Государственный стандарт РФ ГОСТ Р 51273-99 "Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Определение расчетных усилий для аппаратов колонного типа от ветровых нагрузок и сейсмических воздействий" (утв. постановлением Госстандарта России от 6 мая 1999 г. N 158)

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

Дата введения 1 января 2000 г.

Введен впервые

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 сейсмическое воздействие подлежат аппараты, предназначенные для установки в районах с сейсмичностью 7 и более баллов по шкале Рихтера.

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).

В случае другого способа опирания расчет ведут по специальной методике, согласованной с разработчиком стандарта.

3.3.2 Аппарат по высоте разбивают на z участков, где высота участка h_i <= 10 м.

3.3.3 Нагрузки (весовая, ветровая и сейсмическая) рассматривают как сосредоточенные силы, приложенные в серединах каждого из z 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

                                4 x E x I

      T = T  x кв. корень (1 + -----------),                          (1)

           0                   H x C  x I

                                    F    F

      где

                                  G      H

      T  = 1,8 x H x кв. корень (--- х -----).                        (2)

       0                          g    E x I

При отсутствии данных о фундаменте в первом приближении допускается принимать Т = Т_0.

4.2 Период основного тона собственных колебаний аппарата переменного сечения следует определять по формуле

                                          z              2

                                        сумма (G  x альфа )

                                        i = 1   1        i

     T = 2 x пи x H x кв. корень (----------------------------------),(3)

                                           H                   1

                                  g x (---------- x гамма + -------)

                                       2 x E x I            С  х I

                                                1            F    F

      где C      - коэффициент неравномерности сжатия грунта,  определяют

           F       по данным инженерной геологии, а при отсутствии  таких

                   данных C_F = 6 x 10(7) Н/м3 (6 x 10(6) кгс/м3);

          альфа  - относительное  перемещение  центров  тяжести участков,

               i   рассчитывают по формуле

                                                x

                           H                     i

      альфа  = гамма х ---------- x бета  + -----------,              (4)

           i           2 x E x I        i   H x C  x I

                                1                F    F

      где бета  - коэффициент по рисунку 2 или по формулам:

              i

                    /      x        x     \

               1    |       i  2     i  3 |

      бета  = --- x | 3 x (---)  - (---)  |;

          i    2    \       H        H    /

                                                                      (5)

                    /      x        x     \

               1    |       k  2     k  3 |

      бета  = --- x | 3 x (---)  - (---)  |;

          k    2    \       H        H    /

      гамма - коэффициент, определяемый по формуле

                     /                                        I                 \

                2    |  3                        3             1                |

      гамма = ---- x | H  x (Дельта + ламбда) + H  x мю + 2 х -- x H  x H  x H  |;                       (6)

                3    |  1                        2            I     1    2    3 |

               H     \                                         3                /

      Дельта, ламбда, мю - коэффициенты по рисунку 3 или по формулам:

                     I    H    /        H       H      \

                1     1    2   |  1      2  2    2     |

      Дельта = --- + -- х -- x | --- x (---)  + -- + 1 |;

                3    I    H    |  3     H       H      |

                      2    1   \         1       1     /

               I    H    /        H       H      \

                1    3   |  1      3  2    3     |

      ламбда = -- х -- x | --- x (---)  + -- + 1 |;                   (7)

               I    H    |  3     H       H      |

                3    1   \         1       1     /

           I    H    / H      \

            1    3   |  3     |

      мю = -- х -- x | -- + 1 |.

           I    H    | H      |

            3    2   \  2     /

Для аппаратов с двумя переменными жесткостями коэффициент гамма определяют по формуле (5), при этом H_3 = 0.

Для аппаратов с числом переменных жесткостей более трех коэффициент гамма определяют другими методами, согласованными с разработчиком стандарта.

4.3 Общий период колебаний для групповых аппаратов (число аппаратов z_k), установленных на общем фундаменте и жестко связанных в горизонтальном направлении, следует определять по формуле

                               z

                                k         2

                             сумма (G  x H )

                             l = 1   l    l

      T = 3,63 x кв. корень (---------------).                        (8)

                               g x C  x I

                                    F    F

5 Определение расчетного изгибающего момента от ветровой нагрузки

5.1 Расчетный изгибающий момент в сечении на высоте х_0 следует определять по формуле

             n                        m

      M  = сумма (P  x (x  - x )) + сумма (M  ).                      (9)

       v   i = 1   i     i    0     j = 1   vj

5.2 Ветровую нагрузку на i-м участке определяют по формуле

      P  = P    + P    .                                             (10)

       i    ist    idun

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

      P    = q    x D  x h .                                         (11)

       ist    ist    i    i

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

      P     = ню х G  x кси х эта .                                  (12)

       idun         i            i

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

      q    = q  x Тэта  х К,                                         (13)

       ist    0       i

      где q     - нормативное значение ветрового давления по таблице 1;

           0

          Тэта  - коэффициент, учитывающий изменение  ветрового  давления

              i   по высоте аппарата, по рисунку 4 или по формулам:

               x                      x

                i  0,31                j  0,31

      Тэта  = (---)    ;     Тэта  = (---)    ;                      (14)

          i    10                j    10

      К - аэродинамический коэффициент по таблице 2.

