ГОСТ 24757-81 Сосуды и аппараты Аппараты колонного типа Нормы и методы расчета на прочность

СОСУДЫ И АППАРАТЫ.
АППАРАТЫ КОЛОННОГО ТИПА

НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ

ГОСТ 24757-81
(СТ СЭВ 1645-79)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ

Москва

 

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 15 мая 1981 г. № 2411 срок введения установлен

с 01.07.81

Несоблюдение стандарта преследуется по закону

Настоящий стандарт распространяется на аппараты колонного типа по ГОСТ 24305-80. Стандарт устанавливает методы расчета на прочность колонных аппаратов, работающих под действием внутреннего, избыточного или наружного давления, собственного веса и изгибающих моментов от ветровых нагрузок или сейсмических воздействий, а также изгибающих моментов, возникающих от действия ветровых нагрузок.

Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 1645-79.

1. РАСЧЕТНЫЕ СЕЧЕНИЯ

1.1. При расчете колонного аппарата устанавливаются следующие основные расчетные сечения:

поперечные сечения корпуса колонны, переменные по толщине стенки или диаметру (I—I, II—II, …, Z—Z по черт. ); для аппаратов постоянного сечения (по диаметру и толщине стенки) — только поперечное сечение в месте присоединения опорной обечайки;

поперечное сечение в месте присоединения опорной обечайки к корпусу колонны (Z—Z по черт. , );

поперечное сечение опорной обечайки в местах расположения отверстий (X—X по черт. , );

поперечное сечение в месте присоединения опорного кольца (Y—Y по черт. , ).

Расчетные сечения колонного аппарата

Черт. 1

Цилиндрические опорные обечайки

Черт. 2

Примечание. Черт. и не определяют конструкцию и приведены только для указания расчетных размеров.

1.2. Для расчета местных нагрузок следует рассмотреть дополнительные расчетные сечения (А—А, В—В по черт. ).

Термины, использованные в стандарте, и их условные обозначения приведены в справочном приложении.

2. РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ И РАСЧЕТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА

2.1. Расчетные давления

2.1.1. Расчетное давление p₁ в рабочих условиях для каждого расчетного сечения и пробное давление р₂, измеряемое в верхней части колонны, — по ГОСТ 14249-80.

2.1.2. Гидростатическое давление р_н во время гидроиспытания колонны в вертикальном положении необходимо определять для каждого расчетного сечения по формуле

p_Н = g·(Н—х₀).                                                                (1)

Для воды g = 10^-5 Н/мм³ (10^-3 кгс/см³)

2.2. Нагрузки от собственного веса.

При расчете колонн должны быть учтены следующие весовые нагрузки:

G₁ — вес колонны в рабочих условиях, включая вес обслуживающих площадок, изоляции, внутренних устройств и рабочей среды, Н (кгс);

G₂ — вес колонны при гидроиспытании, включая вес жидкости, заполняющей колонну, Н (кгс);

G₃ — максимальная нагрузка колонны от собственного веса в условиях монтажа, Н (кгс);

G₄ — минимальная нагрузка колонны от собственного веса в условиях монтажа (после установки колонны в вертикальное положение), Н (кгс).

Примечание. Необходимо учитывать, что нагрузка от веса воды, заполняющей колонну в условиях испытания, действует только на нижнее днище и расчетные сечения опорной обечайки.

2.3. Расчетные изгибающие моменты

2.3.1. Максимальный изгибающий момент М_G от действия эксцентрических весовых нагрузок, в том числе от присоединяемых трубопроводов и других нагрузок, необходимо определять для каждого расчетного сечения.

2.3.2. Изгибающие моменты M_V от действия ветровых нагрузок — по ГОСТ 24756-81.

2.3.3. Изгибающие моменты от сейсмических воздействий М_R по ГОСТ 24756-81.

2.4. Снеговые нагрузки.

При расчете колонных аппаратов снеговые нагрузки не учитывают.

2.5. Температурные нагрузки.

В случае необходимости температурные напряжения определяют специальными методами расчета.

2.6. Местные нагрузки.

Расчет локальных напряжений от местных нагрузок на колонне (например, трубопроводы, краны, лестницы и др.) производят по нормативно-технической документации, утвержденной в установленном порядке. Для этого необходимо определить общие мембранные напряжения в соответствующих дополнительных расчетных сечениях (А—А, В—В по черт. ) s_х и s_у по п. .

