Государственный стандарт РФ ГОСТ Р 51274-99 "Сосуды и аппараты. Аппараты колонного типа. Нормы и методы расчета на прочность" (утв. постановлением Госстандарта России от 6 мая 1999 г. N 159)

Приложение А (обязательное). Условные обозначения и размерность величин
Приложение Б (рекомендуемое). Допускаемые напряжения для анкерных болтов при температуре 20°С

Vessels and apparatus. Apparatus of column type. Norms and methods of strength calculation

Дата введения 1 января 2000 г.

Введен впервые

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает метод расчета на прочность аппаратов колонного типа, работающих под действием внутреннего избыточного или наружного давления, собственного веса, изгибающих моментов от ветровых нагрузок или сейсмических воздействий, а также изгибающих моментов, возникающих от действия эксцентрически приложенных весовых нагрузок.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 14249-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность

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.

3 Расчетные сечения

3.1 При расчете аппарата проверяют следующие сечения:

- поперечное сечение корпуса в месте присоединения опорной обечайки (сечение В-В, рисунок 1), а также для аппарата переменного сечения - поперечные сечения корпуса, переменные по диаметру и/или толщине;

- поперечное сечение опорной обечайки в месте присоединения к корпусу (сечение Г-Г, рисунок 2);

- поперечное сечение опорной обечайки в местах расположения отверстий (сечение Д-Д, рисунок 2);

- поперечное сечение опорной обечайки в месте присоединения нижнего опорного кольца (сечение Е-Е, рисунок 2).

3.2 Условные обозначения и размерность величин, указанных в стандарте, приведены в приложении А.

4 Расчетные нагрузки

4.1 Расчетные давления

Расчетные давления в рабочих условиях p_1 и условиях испытания р_2 устанавливают по ГОСТ 14249.

4.2 Нагрузки от собственного веса

При расчете должны быть учтены весовые нагрузки:

G_1 - вес в рабочих условиях, включая вес обслуживающих площадок, изоляции, внутренних устройств, рабочей среды;

G_2 - вес при гидроиспытании, включая вес жидкости, заполняющей аппарат;

G_3 - максимальный вес аппарата в условиях монтажа;

G_4 - минимальный вес аппарата в условиях монтажа после установки в вертикальное положение.

4.3 Расчетные изгибающие моменты

При расчете должны быть учтены изгибающие моменты:

M_G - максимальный изгибающий момент от действия эксцентрических весовых нагрузок, в том числе от присоединяемых трубопроводов и др.;

M_v - изгибающий момент от действия ветровых нагрузок, определяемый по ГОСТ Р 51273 для трех расчетных условий аппарата, а именно:

М_v1 для рабочих условий при нагрузке G_1,

M_v2 для условий испытания при нагрузке G_2,

M_v3 для условий монтажа при нагрузке G_3;

M_R - изгибающий момент от сейсмических воздействий, определяемый по ГОСТ Р 51273 для двух расчетных условий аппарата*, а именно:

М_R1 для рабочих условий при нагрузке G_1,

М_R3 для условий монтажа при нагрузке G_3.

4.4 Снеговые нагрузки

При расчете аппарата колонного типа снеговые нагрузки не учитывают.

4.5 Температурные нагрузки

При наличии в элементах конструкции аппарата, включая его опорные части, значительных температурных перепадов следует дополнительно определять температурные напряжения.

Температурные напряжения определяют специальными методами расчета.

Размах приведенных напряжений, равный сумме всех действующих напряжений (включая температурные), определенных упругим расчетом, должен удовлетворять условию

      сигма  <= min {(2,5 - --) x R ; 2 х R },                        (1)

           t                R      e       e

      где сигма  - размах приведенных напряжений в рассматриваемом элементе;

          R      - минимальное значение предела текучести  для  материала

           e       рассматриваемого  элемента  при  расчетной температуре

                   по ГОСТ 14249;

          R      - минимальное   значение  временного  сопротивления  для

           m       материала   рассматриваемого  элемента  при  расчетной

                   температуре по ГОСТ 14249.

