Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 55722-2013 "Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на сейсмические воздействия" (утв. приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 8 ноября 2013 г. N 1399-ст)

Vessels and apparatus. Stress analysis code. Seismic analysis

Дата введения - 1 мая 2015 г.

Введен впервые

ГАРАНТ:

Приказом Росстандарта от 17 апреля 2014 г. N 365-ст дата введения в действие настоящего ГОСТа перенесена с 1 мая 2014 г. на 1 мая 2015 г.

Предисловие

1 Разработан Научно-техническим предприятием "Трубопровод" (ООО "НТП Трубопровод")

2 Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 155 "Соединение трубопроводов общемашиностроительного применения"

3 Утвержден и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 8 ноября 2013 г. N 1399-ст

4 Введен впервые

Введение

Настоящий стандарт разработан с целью повышения сейсмостойкости проектируемых, вновь изготавливаемых и реконструируемых сосудов и аппаратов, применяемых в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, нефтегазовой и смежных отраслях промышленности, расположенных на площадках с сейсмичностью 7 - 9 баллов по шкале MSK-64.

Настоящий стандарт предназначен для организаций, осуществляющих проектирование сосудов и аппаратов, а также проектирование строительных конструкций и фундаментов под сосуды и аппараты.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает нормы и методы определения расчетных усилий, а также оценки прочности и устойчивости от сейсмических воздействий для сосудов и аппаратов (далее - сосуды) из углеродистых и легированных сталей, цветных металлов (алюминия, меди, титана и их сплавов), применяемых в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, нефтегазовой и смежных отраслях промышленности, работающих под внутренним избыточным давлением, вакуумом или наружным давлением и расположенных на площадках с сейсмичностью 7 - 9 баллов по шкале MSK-64.

Настоящий стандарт не распространяется на трубы и трубные решетки кожухотрубчатых теплообменных аппаратов, аппараты колонного типа и вертикальные резервуары.

Настоящий стандарт применяют совместно с ГОСТ Р 52857.1 - ГОСТ Р 52857.11.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты;

ГОСТ Р 51273 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Определение расчетных усилий для аппаратов колонного типа от ветровых нагрузок и сейсмических воздействий

ГОСТ Р 51274 Сосуды и аппараты. Аппараты колонного типа. Нормы и методы расчета на прочность

ГОСТ Р 52857.1 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования

ГОСТ Р 52857.2 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек

ГОСТ Р 52857.3 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Укрепление отверстий в обечайках и днищах при внутреннем и внешнем давлениях. Расчет на прочность обечаек и днищ при внешних статических нагрузках на штуцер

ГОСТ Р 52857.4 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений

ГОСТ Р 52857.5 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет обечаек и днищ от воздействия опорных нагрузок

ГОСТ Р 52857.6 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность при малоцикловых нагрузках

ГОСТ Р 52857.7 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Теплообменные аппараты

ГОСТ Р 52857.8 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Сосуды и аппараты с рубашками

ГОСТ Р 52857.9 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Определение напряжений в местах пересечений штуцеров с обечайками и днищами при воздействии давления и внешних нагрузок на штуцер

ГОСТ Р 52857.10 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Сосуды и аппараты, работающие с сероводородными средами

ГОСТ Р 52857.11 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Метод расчета на прочность обечаек и днищ с учетом смещения кромок сварных соединений, угловатости и некруглости обечаек

ГОСТ 30546.1 Общие требования к машинам, приборам и другим техническим изделиям и методы расчета их сложных конструкций в части сейсмостойкости

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 акселерограмма: Зависимость ускорения колебаний от времени.

3.2 акселерограмма землетрясения: Акселерограмма на свободной поверхности грунта при землетрясении.

3.3 поэтажная акселерограмма: Ответная акселерограмма для отдельных высотных отметок сооружения, на которых установлен сосуд.

3.4 воздействие: Явление, вызывающее внутренние силы в элементах конструкций сосудов и аппаратов (изменение температуры стенок, деформация основания, сейсмические и др. явления).