2.7. Расчетная температура

Расчетную температуру для каждого элемента колонного аппарата следует определять по ГОСТ 14249-80.

Для элементов нижнего опорного узла опорных обечаек, которые приварены к корпусу колонны и изолированы, расчетную температуру в рабочих условиях определяют по формуле

t_A = maх (t_K —Dt; 20 °С),                                                 (2)

где Dt — перепад температуры по черт. .

Перепад температуры в опорной обечайке

Dt = 10 + 0,132h₃ + 0,249·10^-3·h₃ — 0,305·10^-6·h + 0,934·10^-10·h

Черт. 3

Расчетная температура для условий испытания и монтажа принимается 20 °С.

3. СОЧЕТАНИЕ НАГРУЗОК

Колонный аппарат необходимо рассчитывать для следующих трех условий работы аппарата:

рабочие условия;

условия испытания;

условия монтажа.

Сочетания нагрузок для перечисленных условий приведены в таблице

Примечания:

1. При расчете моментов M _V и M _R исходят из общей весовой нагрузки в рабочих условиях.

2. При расчете момента M _Vисходят из общей весовой нагрузки в условиях испытания.

3. При расчете моментов M _V и M _R исходят из общей весовой нагрузки в условиях монтажа M _V, учитывают изоляцию.

4. КОРПУС КОЛОННОГО АППАРАТА

4.1. Стенка колонного аппарата должна быть рассчитана на прочность и устойчивость.

4.1.1. Расчет напряжений

Расчет напряжений следует проводить во всех сечениях, указанных в разделе , для рабочих условий (F=F₁; M=M₁; p=p₁) и для условий монтажа (F=F₃; М=М₃; р=0).

4.1.2. Продольные напряжения s_x следует рассчитывать:

на наветренной стороне по формуле ()

s_x= —+;                                 (3)

на подветренной стороне по формуле ()

s_x= ——.                                  (4)

4.1.3. Кольцевые напряжения s_y следует рассчитывать по формуле ()

s_y =                                                                (5)

4.1.4. Эквивалентные напряжения следует рассчитывать:

на наветренной стороне по формуле ()

s_Е= ;                                      (6)

если s_x < 0, то j_Т = 1,0, если s_y < 0, то j_р = 1,0;

на подветренной стороне по формуле ()

s_Е= ;                                    (7)

если s_x< 0, то j_Т = 1,0, если s_y < 0, то j_р = 1,0.

4.1.5. Проверку условий прочности следует проводить:

на наветренной стороне по формуле ()

max {|s_x |; s_Е} £ [s]_К·j_Т;                                              (8)

если s_x< 0, то j_Т = 1,0;

на подветренной стороне по формуле ()

max {|s_x |; s_Е} £ [s]_К·j_Т;                                             (9)

если s_x< 0, то j_Т = 1,0;

4.2. Проверка устойчивости

Проверку устойчивости следует проводить для рабочих условий, условий испытания и монтажа.

4.2.1. Колонны, работающие под внутренним избыточным давлением, и колонны, работающие без давления.

Если толщина стенки s₃ опорной обечайки меньше или равна толщине стенки самой нижней обечайки колонны и механические свойства материала опорной обечайки не выше соответствующих свойств материала обечайки колонны, то расчет колонного аппарата не производят. В этом случае достаточно провести проверку устойчивости опорной обечайки по п. . Для остальных колонн проверку устойчивости следует проводить для каждого основного расчетного сечения по формуле ().

 1,0.                                                                                                                                                (10)

Нагрузки принимают в соответствии с таблицей.

Значения [F] и [М] определяют по ГОСТ 14249 — 80, соответственно, для рабочих условий, условий испытания и монтажа.

4.2.2. Колонны, работающие под наружным давлением

Для условий испытания и монтажа проверку устойчивости необходимо проводить в соответствии с требованиями п. .

Для рабочих условий проверку устойчивости для каждого основного расчетного сечения, следует проводить по формуле ()

 1,0,                                                                                                                                                (11)

где [р], [F], [М] — определяют по ГОСТ 14249-80 для рабочих условий.

