ГОСТ Р 51273-99

Группа Г02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СОСУДЫ И АППАРАТЫ

НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ

Определение расчетных усилий для аппаратов колонного типа
от ветровых нагрузок и сейсмических воздействий

Vessels and apparatus. Norms and methods of strength calculation.
Rated strength calculation of column type apparatus from wind loads
and seismic influence

     
     
ОКС 71.120
ОКП 36 1000

Дата введения 2000-01-01

Предисловие

     
     1 РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Техническим комитетом ТК 260 "Оборудование химическое и газонефтеперерабатывающее"
     
     2 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 6 мая 1999 г. N 158
     
     3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
     
     ВНЕСЕНО Изменение N 1, утвержденное и введенное в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 17.02.2006 N 11-ст с 01.03.2006
     
     Изменение N 1 внесено юридическим бюро по тексту ИУС N 5 2006 год     
     
     

     1 Область применения

     
     Настоящий стандарт устанавливает метод определения расчетных усилий, возникающих в элементах вертикальных цилиндрических сосудов (аппаратов колонного типа) от ветровых нагрузок и сейсмических воздействий.
     
     Для аппаратов колонного типа сочетания нагрузок при различном состоянии (монтаж, испытание, эксплуатация) устанавливаются по ГОСТ Р 51274.
     
     

     2 Нормативные ссылки

     
     В настоящем стандарте использована ссылка на ГОСТ Р 51274-99 Сосуды и аппараты. Аппараты колонного типа. Нормы и методы расчета на прочность.
     
     

     3 Общие требования

     
     3.1 Расчету на ветровую нагрузку подлежат аппараты, устанавливаемые на открытой площадке.
     
     3.2 Расчету на сейсмические воздействия подлежат аппараты, предназначенные для установки в районах с сейсмичностью 7 и более баллов по шкале MSK-64.
     
     (Измененная редакция, Изм. N 1).
     
     3.3 Расчетная схема
     
     3.3.1 В настоящем стандарте рассмотрены вертикальные аппараты, закрепленные в нижних сечениях.
     
     В качестве расчетной схемы аппарата принимают консольный упруго защемленный стержень (рисунок 1).
     
     

     
Рисунок 1 - Расчетная схема аппарата

     
     
     В случае другого способа опирания расчет ведут по специальной методике, согласованной с разработчиком стандарта.
     
     3.3.2 Аппарат по высоте разбивают на  участков, где высота участка 10 м.
     
     3.3.3 Нагрузки (весовая, ветровая и сейсмическая) рассматривают как сосредоточенные силы, приложенные в серединах каждого из  участков.
     
     Нагрузку от веса прикладывают вертикально, а ветровую и сейсмическую нагрузки - горизонтально.
     
     3.4 Условные обозначения и размерность величин, указанных в стандарте, приведены в приложении А.
     
     

     4 Определение периода собственных колебаний

     
     4.1 Период основного тона собственных колебаний аппарата постоянного сечения с приблизительно равномерно распределенной по высоте аппарата массой следует определять по формуле
     

,                                                                    (1)

где .                                                                   (2)

     
     При отсутствии данных о фундаменте в первом приближении допускается принимать .
     
     4.2 Период основного тона собственных колебаний аппарата переменного сечения следует определять по формуле
     

,                                                (3)

     
где  - коэффициент неравномерности сжатия грунта, определяют по данным инженерной геологии, а при отсутствии таких данных 6·10 Н/м (6·10 кгс/м);
     
      - относительное перемещение центров тяжести участков, рассчитывают по формуле
     

,                                                              (4)

     
где  - коэффициент по рисунку 2 или по формулам:
     

;    ;       (5)

     
      - коэффициент, определяемый по формуле
     

;                    (6)

      - коэффициенты по рисунку 3 или по формулам:
    

; ;

.                                               (7)

     
Рисунок 2 - Коэффициенты ,  

Рисунок 3 - Коэффициенты  

     
     
     Для аппаратов с двумя переменными жесткостями коэффициент  определяют по формуле (5), при этом 0.
     