3.5 корпус сосуда: Соединенные между собой обечайки и днища (крышки) сосуда.

3.6 линейно-спектральный метод анализа: Метод расчета на сейсмостойкость, в котором значения сейсмических нагрузок определяются по спектрам ответа в зависимости от частот и форм собственных колебаний сосуда или сооружения.

3.7 метод динамического анализа: Метод расчета на воздействие в форме акселерограмм колебаний грунта в основании сосуда или сооружения путем численного интегрирования уравнений движения.

3.8 линейный осциллятор: Линейная колебательная система с одной степенью свободы, характеризуемая определенным периодом собственных колебаний и затуханием (демпфированием).

3.9 отклик: Ответная реакция конструкции (перемещение, ускорение, внутреннее усилие, нагрузка на опору и т.д.) на сейсмическое возмущение.

3.10 площадка установки сосуда: Территория, на которой размещается сосуд, или территория, на которой установлено сооружение, внутри которого устанавливается сосуд.

3.11 район размещения сосуда: Территория, включающая площадку размещения сосуда, на которой возможны сейсмические явления, способные оказывать влияние на безопасность эксплуатации сосуда.

3.12 сейсмическое микрорайонирование: Комплекс специальных работ по прогнозированию влияния особенностей приповерхностного строения, свойств и состояния пород, характера их обводненности, рельефа на параметры колебаний грунта площадки.

Примечание - Приповерхностная часть разреза - верхняя толща пород, существенно влияющая на приращение интенсивности землетрясения.

3.13 сейсмичность площадки установки сосуда: Интенсивность возможных сейсмических воздействий на площадке установки сосуда, измеряемая в баллах по шкале MSK-64.

3.14 сейсмостойкость сосуда: Свойство сосуда сохранять при землетрясении прочность и герметичность, а также способность выполнять заданные функции в соответствии с проектом.

3.15 сосуд: Под этим термином в настоящем стандарте понимается сосуд или аппарат.

3.16 спектр коэффициентов динамичности: Безразмерный спектр, полученный делением значений спектра ответа на максимальное ускорение грунта.

3.17 спектр ответа: Совокупность абсолютных значений максимальных ответных ускорений линейного осциллятора при заданном акселерограммой воздействии с учетом собственной частоты и параметра демпфирования осциллятора.

3.18 поэтажный спектр ответа: Совокупность абсолютных значений максимальных ответных ускорений линейного осциллятора при заданном поэтажной акселерограммой воздействии.

3.19 стержень (в строительной механике): Тело, длина которого во много раз превосходит характерные размеры его поперечного сечения.

3.20 стержневая система (в строительной механике): Несущая конструкция, состоящая из стержней, соединенных между собой в узлах.

4 Обозначения

В настоящем стандарте применены следующие обозначения:

- площадь подошвы фундамента, ;

- максимальное расчетное сейсмическое ускорение -й формы колебаний сосуда и импульсивной массы жидкости при воздействии землетрясения в направлении , ;

- максимальное расчетное сейсмическое ускорение конвективной массы жидкости при воздействии землетрясения в направлении , ;

- максимальное расчетное сейсмическое ускорение сосуда с жидкостью при воздействии землетрясения в вертикальном направлении, ;

- максимальное горизонтальное ускорение при землетрясении на свободной поверхности грунта, ;

- спектры ответа при воздействии землетрясения в направлении для импульсивной массы жидкости, ;

- спектры ответа при воздействии землетрясения в направлении для конвективной массы жидкости, ;

- внутренний диаметр обечайки, мм;

- максимальная высота волны жидкости при воздействии сейсмической нагрузки по направлению , мм;

- модуль упругости материала сосуда при расчетной температуре, МПа;

- модуль деформации грунта, МПа;

- модуль упругости (объемного сжатия) жидкости, МПа;

- расчетное усилие, действующее на i-ю опору, Н;