5. РАСЧЕТ ОПОРНОЙ ОБЕЧАЙКИ

5.1. Расчет опорной обечайки следует проводить для рабочих условий и для условий испытания. Расчетные нагрузки в сечениях Z—Z (F_z = G_z; М_z) и Y—Y (F_Y=G_Y; M_Y) следует принимать в соответствии с таблицей. Для сечения Х-Х используют расчетные нагрузки сечения Y—Y.

5.2. Проверку прочности сварного шва, соединяющего корпус колонны с опорной обечайкой (сечение Z—Z по черт. , ), следует проводить по формуле ()

s_x = ·min{[s]₀; [s]_К}                                                                                                                                                (12)

Толщина сварного шва а₁ приведена на черт.

5.3. Проверку устойчивости опорной обечайки в зоне отверстия (сечение Х-Х по черт. , ) следует проводить по формуле ()

,                                                                                                                                                (13)

где [F], [M] — определяют по ГОСТ 14249-80;

y_1, y_2, y₃ — коэффициенты, определяемые соответственно по черт. , и .

Если в сечении Х-Х несколько отверстий, то расчет следует проводить для наибольшего из отверстий по формуле () при условии, что для остальных отверстий коэффициенты y₁ и y₂ более 0,95. Если не соблюдены условия y₁ > 0,95 и y₂ > 0,95, то проверку устойчивости необходимо проводить по формуле () при

                             

где A, W, Y_s — соответственно площадь, наименьший момент сопротивления и координата центра тяжести наиболее ослабленного поперечного сечения.

5.4. Если в опорной обечайке есть кольцевой шов, то проверку следует проводить по формуле ()

s_x =                                                                                                                                                 (14)

где:y_1, y_2, y₃ — коэффициенты, определяемые соответственно по черт. , и .

Если кольцевой шов находится вне зоны отверстий, то коэффициенты

y₁ = y₂ = 1,0 и y₃ = 0.

Узлы соединения опорной обечайки с корпусом колонны

Черт. 4

Черт. 5

Черт. 6

Черт. 7

6. РАСЧЕТ НИЖНЕГО ОПОРНОГО УЗЛА

6.1. Расчет нижнего опорного узла следует проводить для рабочих условий и для условий испытания. Расчетные нагрузки F_y и M_y принимают в соответствии с разд. .

6.2. Ширина опорного кольца

Ширина нижнего опорного кольца b₁ устанавливается конструктивно, при этом необходимо соблюдать условие формулы ()

b₁ ³ b_1R =                                                                                                                                                 (15)

Выступающая ширина нижнего опорного кольца должна удовлетворять условию

2d₂ + 30 мм £ b₂ £ b₁.                                                                                                                                                                                                                                               (16)

6.3. Напряжение сжатия в бетоне следует рассчитывать по формуле ()

s_бет = [s]_бет·                                                                                                                                                (17)

6.4. Напряжение в сварном шве нижнего опорного кольца.

Для опорного кольца в исполнении А (черт. ) рассчитывают по формуле ()

s_х =                                                                                                                                                 (18)

Для опорных колец в исполнениях В, С, D (черт. ) проверку по формуле () проводить не следует.

6.5. Толщину нижнего, опорного кольца в исполнениях А, В, С, D следует рассчитывать по формуле ()

s₄ ³ max                                                                                                                                                (19)

где c1=

1,0 — для опорного кольца исполнения А по черт. — для опорных колец исполнений В, С, D

Для опорного кольца исполнения А толщину s₄ дополнительно следует проверить по формуле ()

s₄ ³ + с.                                                                                                                                                (20)

Если по формуле () или () будет получена величина s₄ > 2s₃ следует применять конструкции нижнего опорного узла исполнений С или D.

6.6. Толщину верхнего опорного элемента — кольца следует рассчитывать по формуле ()

s₅ ³ max                                          (21)

где c₂ — коэффициент, определяемый по черт.

6.7. Толщина ребра

s₇ = max                                      (22)

где c3=

2,0 — для исполнений опорного узла В и D (черт. ) 1,0 — для исполнения опорного узла С (черт. )

Для конструкции ребер с соотношением  > 20 ребра необходимо дополнительно проверять на устойчивость.

6.8. Нагрузки стенки опорной обечайки от верхнего опорного элемента-кольца.

Местное напряжение изгиба следует рассчитывать по формуле ()

                                                       (23)

где c₄ — коэффициент, определяемый по черт. .

Для опорного узла исполнения С вместо b₄ принимается b₅, a для исполнения D (b₆ +b₇).

