Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДОНБАСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

УДК 624.014.95 (043.3)

ДІЙСНА РОБОТА МОНТАЖНИХ СТИКІВ ВЕРТИКАЛЬНИХ ЦИЛІНДРИЧНИХ РЕЗЕРВУАРІВ

05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди

Автореферат

дисертації на здобуття вченого ступеня

кандидата технічних наук

Кулик Олександр Олександрович

Макіївка - 2003

Дисертація є рукописом.

Робота виконана у Донбаській державній академії будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:доктор технічних наук, професор Мущанов Володимир Пилипович, Донбаська державна академія будівництва і архітектури, завідувач кафедрою “Теоретична і прикладна механіка”

Офіційні опоненти:доктор технічних наук, професор Корольов Володимир Петрович, Донбаська державна академія будівництва і архітектури, професор кафедри “Металеві конструкції”

кандидат технічних наук, доцент Єгоров Євген Аркадійович, Придніпровська державна академія будівництва і архітектури, доцент кафедри “Металеві, дерев'яні та пластмасові конструкції”

Провідна установа:ВАТ “УкрНДІпроектстальконструкція” ім. В.М. Шимановського, науково-дослідний відділ технічного розвитку, м. Київ

Захист відбудеться “22” січня 2004 р. о 13⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 12.085.01 у Донбаській державній академії будівництва і архітектури за адресою: 86123, Донецька обл., м. Макіївка, вул. Державіна, 2, 1^й навчальний корпус, зал засідань.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Донбаської державної академії будівництва і архітектури (Україна, 86123, Донецька обл., м. Макіївка, вул. Державіна, 2).

Автореферат розісланий “19” грудня 2003 р.

В.о. вченого секретаря спеціалізованої вченої радиВисоцький Ю.Б.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Резервуари є необхідною і невід'ємною частиною народного господарства країни, без них неможливе існування багатьох галузей сучасної промисловості. Метод будівництва резервуарів з рулонних заготовок, який широко застосовується в Україні і ряді інших країн має ряд переваг у порівнянні з полистовим методом будівництва, такі як індустріальність виготовлення, велика швидкість зведення резервуарів, перенос великого обсягу зварювальних робіт на завод, що дозволяє знизити час і вартість зведення резервуарів. Однак поряд з величезними перевагами даний метод, при застосуванні його для будівництва великих резервуарів, виявив ряд недоліків, що істотно знижують ефективність його застосування. Одним з головних недоліків цього методу є те, що монтажний шов замикається ручним зварюванням часто має геометричні кутові недосконалості, обумовлені низкою причин, таких як зварювальні напруження, ушкодження крайок при транспортуванні і розгортанні рулонів та інше. Це негативно впливає на довговічність резервуарів, тому що при багаторазовому наповненні-спорожнюванні резервуарів у стику розвиваються тріщини від втомленості, що можуть привести до руйнування стінки резервуара. В даний час на території країн СНД експлуатуються мільйони тонн резервуарних металоконструкцій, більшість з яких вичерпало термін експлуатації, але продовжують експлуатуватися через дорожнечу нового будівництва. Багато конструкцій знаходяться в аварійному стані. Аналіз аварій великих резервуарів свідчить про те, що тріщини в зоні стиків є причиною близько 10% аварій, що спричиняють матеріальний збиток, наносять шкоду навколишньому середовищу і можуть привести до людських втрат. Внаслідок урахування зазначеного виду недосконалостей при розрахунку і проектуванні резервуарів є актуальної науково-технічною задачею. недосконалість монтажний циліндричний резервуар

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Основні дослідження теоретичного і прикладного характеру були виконані в межах держбюджетних тем Д-1-2-99 “Вдосконалення методів розрахунку та проектування конструкцій у вигляді оболонок та пластинок” (державний реєстраційний №0199U000473), Д-2-1-00 “Створення теоретичних та технологічних засад технічної діагностики та прогнозування технічного стану будівельних металевих конструкцій” (державний реєстраційний №0100U000929) і Д-2-4-03 “Розробка теоретичних основ та програмного забезпечення для проектування покриттів у вигляді оболонок довільної форми на підставі принципів будівельної інформатики” (державний реєстраційний №0102U000586) та науково-дослідний роботи 102 -1 ПК “Виконати роботу по визначенню технічного стану металевого вальцевого затвору Краматорської руслової греблі на р. Казенний Торець та розробити проектні пропозиції та робочий проект підсилення конструкцій затвору” (державний реєстраційний №0102U007127).