     Для аппаратов с числом переменных жесткостей более трех коэффициент  определяют другими методами, согласованными с разработчиком стандарта.
     
     4.3 Общий период колебаний для групповых аппаратов (число аппаратов ), установленных на общем фундаменте и жестко связанных в горизонтальном направлении, следует определять по формуле
     

.                                                                   (8)

5 Определение расчетного изгибающего момента от ветровой нагрузки

     
     5.1 Расчетный изгибающий момент в сечении на высоте  следует определять по формуле
     

.                                             (9)

     
     5.2 Ветровую нагрузку на -м участке определяют по формуле
     

.                                                                       (10)

     
     5.3 Среднюю составляющую ветровой нагрузки на -м участке определяют по формуле
     

.                                                                         (11)

     
     5.4 Пульсационную составляющую ветровой нагрузки на -м участке определяют по формуле
     

.                                                                     (12)

     
     5.5 Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на середине -го участка аппарата (на высоте  над поверхностью земли) определяют по формуле
     

,                                                                        (13)

     
где  - нормативное значение ветрового давления по таблице 1;
     
      - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте аппарата, по рисунку 4 или по формулам:
     

 ;    ;                                   (14)

     
      - аэродинамический коэффициент по таблице 2.
     
     
Таблица 1 - Нормативное значение ветрового давления
     

     
     
     Таблица 2 - Аэродинамический коэффициент
     

__________________
     * Стрелкой указано направление ветра.

     
Рисунок 4 - Коэффициенты ,

     
     5.6 Коэффициент динамичности определяют по рисунку 5 или формуле
     

,                                                                     (15)

     
где * - параметр, определяемый по формуле
________________
     * Соответствует оригиналу. Вероятно, следует читать . - Примечание .
     

 .                                                        (16)

Рисунок 5 - Коэффициент

     
     5.7 Приведенное относительное ускорение центра тяжести -го участка определяют по формуле
     

,                                                        (17)

     
где  и  - относительные перемещения  и -го участков, определяют по формуле (4);
     
      и  - коэффициенты пульсации давления ветра для середины соответственно -го участка на высоте  и -й площадки на высоте  по рисунку 6 или формулам:
     

;   .                         (18)

Рисунок 6 - Коэффициенты пульсации давления ветра ,  

     
     
     5.8 Коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра  определяют по рисунку 7 или формуле
     

.                                                         (19)

     
Рисунок 7 - Коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра  

     
     
     5.9 Изгибающий момент в сечении на высоте  от действия ветровой нагрузки на обслуживающую -ю площадку следует определять по формуле
     

.                     (20)

     
     При отсутствии точных данных о форме площадки изгибающий момент  определяют по формуле
     

,                         (21)

где  - аэродинамический коэффициент по таблице 2;
     
      - сумма площадей всех проекций профилей -й площадки на плоскость, перпендикулярную направлению ветра, м;
     
      - площадь, ограниченная контуром -й площадки, м;
     
      - коэффициент по рисунку 8 или формуле
     

;                                                                    (22)

     
     - коэффициент пульсации давления ветра по рисунку 6;
     
      - коэффициент по рисунку 4.
     
     

     
Рисунок 8 - Коэффициент

     
     6 Определение расчетного изгибающего момента от сейсмических воздействий

     
     6.1 Сейсмическую нагрузку, приложенную в середине -го участка и соответствующую первому тону собственных колебаний аппарата, определяют по формуле
     

,                                              (23)

     
где  - коэффициент динамичности по рисунку 9 или по формуле, но во всех случаях  принимают не менее 0,8 и не более 2,5
     

;                                                                                      (24)

     
      - сейсмический коэффициент, выбирают в зависимости от района установки аппарата по таблице 3;
     
      - относительное перемещение центров тяжестей участков, определяют по формуле (4).
     