Проверку следует проводить по формуле ()

s_1x £ [s]_п,                                                                 (24)

где [s]_п — предельное напряжение изгиба принимается по действующей нормативно-технической документации.

6.9. Высота нижнего опорного узла исполнений С и D.

Исполнения опорного узла

Черт. 8

Высоту h₁ опорного узла при выполнении условия b₂ = b₅, следует определять по формуле ()

h₁                                                                                                                                                                                                                                               (25)

при s₅ » 2s₃

Черт. 9

Черт. 10

Черт. 11

c₅ = 1+ c₇, c₆ = 1 + 2c₇

c₇ =

Толщины s₅, s₇ и s₃ необходимо рассчитывать дополнительно соответственно по пп. , и .

7. РАСЧЕТ АНКЕРНЫХ БОЛТОВ

Расчет прочности анкерных болтов следует производить для рабочих условий и условий монтажа.

7.1. Число анкерных болтов п устанавливают конструктивно, при этом

п = 4, 6, 8, 10, 12, 16… далее кратно 4.

7.2. Внутренний диаметр резьбы анкерных болтов для колонн, устанавливаемых на бетонных фундаментах, следует определять по формуле ()

d₂ ³ c₈+ c,                                                                                                                                                (26)

где c₈ — коэффициент, определяемый по черт. .

Для условий монтажа F_Y = F₄

Примечание. Если величина  > 1,0, то                                                                                                                                                                                    (27)

число болтов должно быть:

не менее 4 при М24 — для колонн диаметром D₁<1400 мм;

не менее 6 при М30 — для колонн диаметром 1400 мм <D₁£2200 мм;

при D₁>2200 мм болты диаметром М36 мм устанавливают с шагом 1200 мм, но во всех случаях число болтов должно быть не более 12.

Черт. 12

ПРИЛОЖЕНИЕ

Справочное

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В РАСЧЕТНЫХ ФОРМУЛАХ

а₁ — толщина сварного шва в месте приварки опорной обечайки (черт. ), мм (см);

а₂ — толщина сварного шва в месте приварки опорной обечайки к нижнему кольцу (черт. ), мм (см);

b₁ — ширина нижнего опорного кольца (черт. ), мм (см);

b_1R — расчетная ширина нижнего опорного кольца, мм (см);

b₂ — выступающая ширина нижнего опорного кольца (черт. ), мм (см);

b₃ — длина укрепляющего штуцера (черт. ), мм (см);

b₄ — длина верхнего опорного элемента (черт. ), мм (см);

b₅ — ширина верхнего опорного элемента (черт. ), мм (см);

b₆ — минимальное расстояние между двумя смежными ребрами (черт. ), мм (см);

b₇ — максимальное расстояние между двумя смежными ребрами (черт. ), мм (см);

с — сумма всех прибавок к расчетным толщинам стенок;

d₁ — средний диаметр укрепляющего элемента (черт. ), мм (см);

d₂ — внутренний диаметр резьбы анкерного болта, мм (см);

е₁— диаметр окружности, вписанной в шестигранник гайки анкерного болта, мм (см);

е₂ — расстояние между анкерным болтом и опорной обечайкой (черт. ), мм (см);

h₁ — высота опорного узла (черт. и ), мм (см);

h₂ — высота фундамента (черт. , ), мм (см);

h₃ — высота опорной обечайки (черт. , ), мм (см);

n — число анкерных болтов;

p₁ — расчетное давление в рабочих условиях, измеряемое на высоте Х₀ (внутреннее избыточное давление р > 0 или наружное давление р < 0), МПа (кгс/см²);

p₂ — пробное давление, измеряемое в верхней части колонны, МПа (кгс/см²);

p_н — гидростатическое давление в условиях испытания, измеряемое на высоте х₀, МПа (кгс/см²);

[р] — допускаемое наружное давление, МПа (кгс/см);

s₁ — исполнительная толщина стенки колонны в соответствующем расчетном сечении (черт. ), мм (см);

s₂ — исполнительная толщина стенки нижнего днища колонны (черт. , ), мм (см);

s₃ — исполнительная толщина стенки опорной обечайки (черт. , ), мм (см);

s₄ — исполнительная толщина нижнего опорного кольца (черт. ), мм (см);

s₅ — исполнительная толщина верхнего опорного элемента (черт. ), мм (см);

s₆ — исполнительная толщина укрепляющего штуцера (черт. ), мм (см);

s₇ — исполнительная толщина ребра (черт. ), мм (см);

t_A — расчетная температура опорного узлов рабочих условиях, °С;

t_К — расчетная температура нижнего днища колонны в рабочих условиях, °С;