Мета досліджень - дослідити вплив геометричних недосконалостей кутового виду на характер напружено-деформованого стану (НДС) у монтажному стику вертикальних циліндричних резервуарів (ВЦР), на основі отриманих результатів розробити вдосконалену аналітичну методику їх урахування в розрахунках на міцність.

Задачі досліджень:

1) розробити вдосконалені аналітичні методики розрахунку локальних напружень у зоні монтажного стику ВЦР у детермінованій та імовірнісній постановці;

2) виконати теоретичні дослідження НДС зони монтажного стику ВЦР на основі розробленої методики та МКЕ;

3) провести експериментальні дослідження НДС стику з урахуванням недосконалості з використанням масштабної моделі зони стику ВЦР з локальною недосконалістю у вигляді западання, а також експериментальні дослідження існуючого резервуара з локальною геометричною недосконалістю у вигляді кутоватості монтажного стику для перевірки правильності теоретичних припущень;

4) провести додаткові статистичні дослідження мінливості випадкових параметрів товщини, границі текучості сталі, стрілки западання монтажних стиків ВЦР;

5) на основі отриманих результатів назначити коефіцієнт умов роботи зони монтажного стику з недосконалістю для ВЦР, які проектуються, який потім рекомендувати для використання у нових редакціях нормативних документів на резервуари;

6) назначити уточнені величини стрілок западання, що допускаються, для монтажних стиків ВЦР, які експлуатуються.

Об'єкт дослідження - вертикальні монтажні стики вертикальних циліндричних резервуарів, виготовлених методом рулонування, що мають геометричні недосконалості кутового виду.

Предмет дослідження - напружено-деформований стан вертикальних монтажних швів ВЦР, що мають геометричні недосконалості кутового виду при багаторазовому зливу-наливу продукту.

Методи дослідження

Методи математичного моделювання.

Метод фізичного моделювання з використанням методів теорії подібності, механічних методів випробування матеріалів завантаженням, механічних методів вимірювання переміщень.

Загальні методи будівельної механіки та теорії пружності.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

На основі використання реальної діаграми деформування сталі запропонована вдосконалена методика, що дозволяє уточнити параметри НДС у зоні кутової недосконалості;

На основі даних випробувань фрагментів оболонки резервуара вперше отримані експериментальні дані про розподіл величин локальних кільцевих и меридіональних напружень у зоні кутової недосконалості;

Встановлені залежності для визначення статистичних характеристик величин локальних напружень у зоні стику в залежності від мінливості товщини, границі текучості сталі, стрілки западання монтажних стиків резервуарів;

На основі використання фундаментальних положень теорії надійності запропоновані залежності для визначення резерву несучої здібності зони стиків резервуарів з кутовою недосконалістю.

Практичне значення отриманих результатів полягає в наступному:

1. Запропоновано уточнену методику розрахунку параметрів НДС стінок ВЦР з кутовими недосконалостями;

2. Розроблена імовірнісна методика розрахунку стінок ВЦР із кутовими недосконалостями в залежності від основних параметрів проектування;

3. Запропоновано методику нормування і встановлені значення коефіцієнтів умов роботи в зоні стику ВЦР для випадків нового проектування, уточнені значення граничних величин кутових недосконалостей для резервуарів, що експлуатуються.

Апробація роботи. Основні положення дисертаційної роботи були викладені на сімох науково-технічних конференціях ДонДАБА в 1997 - 2003 роках, на семінарі “Сучасні проблеми проектування, будівництва та експлуатації споруд на шляхах сполучення”, (Київ, 22 - 24 червня 2000 р.), на VII Українській науково-технічній конференції “Металеві конструкції”, (Дніпропетровськ, 2 - 6 жовтня 2000 р.), IV Міжнародному симпозіумі “Сучасні будівельні конструкції з металу та деревини” (Одеса, 26 - 28 травня 2003 р.), колоквіумі “Удосконалення методів розрахунку, конструювання, спорудження та ремонту сталевих резервуарів” (Скадовськ, Україна, 3 - 5 вересня 2003 р.). У повному обсязі дисертація викладена на розширеному засіданні кафедри “Металеві конструкції” ДонДАБА 28 вересня 2003 р.

