Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Авария на ТЭЦ-3 Норильско-Таймырской энергетической компании, связанная с разрушением топливного резервуара в мае 2020 года, вновь подчеркнула актуальность вопросов эксплуатации объектов Ростехнадзора. В числе причин, приведших к аварии, были указаны недостатки проектирования свайного фундамента и нарушения при выполнении строительно-монтажных работ [1].
Стандартом Р 52910–2008 «Резервуары вертикальные цилиндрические стальные. Общие требования» [2] регламентируются требования к проектированию, изготовлению и монтажу резервуаров для хранения нефтепродуктов. Среди прочих, в ГОСТе указаны требования к анкерному креплению стенки резервуара для защиты его от опрокидывания под воздействием ветровой нагрузки или сейсмических колебаний. Такое крепление полностью исключает возможность упругих деформаций днища резервуара под воздействием внутреннего давления. Расчётная схема, предложенная авторами работы [3], соответствует именно такому условию закрепления днища. Вместе с тем, увеличение диаметра днища, приводит к возникновению горизонтальных нагрузок действующих на сваи. Проектный расчет свай на устойчивость от продольного изгиба не учитывает возникновение поперечного изгиба от действия горизонтальных сил.
В данной работе дана количественная оценка деформации вертикального цилиндрического резервуара (рис. 1) под нагрузкой от топочного мазута и внутреннего давления. Резервуары для хранения жидкости относятся к классу инженерных сооружений — тонкостенные оболочки [4].
Появление программного обеспечения для численного решения систем дифференциальных уравнений, позволяет осуществлять моделирование рассматриваемых конструкций с любой сложностью постановки задач и граничными условиями. В работе представлены результаты численного моделирования деформированного состояния вертикального цилиндрического резервуара для хранения жидкого топлива. с использованием программы Ansys 5.5ED, реализующей метод конечных элементов.
Основные размеры цилиндрического резервуара диаметром D и высотой его цилиндрической части H принимали равными 1,2 · 10-3м и 1,7 · 10-3 м соответственно (см. рис. 1). Угол конуса крышки при ее вершине составлял 75°. В качестве конструкционного материала была принята листовая сталь толщиной S равной 6 · 10-3 м. Усредненное значение нормального допускаемого напряжения для качественных углеродистых конструкционных сталей, принятое при моделировании, составляло 2,1 · 105 МПа, коэффициент Пуассона — 0,3.
Резервуар, заполненный топочным мазутом с плотностью 957 кг/м3 на высоту его цилиндрической части, находился под внутренним давлением 2200 Па. Резервуар опирался плоским днищем на фундамент без ограничений на упругие деформации по горизонтали. Вес содержимого резервуара учитывался дополнением граничных условий величиной ускорения свободного падения g, равного 9,81 м/с2. Осесимметричная изначально задача при решении заменялась плоской.
При разработке конечно-элементной модели по аналогии с работой [3] стенки резервуара разбивали на конечные элементы PLANE182 и его содержимое — на элементы SHELL63 из библиотеки элементов программы Ansys 5.5ED (рис. 2).
Все точки днища, за исключением центральной, были лишены перемещений по вертикали. А центр днища – закреплен по направлению двух осей.
Изолинии изменения гидростатического давления (рис. 3) в нижних слоях жидкости имеют тенденцию к уменьшению в окрестности стенки резервуара.
Горизонтальные перемещения Δ точек стенки резервуара (рис. 4) свидетельствуют о том, что верхние ее пояса подвержены сжатию, существует уровень с нулевой деформацией, ниже которого пояса стенки растянуты.
Анкерное крепление кольца окраек к сваям исключает компенсацию теплового расширения днища резервуара и его упругой деформации при заполнении жидкостью, в результате чего возникают дополнительные нагрузки на сваи.
По результатам работы можно сделать следующие выводы:
