Государственный стандарт Союза ССР ГОСТ 24757-81 (СТ СЭВ 1645-79) "Сосуды и аппараты. Аппараты колонного типа. Нормы и методы расчета на прочность" (введен в действие постановлением Госстандарта СССР от 15 мая 1981 г. N 2411)

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

Срок введения установлен с 1 июля 1981 г.

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. 1); 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. 1, 2);

поперечное сечение опорной обечайки в местах расположения отверстий (Х-Х по черт. 1, 2);

поперечное сечение в месте присоединения опорного кольца (Y-Y по черт. 1, 2).

Примечание. Черт. 1 и 2 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. 1).

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 р_1 в рабочих условиях для каждого расчетного сечения и пробное давление р_2, 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

2.2. Нагрузки от собственного веса.

При расчете колонн должны быть учтены следующие весовые нагрузки:

G_1 - вес колонны в рабочих условиях, включая вес обслуживающих площадок, изоляции, внутренних устройств и рабочей среды, Н (кгс);

G_2 - вес колонны при гидроиспытании, включая вес жидкости, заполняющей колонну, Н (кгс);

G_3 - максимальная нагрузка колонны от собственного веса в условиях монтажа, Н (кгс);

G_4 - 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 M_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 М_V от действия ветровых нагрузок - по ГОСТ 24756-81.

2.3.3. Изгибающие моменты от сейсмических воздействий M_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. 1) сигма_х и сигма_у по п. 4.1.

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 = max х (t_К - Дельта t; 20°С), (2).

где Дельта t - перепад температуры по 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

Индекс условий работы	Условия работы	Давление р, МПа (кгс/см2)	Осевое сжимающее усилие, Н (кгс)	Расчетный изгибающий момент М, Н х мм, (кгс х см)	Допускаемые напряжения, МПа (кгс/см2)
1	Рабочие условия	р_1	F_1 = G_1	М_1 = M_G1 + M_V1 В районах с сейсмичностью 7 и более баллов принимается большее из двух значений: М_1 = M_G1 + M_V1 M_1 =M_G1 + M_R1	[сигма]_А1 [сигма]_К1 [сигма]_О1
2	Условия испытания	р_2; р_н	F_2 = G_2	M_2 = M_G2 + M_V2	[сигма]_А2
3	Условия монтажа	0	F_3 = G_3 Для анкерных болтов	принимается большее из двух значений: M_3 = M_G3 + 0,8 х M_V3; M_3 = M_G3 + 0,8 х M_V4 В районах с сейсмичностью 7 и более баллов принимается большее из трех значений:
				M_3 = M_G3 + M_V3
			F_4 = G_4	M_3 = M_G3 + 0,8 х M_V4
				M_3 = M_G3 + M_R3;

Примечания:

1. При расчете моментов М_V1 и M_R1 исходят из общей весовой нагрузки в рабочих условиях.

2. При расчете момента М_V2 исходят из общей весовой нагрузки в условиях испытания.

3. При расчете моментов М_V3 и М_R3 исходят из общей весовой нагрузки в условиях монтажа М_V4, 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 1, для рабочих условий (F = F_1; М = М_1; р = р_1) и для условий монтажа (F = F_3; М = Мз; р = 0).

4.1.2. Продольные напряжения сигма_х следует рассчитывать:

на наветренной стороне по формуле (3)

на подветренной стороне по формуле (4)

4.1.3. Кольцевые напряжения сигма_у следует рассчитывать по формуле (5)

4.1.4. Эквивалентные напряжения следует рассчитывать:

на наветренной стороне по формуле (6)

на подветренной стороне по формуле (7)

4.1.5. Проверку условий прочности следует проводить:

на наветренной стороне по формуле (8)

на подветренной стороне по формуле (9)

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 s_3 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. 5.3. Для остальных колонн проверку устойчивости следует проводить для каждого основного расчетного сечения по формуле (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. 4.2.1.

Для рабочих условий проверку устойчивости для каждого основного расчетного сечения, следует проводить по формуле (11)

5. Расчет опорной обечайки

5.1. Расчет опорной обечайки следует проводить для рабочих условий и для условийиспытания. Расчетные нагрузки в сечениях Z-Z (F_z = G_z; M_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 опорнойобечайкой (сечение Z-Z по черт. 1, 2), следует проводить по формуле (12)

Толщина сварного шва а_1 приведена на черт. 4

5.3. Проверку устойчивости опорной обечайки в зоне отверстия (сечение Х-Х по черт. 1, 2) следует проводить по формуле (13)

Если в сечении Х-Х несколько отверстий, то расчет следует проводить для наибольшего из отверстий по формуле (13) при условии, что для остальных отверстий коэффициенты Пси_1 и Пси_2 более 0,95. Если не соблюдены условия Пси_1 > 0,95 и Пси_2 > 0,95, то проверку устойчивости необходимо проводить по формуле (13) при

5.4. Если в опорной обечайке есть кольцевой шов, то проверку следует проводить по формуле (14)

Если кольцевой шов находится вне зоны отверстий, то коэффициенты

Пси_1 = Пси_2 = 1,0 и Пси_3 = 0.

6. Расчет нижнего опорного узла

6.1. Расчет нижнего опорного узла следует проводить для рабочих условий и для условий испытания. Расчетные нагрузки F_у и М_у принимают в соответствии с разд. 5.

6.2. Ширина опорного кольца

Ширина нижнего опорного кольца b_1 устанавливается конструктивно, при этом необходимо соблюдать условие формулы (15)

Выступающая ширина нижнего опорного кольца должна удовлетворять условию

6.3. Напряжение сжатия в бетоне следует рассчитывать по формуле (17)

6.4. Напряжение в сварном шве нижнего опорного кольца.

Для опорного кольца в исполнении А (черт. 8) рассчитывают по формуле (18)

Для опорных колец в исполнениях В, С, D (черт. 8) проверку по формуле (18) проводить не следует.

6.5. Толщину нижнего, опорного кольца в исполнениях А, В, С, D следует рассчитывать по формуле (19)

Для опорного кольца исполнения А толщину s_4 дополнительно следует проверить по формуле (20)

Если по формуле (19) или (20) будет получена величина s_4 > 2 х s_3 следует применять конструкции нижнего опорного узла исполнений С или D.

6.6. Толщину верхнего опорного элемента - кольца следует рассчитывать по формуле (21)

6.7. Толщина ребра

Для конструкции ребер с соотношением s_7 > 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)

Для опорного узла исполнения С вместо b_4, принимается b_5, а для исполнения D (b_6 + b_7).

Проверку следует проводить по формуле (24)

6.9. Высота нижнего опорного узла исполнений С и D.

Высоту h_1 узла при выполнении условия b_2 = b_5, следует определять по формуле (25)

Толщины s_5, s_7 и s_3 необходимо рассчитывать дополнительно соответственно по пп. 6.6, 6.7 и 6.8.

7. Расчет анкерных болтов

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

7.1. Число анкерных болтов n устанавливают конструктивно, при этом

n = 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 (26)