Особистий внесок здобувача полягає в наступному:

· вдосконалено методику розрахунку напружено-деформованого стану зони вертикального монтажного шва в детермінованій постановці;

· розроблено, виготовлено та випробувано великомасштабну модель зони вертикального монтажного шва ВЦР;

· виконано систематизацію і аналіз результатів експериментальних та теоретичних досліджень;

· виконано аналіз статистичних факторів мінливості товщини, границі текучості сталі, що знаходилась в експлуатації та стрілки западання вертикальних монтажних стиків;

· виконано чисельні дослідження НДС стику з недосконалістю з використанням програмного комплексу SCAD;

· розроблено методику розрахунку НДС у імовірнісній постановці;

· розроблено методичний підхід, що дозволяє здійснити нормування складової коефіцієнта умов роботи стику.

Публікації.

Основний зміст дисертації опублікований у 7 роботах у спеціальних друкованих виданнях, затверджених ВАК України, з яких 1 - без співавторів.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається з введення, чотирьох розділів, основних висновків, списку використаної літератури (119 найменувань) і трьох додатків. Робота викладена на 169 сторінках машинописного тексту, у тому числі 85 сторінок основного тексту, 12 сторінок списку літератури, 35 повних сторінок з рисунками і таблицями, 37 сторінок додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі розглянутий предмет досліджень - напружено-деформований стан вертикальних монтажних швів ВЦР, що мають геометричні недосконалості кутового виду при багаторазовому зливі-наливі продукту, сформульовані актуальність, мета і задачі досліджень, наукова новизна роботи, практичне значення отриманих результатів, особистий внесок здобувача, структура і обсяг дисертації.

У розділі 1 розглянутий сучасний стан питання в частині експериментальних і теоретичних досліджень НДС вертикальних монтажних швів ВЦР, що мають геометричні недосконалості кутового виду при багаторазовому зливі-наливі продукту.

Розробці та вдосконаленню методу виготовлення резервуарів з рулонних заготовок присвячені роботи Г.В. Раєвського, Б.В. Поповського, В.С. Корнієнко, В.М. Дідковського та ін.

Дослідженню надійності металевих конструкцій з деформаціями і недосконалостями присвячені роботи Є.В. Горохова, В.П. Мущанова, В.П. Корольова, О.В. Шимановського, О.І. Оглоблі та ін.

Дослідженню малоциклової довговічності резервуарів, що мають недосконалості геометричної форми присвячені роботи В.В. Ларіонова, Б.Ф. Бєляєва, В.К. Вострова, Р.Р. Кулахметьєва, Є.А. Єгорова, А.С. Подгорного, П.Г. Почтовика, Г.П. Кандакова, М.І. Лукієнко, С.М. Білецького, Ю.П. Барвінко, В.М. Голінько та ін.

Дослідженню НДС навколошовної зони присвячені роботи Ю.В. Соболєва, О.Д. Колоскова, Ю.П. Барвінко, В.М. Голінько, А.В. Перельмутера та ін.

Дослідженню НДС резервуарів з геометричними недосконалостями присвячені роботи Є.А. Єгорова, Н.М. Писанко, Р.Р. Кулахметьєва, J. Ziуіko, E. Supernak, P Malhotra, M Wieland та ін.

Вивченню коефіцієнтів надійності і питанням експлуатаційної надійності тонколистових металевих конструкцій присвячений ряд робіт, у тому числі роботи Є.В. Горохова, В.П. Мущанова, В.П. Корольова, В.В. Губанова та ін.

При вивченні роботи споруджень зазначеного типу найбільш ефективним є комплексний підхід, що включає як експериментальні натурні і лабораторні дослідження на моделях, так і теоретичні дослідження. Установлено, що НДС навколошовної зони вивчений недостатньо, порівняння результатів розрахунку з використанням методик різних авторів дає значні відхилення як значень напружень у зоні стику, так і параметрів довговічності.

Дослідні результати різних авторів мають кількісні розбіжності, а часом і суперечливі, що пояснюється методичними складностями і розбіжностями в проведенні досвідів. Для значної частини експериментальних досліджень НДС навколошовної зони використовувалися зразки у вигляді смужок, що дозволяло вимірити напруження тільки в одному напрямку, однак зробило важчим аналіз і виявлення загальних закономірностей розвитку деформацій, тому що не враховувалися меридіональні напруження.

