующей дилатационное движение грунта). Перемещения платформы с помощью различных устройств ^приспособлений приближены к диаграмме реальных перемещений грунта с учетом маептаба времени и частотного спектра (от 1,0 до 16 Гц).

Измерения динамических перемещений виброплатформы и корпуса модели СВЦР, а также его статических перемещений от одностороннего нагрева производились при помощи упругих элементов тензорезисторных преобразователей - динамических прогибомеров и индикаторов часового типа с ценой деления 0,01 мм.

Для измерения высоты поверхностных волн использованы

уравнемеры типа "РУС", первичный преобразователь Ш-0-122-ПТФ и измерительный передающий преобразователь ПЙ-22.

Температура на поверхности корпуса модели фиксировалась термопарами. Температурный режим одностороннего нагрева корпуса СВЦР создавался специальной установкой, состоящей из нагревательного элемента и отражателя-экрана, который позволял создать температурное поле, распределенное по длине полуокружности цилиндрического корпуса модели СВЦР по закону косинуса.

Для оценки степени деформированности корпуса модели СВЦР от теплового воздействия солнечной радиации рассмотрены различные эксплуатационные состояния резервуара, связанные с различными уровнями его заполнения жидкостью. При этом преследовалась дополнительная цель - оценить наличие или отсутствие жидкости внутри резервуара как фактора, влияющего на значение температуры внутренней поверхности вертикальных стенок корпуса СВЦР. Рассмотрены состояния резервуаров: пустые; заполненные соответственно на 1/4; 1/2 и 3/4 высоты резервуара; полностью заполненные жадностью резервуары.

Результаты экспериментов показали, что наибольшей дефор-мэтивностыо обладает зона стенки, расположенная перпеянику-лярно тепловому потоку. Для пустого резервуара эпюры кольцевых деформаций корпуса имеют разные знаки по высоте корпуса модели (в уторном узле и узле соединения корпуса с крышей). При заполнении резервуара на 1/4 его высоты деформационное состояние вертикальных стенок корпуса изменяется: деформации по высоте стенки корпуса становятся одного знака, но сохраняется характерное волнообразование по длине окружности корпуса хотя и с меньшими абсолютными значениями по сравнению с теми, которые зафиксированы в стенках корпуса пустого резервуара. Очевидно, что влияние на характер деформаций стенок корпуса оказала жидкость.

Подтверждением этому явились результаты испытаний при дальнейшем заполнении резервуара жидкостью. При заполнении жидкостью на 1/2 высоты корпуса снова появился эффект деформирования его с разними знаками (наружу и вовнутрь). В этом случае наибольшие деформации получила зона корпуса, обращенная к источнику его нагрева и расположенная на уровне свободной поверхности жидкости. При заполнении резервуара на 3/4

его высоты л на всю высоту эпюрн деформаций по длине окружности цилиндрической оболочки корпуса модели СВЦР становятся более сглаженными, что указывает на сдерживающее влияние жидкости развитию температурных деформаций вертикальных стенок в условиях их одностороннего нагрева. Это явление связано с тем, что находящаяся внутри резервуара жидкость не успевает нагреться до темпера ауры, зафиксированной на наружной поверхности корпуса, обращенной к источнику тепла.

Проведенные затем на виброплатформе динамические испытания модели СВЦР показали, что значения гидродинамического давления жидкости на корпус резервуара, деформированного односторонним нагревом от солнечной радиации, не превышает значений гидродинамического давления жидкости на корпус резервуара.имеющий локальные неправильности вертикальных стенок такого же порядка.

Четвертая глава посвящена теоретическим исследования:.! напряженно деформированного состояния и динамических характеристик СВЦР при сейсмических воздействиях. При этом основной целью теоретических исследований является оценка НДС корпусов СВЦР, подверженных, одностороннему нагрей/ солнечной радиацией, а также выявление особенностей СВЦР как динамических систем с корпусами, имеющими начальные неправильности геометрической формы. ,

Дня определения НДС корпусов СВЦР при действии нэ них солнечной радиации рассмотрена система "оболочка - элемент жесткости" и получены выражения для определения усилий как в элементе жесткости (кольце жесткости), так и в оболочке:

+ 2СОУ9-] ■

М

1 1 27Г

(3)

--е- cob-o- +{го -т) (4)

-e-sin-8- - coi-ö+Ц [(г& -т) • i>i.n&+

■гсауБ-]]

(5)

Максимальное значение (-Р ) для элемента жесткости определено по формуле:

Р=/ Е-С- ^ & (6)

где 16Н - теш ера тура элемента жесткости; - толщина стенки оболочки; о - ширина элемента жесткости в месте прикрепления его к цилиндрической оболочке корпуса СВЦР; оС =1,2 КГ^,

При определении динамических характеристик СВЦР и гидродинамического давления жидкости на корпус с учетом его искривления от одностороннзго нагрева солнечной радиацией использована пространственная расчетная динамическая модель (РДМ),разработанная А.Б.Пуховским и А.Я.Марьямисом применительно к СВЦР с недеформированндаи корпусами.

Главной особенностью Рда, состоящей из набора дискретных масс, системы структурных моделей тел Кельвина с пружинами переменной жесткости, а также присоединенных масс (рис. 2), для рассматриваемой задачи является то, что характер деформирования корпуса СВЦР может быть определен и описан различными показаниями жесткостей пружин, соединяющих тела Кельвина с корпусом резервуара. В этом случае представляется возможность наиболее достоверно построить эпюры распределения пульсацион-ной части гидродинамического давления жидкости на корпус резервуара. Такой подход представляет собой фактически решение обратной задачй.

После того, как определены параметры структурных моделей тел Кельвина и основные характеристики динамического нагруке-ния расчетной модели, можно вычислить собственные частоты колебаний дискретных масс по формуле:

иш:; (?)

П\

4-1^ <й

где Б , А/ - соответственно количество радиальных и кольцевых поверхностных, волн.

В пятой главе представлены рекомендации по особенностям проектирования СВЦР для сейсмических районов с учетогл воздействия на корпус солнечной радиации. Эти рекомендации касаются двух вопросов проблемы повышения степени сейсмостойкости СВЦР.

-^ст*

///

G

Рио. 2. Эквивалентная дискретная динамическая расчетная модель движущейся жидкости

Первый вопрос - это учет характера и степени искривления корпуса СВЦР от солнечной радиации. В этом.случае предполагается,что место строительства - южные районы, не обязательно сейсмические. СВЦР'рассматриваются в диапазоне любых объемов, со стационарными или плавающими крышами. Во втором случае рассматриваются южные районы, обязательно сейсмически активные, а резервуары - типа СВЦР.со стационарными крышами с внутренним низким избыточным давлением.{без понтонов), т.е. обязательно имеется свободная поверхность жидкости, заполняющей резервуар.

В качестве пршера рекомендаций конструктивного плана рассмотрен СВЦР емкостью 20 тыс.м3, расположенный в.южных широтах. Зпюры распределения тешературных напряжений по периметру корпуса и элемента жесткости СВЦР показана на рис. 3, которые друг от друга отличаются тем, что оболочка-корпус подкрепляются различными по конструктивной форме элементами жесткости (рис. 4).

Отмечено, что дополнительные температурные напряжения от одностороннего нагрева корпуса СВЦР солнечной радиацией в мес-. тах сопряжения корпуса с элементами жесткости составляют около 40% от значений напряжений, соответствующих расчетному сопротивлению стали. Эти дот мнительные напряжения, как показал проводенный в настоящей работе анализ, ранее не учитывались. Виесте с тем, наличие их может приводить к местным перенапряжениям в стенке корпуса к элементах жесткости СВЦР (рис. 5).

И, наконец, в этом разделе приведен алгоритм решения обратной задачи при использовании Рда с учетом различного характера деформирования корпуса СВЦР от одностороннего его нагрева солнечной радиацией.