х₀ — высота расчетного сечения над поверхностью земли (черт. ), мм (см);

А_б — площадь поперечного сечения анкерного болта по внутреннему диаметру резьбы, мм² (см²);

D₁ — внутренний диаметр колонны в соответствующем расчетном сечении (черт. ), мм (см);

D₂ — максимальный диаметр колонны (включая изоляцию) (черт. ), мм (см);

D₃ — внутренний диаметр опорной обечайки (черт. и ) мм (см); у конических обечаек D₃ — внутренний диаметр в соответствующем исследуемом расчетном сечении;

D₄ — диаметр окружности анкерных болтов (черт. и ), мм (см);

F — расчетное осевое сжимающее усилие в соответствующем, расчетном сечении на высоте х₀, Н (кгс) (без учета нагрузок, возникающих от внутреннего избыточного или наружного давления);

F₁ — в рабочих условиях;

F₂ — в условиях испытания;

F₃ — в условиях монтажа;

[F] — допускаемое осевое сжимающее усилие, Н (кгс);

G — нагрузка от собственного веса, определяемая над соответствующим расчетным сечением на высоте х₀, Н (кгс);

G₁ — в рабочих условиях;

G₂ — в условиях испытания;

G₃ — в условиях монтажа (максимальная нагрузка от собственного веса);

G₄ — в условиях монтажа (минимальная нагрузка от собственного веса);

Н — общая высота колонны от поверхности земли (черт. ), мм (см);

М — расчетный изгибающий момент в соответствующем расчетном сечении на высоте х₀, Н·мм (кгс·см);

М_G — изгибающий момент от действия эксцентрических весовых нагрузок в соответствующем расчетном сечении на высоте х₀, Н·мм (кгс·см);

M_V — изгибающий момент от действия ветровых нагрузок в соответствующем расчетном сечении на высоте х₀, Н·мм (кгс·см);

М_R — расчетный изгибающий момент от сейсмических воздействий в соответствующем расчетном сечении на высоте х₀, Н·мм (кгс·см);

M₁, M_G, M_V, M_R — в рабочих условиях;

M₂, M_G, M_V, M_R — в условиях испытания;

M₃, M_G, M_V, M_R — в условиях монтажа (без изоляции);

M₄, M_G, M_V, M_R — в условиях монтажа (с изоляцией);

[М] — допускаемый изгибающий момент, Н·мм (кгс·см);

g — удельный вес испытательной среды при гидроиспытании, Н/мм³ (кгс/см³);

c₁, c₂, c₃, c₄, c₅, c₆, c₇, c₈ — коэффициенты;

s_х — продольные напряжения, МПа (кгс/см²);

s_y — кольцевые напряжения, МПа (кгс/см²);

s_E — эквивалентное напряжение, МПа (кгс/см²);

s _бет — напряжение бетона на сжатие, МПа (кгс/см²);

s_1х — местное напряжение изгиба в опорной обечайке, МПа (кгс/см²);

[s]_А — допускаемое напряжение для соответствующего элемента опорного узла, МПа (кгс/см²);

[s]_К — допускаемое напряжение для корпуса колонны, МПа (кгс/см²);

[s]_О — допускаемое напряжение для опорной обечайки, МПа (кгс/см²);

[s]_А, [s]_К, [s]_О — в рабочих условиях;

[s]_А, [s]_К, [s]_О — в условиях испытания и монтажа;

[s]_В — допускаемое напряжение в анкерных болтах по строительным нормам при соответствующем сочетании нагрузок, МПа (кгс/см²);

[s]_бет — допускаемое напряжение бетона на сжатие, МПа (кгс/см²);

[s]_п — предельное напряжение изгиба, МПа (кгс/см²);

j_р — коэффициент прочности продольного сварного шва;

j_т — коэффициент прочности кольцевого сварного шва;

j_s — коэффициент прочности сварного шва, присоединяющего опорную обечайку к корпусу колонны (черт. );

y₁ y₂ y₃ — коэффициенты;

Dt — перепад температуры в опорной обечайке, °С.

СОДЕРЖАНИЕ