У роботі наведений порівняльний аналіз результатів, отриманих з використанням існуючих методик (ІЕЗ ім. Патона, О.Д. Колоскова, ЦНДІПСК ім. Н.П. Мельникова)

Однак автори методик розрахунку НДС навколошовної зони не ставили задачу використання їх результатів на стадії проектування у формі методу граничних станів. Відсутній також і коефіцієнт умов роботи _c, який міг би дозволити нормувати граничне напруження в стику стінки резервуара, що має геометричні недосконалості, а, отже, знизити ризик руйнування конструкцій.

Відсутній цей коефіцієнт і у ВБН В 2.2-58.2-94, що є на сьогоднішній день основним нормативним документом на проектування конструкцій резервуарів в Україні.

На основі вивчення стану питання сформульовані основна мета і задачі дослідження.

У другому розділі розглянуто удосконалену методику розрахунку НДС зони стику з недосконалістю у виді кутоватості в детермінованій постановці. Уточнена методика використовує основні положення методики О.Д. Колоскова, але припускає використання ряду умов, що більш точно відповідають дійсним умовам роботи сталі в зоні кутової недосконалості (рис. 1):

а) використання замість діаграми Прандтля реальної діаграми деформування сталі, конкретно для кожної марки сталі.

б) використання для перебування приведеного моменту інерції пружно-пластичної смуги уточненого алгоритму:

;

де t - товщина стінки резервуара; - рівень напружень у стінці резервуара; - параметр пластичності;

Остаточне значення B визначається за інтерполяцією, за умови:

;

- відносна висота пружного ядра перерізу ();

Напруження в зоні стику при цьому визначається за формулою:

(1)

Для перевірки правильності теоретичних передумов пропонованої методики були виконані чисельні дослідження НДС навколошовної зони з використанням програмного комплексу SCAD 7.29. Для проведення чисельних досліджень були вивчені розрахункові схеми п'яти найбільш часто вживаних на території України типорозмірів резервуарів великих обсягів, що виготовляються методом рулонування (від 10000 до 30000 м³).

Основна частина конструкцій таких резервуарів, зведених на території України виготовлені на Запорізькому ЗМК, тому що потужності Макіївського ЗМК не дозволяють рулонувати сталь товщиною більш 10 мм. Стінки всіх наведених резервуарів були розраховані на міцність відповідно до вимог СНіП II-23-81* і ВБН В 2.2-58.2-94. Результати розрахунку резервуара об'ємом 30000 представлені на рис. 2 і 3

Отримані результати дозволили установити характер розподілу як у зоні стику, так і в зоні оболонки з ідеальною геометричною формою.

Співставлення результатів, що отримані з використанням методики О.Д. Колоскова, запропонованої методики і результатів чисельних досліджень, дозволяє зробити висновки, що методика О.Д. Колоскова при розрахунку в пружній стадії дає значення, які кілька разів перевищують межу тимчасового опору сталі, що нереально для резервуарів з недосконалостями, що експлуатуються. Облік пружно-пластичної роботи сталі дозволяє одержати в декілька разів менші розрахункові значення локальних напружень, однак і цей підхід дає завищені значення при високому рівні основних кільцевих напружень у стінці. Пропонована методика за рахунок урахування реальної роботи сталі дозволяє отримати результати близькі до границі текучості, при цьому розрахункові напруження не перевищують границі тимчасового опору сталі. Порівняння їх з результатами, отриманими в ході чисельних досліджень показує, що розбіжність не перевищує 17%. Порівняння результатів, що отримані з використанням методик О.Д. Колоскова та розробленої уточненої методики наведено на рис. 4.

Зважаючи на те, що коефіцієнт умов роботи має напівімовірнісну основу, то для його призначення на основі запропонованої детермінованої методики розрахунку параметрів НДС була розроблена її напівімовірнісна інтерпретація, що враховує фактори мінливості товщини, границі текучості і стрілки западання монтажного шва. Запропонований підхід бере за основу розкладання формули (1) у ряд Тейлора. Варіаційними параметрами при цьому виступають товщина, границя текучості сталі і стрілка западання монтажного стику.

У результаті розкладання маємо формулу (2):

(2а)

;(2б)

;(2в)

де: v - коефіцієнт варіації (приймається рівним 5%) ;

; ; ; ; .