- дополнительная вертикальная нагрузка от воздействия сейсмической нагрузки по направлению Z, Н;

- максимальная расчетная перерезывающая сила от сейсмического воздействия сейсмической нагрузки, Н;

- ускорение свободного падения, равное 10 ;

- масса пустого сосуда и жидкости, равная , Н;

- высота жидкости в сосуде, мм;

- высота приложения равнодействующей импульсивной составляющей гидродинамического давления жидкости с учетом давления на днище сосуда, мм;

- высота приложения равнодействующей импульсивной составляющей гидродинамического давления жидкости без учета давления на днище сосуда, мм;

- высота приложения равнодействующей конвективной составляющей гидродинамического давления жидкости с учетом давления на днище сосуда, мм;

- высота приложения равнодействующей конвективной составляющей гидродинамического давления жидкости без учета давления на днище сосуда, мм;

- высота центра тяжести пустого сосуда (без жидкости), дополнительных устройств и изоляции, мм;

- сейсмичность площадки установки сосуда, баллы по шкале MSK-64;

- момент инерции подошвы фундамента относительно горизонтальной оси, перпендикулярной к плоскости колебаний и проходящей через центр тяжести подошвы, ;

- коэффициент, зависящий от сочетания расчетной сейсмической интенсивности на картах А, В и С комплекта карт ОСР-97;

- коэффициент, учитывающий назначение и ответственность сосудов и аппаратов;

- коэффициент, учитывающий допускаемые неупругие деформации;

- жесткость связи конвективной массы, Н/мм;

- коэффициент вертикального сейсмического ускорения грунта;

, , - жесткость на сдвиг по осям X и Y и жесткость на растяжение, сжатие по вертикальной оси Z опорной конструкции или строительной конструкции (постамента), Н/мм;

- жесткость сдвига фундамента в грунте, Н/мм;

- жесткость вертикального перемещения фундамента в грунте, Н/мм;

- жесткость поворота фундамента в грунте, ;

, - коэффициенты, учитывающие демпфирование в конструкции для импульсивной и конвективной составляющей соответственно;

- полная масса жидкости, кг;

- конвективная масса жидкости, кг;

- масса фундамента, кг;

- импульсивная масса жидкости, кг;

- масса пустого сосуда (без жидкости), дополнительных устройств и изоляции, кг;

- масса опорной или строительной конструкции. Включает в себя как массу самой конструкции, так и массу другого установленного на данной конструкции оборудования, кг;

- расчетный изгибающий момент от статических нагрузок в сечении, где расположены опорные узлы, ;

- дополнительный изгибающий момент в обечайке от воздействия сейсмической нагрузки по направлению , ;

- дополнительный опрокидывающий момент от воздействия сейсмической нагрузки по направлению , ;

- число опор сосуда;

- число анкерных болтов на одной опоре;

- расчетное внутреннее (или наружное) избыточное давление, МПа;

- гидродинамическое давление на стенки и днище сосуда при вертикальном воздействии землетрясения, МПа;

- гидростатическое давление на стенки и днище сосуда, МПа;

- расчетное поперечное усилие от статических нагрузок (от примыкающих трубопроводов и т.д.) в сечении, где расположены опорные узлы, Н;

- сдвигающая сила, действующая на анкерные болты сосуда во время сейсмического воздействия, Н;

- исполнительная толщина стенки сосуда, мм;

- период собственных колебаний, с;

- период собственных колебаний импульсивной массы при воздействии землетрясения в направлении , с;

- период собственных колебаний конвективной массы жидкости при воздействии землетрясения в направлении , с;

- период собственных колебаний сосуда с жидкостью от воздействия в вертикальном направлении, с;

- вертикальная координата, отсчитываемая от нижней точки сосуда, мм;

- спектр коэффициентов динамичности;

- коэффициент трения опоры об основание, равный 0,25 при отсутствии более точных данных;

- плотность жидкости в сосуде, ;

- плотность материала, из которого изготовлен сосуд, ;

, , - относительное вязкое демпфирование, доля от критического;

- коэффициент приведения распределенной массы стержня к сосредоточенной массе (в зависимости от типа концевых закреплений);

- допускаемые напряжения при расчетной температуре, МПа;

- допускаемое напряжение бетона на сжатие, МПа;

- допускаемое напряжение для анкерных болтов, МПа.