     
Таблица 3 - Сейсмический коэффициент
     

_________________
     * Сейсмичность населенных пунктов - по СНиП II-7-81 [2].
     
     

     
Рисунок 9 - Коэффициент динамичности

     
     6.2 Максимальный изгибающий момент в нижнем сечении аппарата при учете только первой формы колебаний определяют по формуле
     

.                                                                 (25)

     
     6.3 Расчетный изгибающий момент с учетом влияния высших форм колебаний при необходимости устанавливают специальными методами.
     
     В качестве первого приближения расчетный изгибающий момент  в сечении на высоте  с учетом влияния высших форм колебаний следует выбирать в зависимости от  по эпюре рисунка 10.
     
     

     
Рисунок 10 - Эпюра для определения изгибающего момента

ПРИЛОЖЕНИЕ А
(обязательное)

     
Условные обозначения и размерность величин

     
      - относительное перемещение центров тяжести -го (-гo) участка аппарата, 1/(Н·м) [1/(кгс·м)]
     
      - коэффициент неравномерности сжатия грунта, Н/м (кгс/м)
     
      - наружный диаметр -го (1, -гo) участка аппарата (рисунок 1), м
     
      - модуль продольной упругости материала при расчетной температуре, Н/м (кгс/м)
     
      - общий вес аппарата, Н (кгс)
     
      - вес -го (1, 2, , -гo) участка аппарата (рисунок 1), Н (кгс)
     
      - вес каждого отдельного (из групповых) аппаратов, Н (кгс)
     
      - ускорение силы тяжести, м/с
     
      - высота аппарата (рисунки 1, 3, 10), м
     
      - высота 1, 2, 3-го участков аппарата переменного сечения (рисунок 3), м
     
      - высота каждого отдельного (из групповых) аппарата, м.
     
      - высота -го (1, 2, -го) участка аппарата (рисунок 1), м
     
      - момент инерции верхнего основного металлического сечения аппарата относительно центральной оси, м
     
      - момент инерции верхнего металлического сечения 1, 2, 3-го участков аппарата переменного сечения относительно центральной оси (рисунок 3), м
     
      - минимальный момент инерции подошвы фундамента, м
     
      - максимальный изгибающий момент в нижнем сечении колонны, Н·м (кгс·м)
     
      - расчетный изгибающий момент в сечении на высоте  от сейсмических воздействий, Н·м (кгс·м)
     
      - расчетный изгибающий момент в сечении на высоте  от действия ветра, Н·м (кгс·м)
     
      - изгибающий момент от действия ветра на обслуживающую -ю площадку в сечении на высоте , Н·м (кгс·м)
     
      - число площадок над расчетным сечением
     
      - число участков аппарата над расчетным сечением
     
     - ветровая нагрузка на -м (1, 2, -ом) участке аппарата (рисунок 1), Н (кгс)
     
      - средняя составляющая ветровой нагрузки на -м участке, Н (кгс)
     
     - пульсационная составляющая от ветровой нагрузки на -м участке, Н (кгс)
     
     - нормативное значение давления ветра, Н/м (кгс/см)
     
      - нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на середине -гo участка аппарата, Н/м (кгс/см)
     
      - сейсмическая нагрузка в середине -го участка, Н (кгс)
     
      - период основного тона собственных колебаний аппарата, с
     
      - высота расчетного сечения аппарата от поверхности земли (рисунок 1), м
     
      - расстояние от середины -ro (-гo) участка от поверхности земли (рисунок 1), м
     
      - высота обслуживающей площадки от поверхности земли, м
     
     - число участков
     
     - число аппаратов
     
     - приведенное относительное ускорение центра тяжести -го участка аппарата
     
     

ПРИЛОЖЕНИЕ Б
(справочное)

     
Библиография

     
     [1] СНиП 2.01.07-85 Строительные нормы и правила. Нагрузки и воздействия.
     
     [2] СНиП II-7-81 Строительные нормы и правила. Строительство в сейсмических районах.
     
     
     
Текст документа сверен по:
официальное издание
М.: ИПК Издательство стандартов, 1999
     
     
     
Юридическим бюро в
текст документа внесено Изменение N 1,  
утвержденное Приказом

Ростехрегулирования от 17.02.2006 N 11-ст