При використанні аналітичних моделей розрахунку напружено-деформованого стану стиків коефіцієнт умов роботи _c пропонується визначати на основі використання методів статистичного моделювання і виконання умови (3):

(3)

У третьому розділі наведені результати статистичних досліджень границі текучості, товщини сталі, що знаходиться в тривалій експлуатації, і стрілки западання, проведені для уточнення значень параметрів, що варіюються. Товщина і міцність сталі 09Г2С товщиною 11 і 13 мм і сталі Вст3сп5 товщиною 11 мм, а також величина стрілки западання монтажних швів вимірялася в процесі виконання робіт з технічного огляду резервуарів об'ємом 5000, 20000 і 30000 м³ Слов'янської, Углегорської, Запорізької ГРЕС і Зуївської ТЕС. Для аналізу мінливості реальної товщини сталі в конструкції, ушкодженою корозією, а також вивчення зменшення величини границі текучості сталі було проведене порівняння існуючих значень границі текучості і товщини з номінальними, обчислено математичне чекання, стандарт відхилення і дисперсія величин , а також виконаний аналіз на відповідність нормальному закону розподілу за допомогою критерію Пірсона (рис. 5).

Проведені дослідження статистичної мінливості випадкових факторів товщини, границі текучості для ушкодженою корозією сталі, що знаходилася в експлуатації і стрілки западання монтажного шва дозволяють зробити висновки:

· Коефіцієнт варіації для розглянутих вибірок не перевищував 6% для границі текучості сталі і 4% для товщини сталі, що дозволяє говорити про їх однорідність.

· Усі розглянуті вибірки при рівні забезпеченості 0,95 задовольняють нормальному закону розподілу за критерієм Пірсона.

Це дозволяє говорити про те, що при перерахунках конструкцій під час реконструкції основні розрахункові передумови методу граничних станів, що застосовуються для нової сталі справедливі також і для сталі, ушкодженою корозією. Для проведення експериментальних досліджень була виготовлена великомасштабна модель зони вертикального монтажного стику ВЦР із геометричною недосконалістю у вигляді кутоватості (западання монтажного шва), показана на рис. 6 і 7.

Відповідно до поставлених задач досліджень були прийняті наступні умови завантаження:

· навантаження гідростатичне;

· внутрішній тиск 50, 100 і 200 кПа.

Тиск створювався за допомогою компресора. Деформації вимірялися тензодатчиками з базою 5 і 20 мм.

Шляхом експериментальних досліджень доведено, що при величині кутової недосконалості для сталі С235 і кільцеві напруження в навколошовній зоні досягають 280 - 300 МПа (рис. 8), а меридіональні -100 МПа (рис. 9). При цьому переміщення стику досягають 17 мм (рис. 10). Застосування розробленої методики розрахунку для оцінки НДС моделі дає значення 280 МПа. Використання для оцінки НДС моделі комплексу SCAD дає значення кільцевих напружень в навколошовної зоні 285 МПа (рис. 8), меридіональних 185 МПа.

Для експериментальної перевірки розробленої методики і виключення можливого впливу масштабного фактора було виконано експеримент на натурній конструкції. Для досліджень був використаний мазутний бак №2 Зуївської ТЕС об'ємом 5000 м³. Зона наклейки тензодатчиків показана на рис. 11. Завантаження виконувалося шляхом наливу мазуту на висоту 2.8 м. Результати приведено на рис. 12 і 13.

У результаті проведення експерименту встановлено, що кільцеві напруження в зоні стику досягають 22...25 МПа при рівні основних кільцевих напружень 12...15 МПа (рис. 12), а значення меридіональних напружень в зоні стику досягає -5…-6 МПа, при рівні основних меридіональних напружень 7…8 МПа (рис. 13). Використання для визначення НДС в навколошовній зоні розробленої методики дає значення локальних кільцевих напружень 19.7 МПа, при рівні кільцевих напружень у стінці 14.5 МПа. Застосування програмного комплексу SCAD дає наступні значення: кільцеві напруження в зоні стику 20 МПа, у стінці ідеальної геометричної форми 15 МПа. Меридіональні напруження в зоні стику -7 МПа, основні меридіональні напруження в стінці 8 МПа

У четвертому розділі запропонована методика нормування коефіцієнта умов роботи , що обумовлений геометричними недосконалостями зони стику, а також уточнені методики розрахунку і проектування резервуарів, які виготовляються методом рулонування і методика перерахунку резервуарів, що знаходяться в експлуатації. У результаті аналізу отриманої залежності (рис. 14) запропоноване значення , що може бути використане при проектуванні новоспоруджуваних резервуарів з використанням методу рулонування. На основі використання результатів теоретичних і експериментальних досліджень розроблені пропозиції по нормуванню величин кутових недосконалостей для стадій виготовлення і експлуатації.