4.6 Местные нагрузки

Расчет локальных напряжений в элементах аппарата от действия местных нагрузок, вызываемых присоединяемыми трубопроводами, площадками, кронштейнами и т. д. (сечения А-А, Б-Б, рисунок 1), производят по нормативной документации, утвержденной в установленном порядке.

4.7 Расчетная температура

Расчетную температуру устанавливают по ГОСТ 14249.

Расчетную температуру для условий испытания и монтажа принимают равной 20°С.

5 Сочетание нагрузок

Аппарат необходимо рассчитывать для трех расчетных условий:

- рабочее условие;

- условие испытания;

- условие монтажа.

Сочетание нагрузок для этих условий приведено в таблице 1.

Таблица 1

Сочетание нагрузок

Условия	Расчетное давление р, МПа (кгс/см2)	Осевое сжимающее усилие F, Н (кгс)	Расчетный изгибающий момент М, Н х мм (кгс х см)
Рабочее условие	p_1	F_1 = G_1	M_1 = М_G1 + М_v1 Для сейсмических районов принимают большее из двух значений: M_1 = M_G1 + M_v1 М_1 = М_G1 + М_R1
Условие испытания	p_2	F_2 = G_2	М_2 = М_G2 + 0,6 x М_v2
Условие монтажа	0	F_3 = G_3	М_3 = М_G3 + М_v3 Для сейсмических районов принимают большее из двух значений: М_3 = M_G3 + M_v3 М_3 = М_G3 + М_R3
Условие монтажа	0	Для анкерных болтов F_3 = G_4

6 Корпус аппарата

6.1 Стенка аппарата должна быть проверена на прочность и устойчивость.

Проверку прочности следует проводить для рабочего условия (F = F_1, М = М_1, р = р_1) и условия монтажа (F = F_3, M = М_3, р = 0).

Проверку устойчивости следует проводить для рабочего условия (F = F_1, М = М_1, р = р_1) и условия испытания (F = F_2, М = М_2, р = р_2).

Проверку прочности и устойчивости для корпуса проводят в сечениях, указанных в разделе 3. Расчетные нагрузки F и изгибающие моменты М принимают по таблице 1.

6.2 Проверка прочности

6.2.1 Продольные напряжения сигма_х следует рассчитывать:

- на наветренной стороне по формуле

                p x (D + s)          F                4 x M

      сигма   = ---------- - ---------------- + -----------------;    (2)

           x1   4 x (s - c)  пи x D x (s - c)         2

                                                пи x D  x (s - c)

- на подветренной стороне по формуле

                p x (D + s)          F                4 x M

      сигма   = ---------- - ---------------- - -----------------.    (3)

           x2   4 x (s - c)  пи x D x (s - c)         2

                                                пи x D  x (s - c)

6.2.2 Кольцевые напряжения сигма_y следует рассчитывать по формуле

               p x (D + s)

      сигма  = -----------.                                           (4)

           y   2 x (s - c)

6.2.3 Эквивалентные напряжения сигма_E следует рассчитывать:

- на наветренной стороне по формуле

                                 2                           2

      сигма   = кв. корень (сигма   - сигма   x сигма + сигма );      (5)

           Е1                    x1        x1        y       y

- на подветренной стороне по формуле

                                 2                            2

      сигма   = кв. корень (сигма   - сигма   x сигма  + сигма ).     (6)

           Е2                    x2        x2        y        y

6.2.4 Условия прочности следует проверять:

- на наветренной стороне по формуле

      max {|сигма  |; сигма  } <= [сигма]  х фи;                      (7)

                 х1        Е1            к

- на подветренной стороне по формуле

      max {|сигма  |; сигма  } <= [сигма]  х фи,                      (8)

                 х2        Е2            к

      где [сигма]  - допускаемое   напряжение   для   материала   корпуса

                 к   аппарата при расчетной температуре по ГОСТ 14249;

          фи       - коэффициент  прочности  сварного  шва по ГОСТ 14249.

В случае, когда сигма_х1 и/или сигма_х2 сжимающие напряжения, значение фи в формулах (7) и (8) принимают равным 1,0.