ОСНОВНЫЕ ШВОДЫ

I. Анализ последствий ряда сильных землетрясений применительно к СВЦР показал, что при сейсмических воздействиях они повреждаются и разрушаются, причем характер повреждений во многих случаях зависит от наличия начальных геометрических, несовершенств корпусов СВЦР. Большинство разрушительных землетрясений происходит в зонах, где солнечная радиация имеет максимальное значение и приводит к одностороннему нагреву и искажению геометрической формы корпусов СВЦР. Поэтому наличие

Рис. 3. Типы элементов жесткости системы "оболочка - элемент жесткости":

а) тавровое сечение;

б) уголковое сечение;

в) коробчатое сечение

¿22.11-

Рио. 4. Распределение температурных напряжений по периметру корпуса и элемента жесткости : СЩР

¡5ъвд Нормативные Солнечная Напряжения

езернуа- назначения, . радиация, в оболочках

з, гл3 ш ш н кольцах

жидкости, Ша

40 60 20

0 / 90 100 35

90 (60) 130 45

0' ■ 50 500 60

Рис. 5. а) Сравнение норлаотвннх отклонений корпуса с фактическими от солнечной радиации

. . 6) Рекшеняацин по учегу влияния солнечной '.радиации при расчете -

солнечной радиации является одним из факторов, снижающих способность СВЦР удовлетворительно воспринимать сейсмическую нагрузку.

2. Экспериментальными исследованиями, проведенными на модели СВЦР в масштабе 1:18 к натурной конструкции СВЦР объема

V = 20000 м3, установлено, что корпус СВЦР, подверженный одностороннему нагреву при использовании специального стоета, имитирующего действие солнечной радиации, искривляется как в ме-ридиальном, так и в окружное направлениях. При этом максимальные свободные температурные перемещения (в пересчете на натуру) достигают 140...240 мм, что значительно превышает допустимые отклонения при обычной эксплуатации резервуаров (60...90 мм).

3. Установлено, что отклонения геометрической фО]»лы корпуса СВЦР приводит к образованию турбулентных движений жидкости на уровне ее свободной поверхности, причем высота этих води была более чем в 1,5 раза быше сейшевых волн (ламинарных), которые обычно учитывались в расчетах. Поэтому, гидродинамическое давление жидкости на корпус резервуара с учетом ого деформиро-вакности от действия солнечной радиации в 1,3...1,5 раза выше тех значений,-которые обычно зачитываются в расчетах СВЦР из сейсмические воздействия.

4. Получены эпюрц распределения температурных деформаций в окружном и меридиональном направлениях корпуса СВЦР, а также определены значения усилий M , А/ и Q. в местах сопряжения корпуса с элементами жидкости (зона уторного узла, узла сопряжения корпуса с крышей, узла сопряжения корпуса с кольцевым ребре»! жесткости). Выявлено, что в этих зонах дополнительные темпера пурине напряжения достигают до 40 Шэ, что должно учитываться в расчетах при определении напряженного состояния корпусов СВЦР в условиях восприятия ими сейсмической нагрузки.

5. Разработаны особенности применения расчетной динамической пространственной эквивалентной модели движущейся жидкости (РДМ) с учетом характера и степени деформированное™ корпуса СВЦР при одностороннем его нагреве от действия солнечной радиации. :

6. Предложена инженерная методика расчета СВЦР на сейсмические воздействия, учитывающая геометрические несовершенства корпусов от одностороннего нагрева их солнечной радиаци-

ей, а также взаимосвязь частот и форм колеблющейся жидкости с доминирующей частотой сейсмического воздействия с собственными частотами колебания корпусов, а также учитывающая характер распределения гидродинамического даачеиия жидкости в зависимости от уровня заполнения резервуаров.

Основные результаты, изложенные в диссертации, отражены в следующих работах:

1. Луховский А.Б., Аль Сакаф Хусейн. Влияние оолнечной радиации на напряженно-деформированное состояние корпусов стальных вертикальных цилиндрических резервуаров при эксплуатации

в сейсмических районах. - Сейсмостойкое строительство. -БНШШИШ, 1993, Вкл. 4. - С. 13-18.

2. Пуховский А.Б., Аль Мяхлзфи Азиэ, Аль Сакаф Хусейн. Влияние геометрических несовершенств на сейсмостойкость стальных вертикальных цилиндрических резервуаров // Труды Межпуна-родного коллоквиума "Обследование и ремонт резервуаров", Гданьск, Польша, 14-16 апреля 19Э4 г.

Подписано в печать 13.05.94 г. Формат 60x84^/16 Печать офсетная И-88 Объем I уч.-изд.л. Т.80 Заказ/3"^' Бесплатно

Московский государственный строятельннй университет. Типография МГСУ. 12932Г7, Москва, Ярославское т.,д.26