На стадії виготовлення максимально припустимі кутові деформації заводських зварних стиків полотнищ стінки запропоновано обмежити наступними значеннями, що наведені в таблиці 1, і використаними при розробці технічних умов ТУ В 28.1-02070795-001-2001 “Конструкції будівельні сталеві резервуарів вертикальних циліндричних для нафти і нафтопродуктів об'ємом від 100 до 20000 м³”.

Таблиця 1. Максимально припустимі кутові деформації стиків

Ry	Товщина, мм	Максимально припустиме значення кутової деформації стику
Менш 300 МПа	5…8	3є
	9…10	3,5є
	11…12	4є
	13…15	4.5є
Більш 300 МПа	8…10	3є
	11…12	3,5є
	13…16	4є

Для резервуарів малих об'ємів (100 - 700 м³), а також для верхніх поясів резервуарів великих об'ємів, товщина стінки яких приймається конструктивно, деформації стиків не повинні перевищувати 6є при Ry<300 МПа і 5є при Ry>300 МПа.

Для резервуарів, що знаходяться в експлуатації, виконано дослідження, що дозволяють уточнити величини стрілок западання, що визначаються у ході експрес-контролю.

Після монтажу величини стрілок западання монтажного стику не повинні перевищувати наведені у таблиці 2.

При перерахунку конструкцій резервуарів, що експлуатуються, запропоноване використання методики уточненого визначення параметрів НДС резервуара, для якої передбачається використання графіка (рис. 15.), що дозволяє врахувати фактичний перерозподіл величин напружень на розглянутій ділянці.

Таблиця 2. Максимально припустимі величини стрілок западання монтажних стиків

Кількість циклів зливу-наливу на рік	Менш 10	10…20	20…50	50…100	Більш 100
Товщина сталі t, мм	5…16	5…16	5…16	5…16	5…10	11…16
Максимально припустиме значення стрілки западання стику	Ry менш 300 МПа	3t	2t	1.5t	t	0.5t	не допускається
	Ry більш 300 МПа	2.75t	1.75t	1.25t	0.75t	0.25t	не допускається

При розрахунку резервуара, який існує, замість величини Ry звичайно використовують величину границі текучості , що узята за даними сертифіката або за результатами іспиту (неруйнівними методами або шляхом відбору зразків).

При цьому повинні виконаються наступні умови:

1) - перевірка міцності (несучої здатності);

2) - перевірка за придатністю до нормальної експлуатації;

де: k - коефіцієнт запасу несучої здатності, що обумовлений співвідношенням (відповідно до рис. 15.)

- припустиме значення стрілки западання що прийняте відповідно до даних таблиці 2.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ

1. На основі використання реальної діаграми деформування сталі розроблено уточнені методики визначення локальних напружень, обумовлених геометричними кутовими недосконалостями монтажних стиків ВЦР, у імовірнісному і детермінованому виді.

2. Для елементів, які знаходяться в тривалій експлуатації виконано статистичні дослідження мінливості випадкових параметрів товщини, границі текучості сталі, стрілки западання монтажних стиків ВЦР, що дозволили установити їх відповідність нормальному закону розподілу.

3. На основі результатів чисельних і експериментальних досліджень, проведених на великомасштабній моделі і реальній конструкції, уточнені параметри НДС стінки резервуара, що відповідає яким співвідношення замість по існуючим методиках розрахунку за I граничним станом. Для зони стику це співвідношення знаходиться в межах .

4. Проведені експериментальні і чисельні дослідження підтвердили точність розроблених методик розрахунку НДС стику ВЦР, погрішність яких знаходиться в межах 5%, для рівня напружень і в межах 20% для .

5. Для стінок проектованих ВЦР, що виготовляються методом рулонування, при їх розрахунку на міцність запропоноване значення коефіцієнта умов роботи монтажного стику , що враховує його кутової геометричної недосконалості.