6.3 Проверка устойчивости

6.3.1 Аппараты, работающие под внутренним избыточным давлением или без давления

Проверку устойчивости для рабочих условий и условий испытания следует проводить по формуле

       F     M

      --- + --- <= 1,0,                                               (9)

      [F]   [M]

      где F u М принимают  по  таблице  1,   a   [F]  и  [М]   определяют

по ГОСТ 14249.

6.3.2 Аппараты, работающие под наружным давлением

Проверку устойчивости для рабочих условий следует проводить по формуле

       p     F     M

      --- + --- + --- <= 1,0,                                        (10)

      [p]   [F]   [M]

      где р,  F,  М принимают по таблице 1,   а [р],  [F] [М]  определяют

 по ГОСТ 14249.

Проверку устойчивости для условий испытания следует проводить в соответствии с требованиями 6.3.1.

7 Опорная обечайка

7.1 Опорную обечайку проверяют на прочность и устойчивость для рабочего условия и условия испытания.

Проверку прочности и устойчивости проводят в сечениях Д-Д, Е-Е, Г-Г, указанных в разделе 3, по формулам (2) - (9). Расчетные нагрузки F и изгибающие моменты М принимают по таблице 1.

7.2 Проверку прочности сварного шва, соединяющего корпус аппарата с опорной обечайкой (сечение Г-Г, рисунок 2), следует проводить по формуле

           1        4 х M

      ---------- х (----- + F) <= 0,8 x min {[сигма] ; [сигма] },(11)

      пи x D x а      D                             0         к

            0          0

      где [сигма]  - допускаемое   напряжение   для   материала   опорной

                 0   обечайки при расчетной температуре по ГОСТ 14249.

7.3 Проверку устойчивости опорной обечайки в зоне отверстий (сечение Д-Д, рисунок 2) следует проводить по формуле

                   M + F x фи  x D

          F                  3    0

       --------- + ---------------- <= 1,0,                          (12)

       фи  x [F]      фи  x [M]

         1              2

      где [F], [М] определяют по ГОСТ 14249;

      фи , фи , фи  -  коэффициенты,     определяемые    соответственно

        1    2    3   по формулам:

                    A                       4 x W                s

      фи  = ------------------, фи  = ------------------, фи  = --,  (13)

        1   пи х D  х (s  - c)    2         2               3   D

                  0     0             пи х D  х (s  - c)         0

                                            0     0

      где A, W, Y  - соответственно      площадь,    наименьший    момент

                 s   сопротивления  и  координата центра тяжести наиболее

                     ослабленного поперечного сечения.

Примечание - Отверстия диаметром менее 0,04 х D_0 при расчете по формулам (12) и (13) не учитывают.

8 Элементы опорного узла

8.1 Расчет элементов опорного узла (рисунок 3) следует проводить для рабочего условия и условия испытания.

Расчетные нагрузки F и изгибающие моменты М принимают по таблице 1 для сечения Е-Е.

8.2 Толщину нижнего опорного кольца s_1 следует определять по формуле

                                             4 х М

                                             ----- + F

б

      s  >= max {хи  х b  х кв. корень (-------------------) + с;

       1           1    2                D  х b  х [сигма]

                                          б    1          А

            1,5 х s },                                               (14)

      где хи - коэффициент по рисунку 4 или формуле

                           2  3

             1 + 1,81 x (----)

                           6       2

      хи  = (---------------------) ;                                (15)

        1                 b

                           2  3

             1 + 2,97 x (----)

      [сигма]  - допускаемое напряжение для материала опорного  узла  при

             А   расчетной температуре по ГОСТ 14249.

8.3 Ширину нижнего опорного кольца b_1 опоры аппарата, устанавливаемого на бетонном фундаменте, следует определять по формуле

                4 x M

                ----- + F

б

      b  >= -----------------,                                       (16)

       1    пи х D  х [сигма]

                  б          б

      где [сигма]  - напряжение   бетона  на  сжатие,   определяемое   в

                 б   зависимости от марки бетона по строительным нормам.