Таблица 1 - Нормативное значение ветрового давления q_0

Ветровые районы*	Iа	I	II	III	IV	V	VI	VII
q_0, Н/м2 (кгс/м2)	170(17)	230(23)	300(30)	380(38)	480(48)	600(60)	730(73)	850(85)
______________________________ *Ветровой район - по СНиП 2.01.07-85 [1].

Таблица 2 - Аэродинамический коэффициент К

5.6 Коэффициент динамичности кси определяют по рисунку 5 или формуле

      кси = 1,1 + кв. корень (15,5 х эпсилон),                       (15)

      где кси - параметр, определяемый по формуле

                Т х кв. корень (q )            Т х кв. корень (q )

                                 0                              0

      эпсилон = ------------------- (эпсилон = -------------------). (16)

                       790                            250

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

                        z

                      сумма (альфа  х m  x P   )

                      k = 1       k    k    kst

      эта  = альфа  х --------------------------,                    (17)

         i        i        z         2

                         сумма (альфа  х G )

                         k = 1       k    k

      где альфа  и альфа  - относительные перемещения i и k-го  участков,

               i        k   определяют по формуле (4);

          m   и m         - коэффициенты  пульсации  давления  ветра  для

           k     j          середины   соответственно   k-го  участка  на

                            высоте  x_k и j-й  площадки  на высоте x_j по

                            рисунку 6 или формулам:

                   x                          x

                    k  -0,15                   j  -0,15

      m  = 0,76 x (---)     ;    m  = 0,76 x (---)     .             (18)

       k           10             j           10

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

      v = 0,968 - 0,025 x кв. корень (Н).                            (19)

5.9 Изгибающий момент в сечении на высоте x_0 от действия ветровой нагрузки на обслуживающую j-ю площадку следует определять по формуле

      M   = K x q  x Тета  х (х  - х ) х (1 + 0,75 х кси х каппа  x m ) x сумма (A ).                   (20)

       vj        0       j     i    0                           j    j            p

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

      M   = K x q  x Тета  х (х  - х ) х (1 + 0,75 х кси х каппа  x m ) x A ,                           (21)

       vj        0       j     j    0                           j    j     j

      где К         - аэродинамический коэффициент по таблице 2;

          cумма (А ) - сумма площадей всех проекций профилей  j-й площадки  на  плоскость,  перпендикулярную

                  p    направлению ветра, м2;

          A          - площадь, ограниченная контуром j-й площадки, м2;

           j

          каппа      - коэффициент по рисунку 8 или формуле

               j

                       х

                        j  1,6

      каппа  = 1,56 х (---)   ;                                                                         (22)

           j            H

          m     - коэффициент пульсации давления ветра по рисунку 6;

           j

          Тета  - коэффициент по рисунку 4.

              j

6 Определение расчетного изгибающего момента от сейсмических воздействий

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

                                               z

                                             сумма (G  x альфа )

                                             k = 1   k        k

      S  = 0,375 x K  x бета x G  x альфа  х -------------------,    (23)

       i            s           i        i     z              2

                                             сумма (G  x альфа )

                                             k = 1   k        k

      где бета - коэффициент динамичности по рисунку 9 или по формуле, но

                 во всех случаях бета принимают не менее  0,8 и не  более

                 2,5

             1,9

      бета = ---;                                                    (24)

              Т

      К              - сейсмический коэффициент,  выбирают в  зависимости

       s               от района установки аппарата по таблице 3;

      альфа , альфа  - относительное    перемещение    центров   тяжестей

           i       k   участков, определяют по формуле (4).

Таблица 3 - Сейсмический коэффициент K_s

Сейсмичность, балл*	7	8	9
K_s	0,1	0,2	0,4

______________________________

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

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

               z

      M    = сумма (S  x x ).                                        (25)

       max   i = 1   1    i

6.3 Расчетный изгибающий момент с учетом влияния высших форм колебаний при необходимости устанавливают специальными методами.

В качестве первого приближения расчетный изгибающий момент М_R в сечении на высоте х_0 c учетом влияния высших форм колебаний следует выбирать в зависимости от М_max по эпюре рисунка 10.