6. Для резервуарів, що знаходяться в експлуатації, на підставі даних про характер розподілу кільцевих і меридіональних напружень запропонована уточнена методика розрахунку стінок ВЦР за I граничним станом і уточнені значення гранично припустимої стріли западання монтажного шва за II граничним станом.

Результати роботи використані при розробці технічних умов ТУ У В.2.6-28.1-02070795-001-2002 “Конструкції будівельні сталеві резервуарів вертикальних циліндричних для нафти і нафтопродуктів об'ємом від 100 до 20000 м3”, при виконанні робіт з оцінки технічного стану мазутного бака №2 Зуївської ТЕС, а також увійшли до складу “Посібника…”до нової редакції ДБН “Сталеві конструкції. Норми проектування”.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ У НАСТУПНИХ РОБОТАХ:

1. Мущанов В.П., Кулик О.О. Пружно-пластичний розрахунок монтажних стиків вертикальних циліндричних резервуарів з локальними недосконалостями // Наукові праці семінару “Сучасні проблеми проектування, будівництва та експлуатації споруд на шляхах сполучення”, 22 - 24 червня 2000 р. Тематичний вип. зб. №59 - Київ: Транспортна Академія України, 2000. - С. 160 - 163.

2. Мущанов В.П., Кулик О.О. Дослідження точності рішення задачі НДС зони монтажного шва вертикальних циліндричних резервуарів з локальними геометричними недосконалостями // VII Українська науково-технічна конференція “Металеві конструкції”, 2 - 6 жовтня 2000 р. Зб. доповідей. - Дніпропетровськ, 2000. - С. 78 - 80.

3. Мущанов В.П., Кулик О.О. Уточнена методика розрахунку напружено-деформованого стану монтажних стиків вертикальних циліндричних резервуарів // Вісник ДонДАБА. Будівельні конструкції, будівлі та споруди. - Вип. 2000-1(21), - Макіївка, ДонДАБА, 2000. - С. 121 - 122.

4. Мущанов В.П., Кулик О.О., Циплухін О.Г. Випробовування масштабної моделі зони монтажного звареного шва вертикальних циліндричних резервуарів з локальними геометричними недосконалостями // Вісник ДонДАБА. - Вип. 2001-3(28), т. 1. - Макіївка, ДонДАБА, 2001. - С. 53-55.

5. Кулик О.О. Випробовування масштабної моделі вертикального монтажного стику ВЦР із кутовою недосконалістю // Сучасні будівельні конструкції з металу і деревини. Одеса / Зб. наукових праць - Одеса, “Внешрекламсервис” 2003.- С. 154 - 159.

6. Мущанов В.П., Кулик О.О. Дослідження напружено-деформованого стану стиків вертикальних циліндричних резервуарів з кутовими геометричними недосконалостями // Вісник ДонДАБА. Будівельні конструкції, будівлі та споруди. - Вип. 2003-2(39), т.1. - Макіївка, ДонДАБА, 2003. - С. 10 - 15.

7. Мущанов В.П., Кулик О.О., Циплухін О.Г. Експериментальне дослідження НДС вертикальних монтажних стиків ВЦР з кутовою недосконалістю // Вісник ДонДАБА. Будівельні конструкції, будівлі та споруди. - Вип. 2003-2(39), т.2. Баштові споруди: матеріали, конструкції, технології. - Макіївка, ДонДАБА, 2003. - С. 160 - 163.

Особистий внесок автора в цих публікаціях:

· Розглянуто розроблену удосконалену методику розрахунку НДС зони вертикального монтажного стику в детермінованій і імовірнісній постановці [1, 2, 3, 6].

· Викладено результати випробовування великомасштабної моделі зони вертикального монтажного шва ВЦР і виконано систематизацію і аналіз результатів експериментальних і теоретичних досліджень [3, 4, 5].

· Проаналізовано результати чисельних досліджень НДС зони стику з недосконалостями кутового типу з використанням програмного комплексу SCAD 7.29 [4, 5, 6].

· Виконано експериментальні дослідження параметрів НДС навколошовної зони на конструкціях реального резервуара [7].

· Запропоновано схему експрес-контролю монтажних стиків при проведенні робіт з технічного огляду [7].

АННОТАЦИЯ

Кулик Александр Александрович. Действительная работа монтажных стыков вертикальных цилиндрических резервуаров. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения. - Донбасская государственная академия строительства и архитектуры Министерства образования и науки Украины, Макеевка, 2003.