8.4 Толщину верхнего опорного кольца s_2 следует определять по формуле

                                   A      х [сигма]

                                    сигма          В

      s  >= max {хи  х кв. корень (-----------------) + с; 1,5 х s },(17)

       2           2                    [сигма]                   0

А

      где А      - площадь   поперечного   сечения   анкерного  болта  по

           сигма   внутреннему диаметру резьбы;

          хи     - коэффициент по рисунку 5 или формуле

                          3 x ---

      хи  = кв. корень (-------------);                          (18)

        2                     b

4 2

                        1 + (---)

                             ------

                             1 - --

      [сигма]  - допускаемое напряжение  для  материала  анкерных  болтов

             В   по приложению Б.

При наличии усиливающей пластины толщиной s_3, приваренной к верхнему опорному кольцу, расчет следует проводить по формуле

                                           А      х [сигма]

                                            сигма          В

      (s  + s ) >= хи  х хи  х кв. корень (-----------------) + с,   (19)

        2    3       2     3                   [сигма]

А

      где хи  - коэффициент по рисунку 6 или формуле

             b      s

              7      3  2

      хи  = --- x (----) .                                           (20)

        3    b      s

              4      2

8.5 Толщину ребра s_4 определяют по формуле

                 A      х [сигма]

                  сигма          В

      s  >= max {------------------- + с; 0,4 х s },                 (21)

       4         хи  х b  х [сигма]              1

                   4    2          А

             /2,0 - для опорного узла исполнений 1 и 3 (рисунок 3);

      хи  = <

        4    \1,0 - для опорного узла исполнения 2 (рисунок 3).

    Ребра конструкции с соотношением ---- > 20  необходимо  проверять  на

устойчивость.

8.6 Проверку прочности опорной обечайки в зоне верхнего опорного кольца следует проводить по формуле

      6 х хи  х А      х [сигма]  х е

            5    сигма          В

      ------------------------------- <= 1,5 x [сигма] ,             (22)

                      2                               0

              (s  - c)  x h

      где хи  - коэффициент по рисунку 7 или формулам:

                       N                        N    2

хи  = -0,0248 х {ln (-----) - кв. корень [ln (-----)]  + 2,628} + K;

  5                  1100                     1100

        D           10 х b

         0                3 2,05

N = ------------ х (-------)                                         (23)

    2 х (s  - c)       D

          0             0

           /0, при N <= 10

      K = <               -4                 4;

           \-0,002 x ln (10   x N), при N > 10

            / b         - для опорного узла исполнения 2 (рисунок 3);

            |  4

      b  = <

       3    | (b  + b ) - для опорного узла исполнения 3 (рисунок 3).

            \   5    6

9 Анкерные болты

9.1 Расчет анкерных болтов необходимо проводить для условий монтажа, если M_3 > 0,44 х F_3 x D_б. В случае, когда М_3 <= 0,44 х F_3 x D_б, диаметр и количество болтов принимают конструктивно.

9.2 Внутренний диаметр резьбы d_б анкерных болтов следует определять по формуле

                             M  - 0,44 x F  x D

                              3           3    б

      d  = хи  х кв. корень (-------------------),                   (24)

       б     6                n x [сигма]  х D

                                         В    б

      где хи  - коэффициент по рисунку 8 или формуле

б

             /              F  x D       F  x D

             |               3    б       3    б

             | 2,25 + 0,3 x -------, при ------- < 0,5

             |                M             M

             |                 3             3

             |           F  x D     F  x D             F  x D

             |            3    6     3    6 2           3    б 3

      хи  = <  2,7 - 2 x ------- + (-------)  - 2,5 х (-------)  +   (25)

        6    |             M          М                   М

             |              3          3                   3

             |           F  x D         F  x D

             |            3    6 4       3    6

             | + 0,65 х (-------) , при ------- >= 0,5

             |             М              М

             \              3              3

______________________________

* M_R определяют для аппарата, устанавливаемого в районе с сейсмичностью 7 или более баллов.

Откройте актуальную версию документа прямо сейчас

Получить бесплатный доступ

Если вы являетесь пользователем интернет-версии системы ГАРАНТ, вы можете открыть этот документ прямо сейчас или запросить по Горячей линии в системе.

Приложение А (обязательное). Условные обозначения и размерность величин

Приложение Б (рекомендуемое). Допускаемые напряжения для анкерных болтов при температуре 20°С

Откройте актуальную версию документа прямо сейчас