Работа посвящена вопросам расчетной оценки напряженно-деформированного состояния вертикальных монтажных стыков ВЦР, изготавливаемых с применением метода рулонирования.

Разработана усовершенствованна методика расчета параметров НДС околошовной зоны в детерминированной и вероятностной постановке. Выполнены исследования статистической изменчивости параметров толщины, предела текучести и стрелки западания монтажных стыков ВЦР.

Получены результаты натурных экспериментальных исследований конструкций вертикального цилиндрического резервуара №2 мазутного склада Зуевской ТЭС объемом 5000 м³. Выполнены экспериментальные исследования НДС околошовной зоны на крупномасштабной модели зоны вертикального монтажного шва ВЦР.

С использованием программного комплекса SCAD 7.29 проведен численный эксперимент, позволивший уточнить параметры НДС стенки резервуара, при расчете по I предельному состоянию. Для эксплуатируемых резервуаров уточнены значения предельно допустимой стрелы западания монтажного шва по II предельному состоянию.

Для стенок вновь проектируемых ВЦР, изготавливаемых методом рулонирования, при их расчете на прочность, предложено значение коэффициента условий работы монтажного стыка, учитывающий его угловые геометрические несовершенства.

Результаты работы использованы при разработке технических условий ТУ У В.2.6-28.1-02070795-001-2002 “Конструкции строительные стальные резервуаров вертикальных цилиндрических для нефти и нефтепродуктов объемом от 100 до 20000 м³”, при выполнении работ по оценке технического состояния мазутного бака №2 Зуевской ТЭС, а также вошли в состав “Пособия…” к новой редакции ДБН “Стальные конструкции. Нормы проектирования”.

Ключевые слова: напряженно-деформированное состояние, вертикальный цилиндрический резервуар, монтажный стык, локальное геометрическое угловое несовершенство, стрелка западания, кольцевые и меридиональные напряжения.

АНОТАЦІЯ

Кулик Олександр Олександрович. Дійсна робота монтажних стиків вертикальних циліндричних резервуарів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття ученого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди. - Донбаська державна академія будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України, Макіївка, 2003.

Робота присвячена питанням розрахункової оцінки напружено-деформованого стану вертикальних монтажних стиків ВЦР, що виготовляються з застосуванням методу рулонування. Розроблено удосконалену методику розрахунку параметрів НДС навколошовної зони в детермінованій і імовірнісній постановці. Отримано результати натурних експериментальних досліджень конструкцій вертикального циліндричного резервуара №2 мазутного складу Зуївської ТЕС об'ємом 5000 м³. Виконано експериментальні дослідження НДС навколошовної зони на великомасштабній моделі зони вертикального монтажного шва ВЦР. З використанням програмного комплексу SCAD 7.29 проведено чисельний експеримент, що дозволив уточнити параметри НДС стінки резервуара, при розрахунку за I граничним станом. Для резервуарів, що експлуатуються, уточнені значення гранично припустимої стріли западання монтажного шва за II граничним станом.

Ключові слова: напружено-деформований стан, вертикальний циліндричний резервуар, монтажний стик, локальна геометрична кутова недосконалість, стрілка западання, кільцеві і меридіональні напруження.

ABSTRACT

Kulik A.A. Real operation of the assembly joints of the vertical cylindrical tanks. - The manuscript.

The thesis for Engineering Sciences Candidate's Degree Competition on Speciality 05.23.01 - Engineering Structures, Buildings and Constructions. - The Donbass State Academy of Civil Engineering and Architecture of the Ministry of Education and Science of Ukraine, Makeevka, 2003.

The work is dedicated to the problems of a calculation of stress-strain state of VCT vertical field joints, produced with a rolling method. An analytical determinancy and probabilistic technique of calculating vertical field joints SSS are suggested. Experimental research on tank №2 of 5000 m³ volume at the Zuyevskaya TPS fuel oil storing system has been obtained. The researches of vertical field joints SSS have been carried out on a large-scale model of a zone of a vertical cylindrical tank assembly connection with geometrical imperfection. The numerical researches were carried out for tanks in use.

Keywords: stress-strain state (SSS), vertical cylindrical tank, assembly welding joint, local geometrical angular imperfection, sag, hoop and meridian stresses.

Размещено на Allbest.ru

...