5 Общие положения

5.1 Сосуды и аппараты должны отвечать требованиям прочности согласно ГОСТ Р 52857.1 - ГОСТ 52857.11. Расчет аппаратов колонного типа проводят по ГОСТ Р 51273 и ГОСТ Р 51274. Расчет вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов проводят по СТО-СА-03-002 [1].

5.2 Задание на расчет сейсмостойкости сосуда должно включать в себя:

- назначение сосуда согласно таблице 1;

- сейсмичность площадки строительства согласно 6.8;

- параметры, необходимые для определения жесткостей , , опорной конструкции и ее массы в случае, если сосуд установлен на строительной или опорной' конструкции. Если сосуд установлен одновременно на строительной и опорной конструкциях, то вычисляют общие жесткости опорной и строительной конструкций;

- спектры ответа для трех направлений воздействия , , , , в зависимости от коэффициентов демпфирования и в соответствии с 6.12;

геометрические характеристики и массу фундамента (, , ), тип основания (песок, супесь, суглинок, глина, крупноблочный грунт), модуль деформации грунта (если сосуд установлен на слабых грунтах).

Таблица 1 - Коэффициент , определяемый назначением сосуда

Рабочая среда	Группа рабочей среды	Вместимость сосуда или аппарата,	Произведение максимального допустимого рабочего давления на вместимость,	Максимально допустимое рабочее давление, МПа
Газ	1	До 0,001		Св. 100	2,0
		Св. 0,001	Св. 0,1
	2	До 0,001		Св. 300
		Св. 0,001	Св. 0,3	Св. 0,4
	1	До 0,001		Св. 20 до 100 включ.	1,5
		Св. 0,001	Св. 0,02 до 0,1 включ.
	2	До 0,001		Св. 100 до 300 включ.
		Св. 0,001	Св. 0,1 до 0,3 включ.	Св. 0,07 до 0,4 включ.
Жидкость	1	Св. 0,001		Св.50
Газ	1	Св. 0,001	Св. 0,0025 до 0,02 включ.	Св. 0,07	1,0
	2	Св. 0,001	Св. 0,005 до 0,1 включ.	Св. 0,07
Жидкость	1	До 0,001		Св. 50
		Св. 0,001	Св. 0,02	Св. 0,07 до 50 включ.
	2	До 0,01		Св. 100
		Св. 0,01	Св. 1	Св. 0,07
Все остальные сосуды и аппараты					0,75
Примечания 1 В группу рабочей среды 1 входят рабочие среды, состоящие из воспламеняющихся, окисляющих, горючих, взрывчатых, высокотоксичных и токсичных газов, жидкостей и паров в однофазном состоянии, а также их смесей. Группа 2 включает в себя все прочие рабочие среды, которые не отнесены к группе 1. 2 Если сосуд или аппарат при разрушении может вызвать повреждение сосудов или оборудования, относящихся к более высокой степени ответственности по назначению, его следует относить к той же степени ответственности, к которой относится сосуд или оборудование, которые он может разрушить.

6 Расчетные нагрузки

6.1 Для определения дополнительных нагрузок от сейсмических воздействий на сосуды используют линейно-спектральный метод расчета. При землетрясении инерционную нагрузку на сосуды и их напряженно-деформированные состояния определяют с помощью спектров коэффициентов динамичности (спектров ответа) и значений максимальных сейсмических ускорений. Для этого используют метод модальной суперпозиции, при котором любой искомый отклик системы (усилие, перемещение, нагрузка на опору и т.д.) представляется некоторой комбинацией соответствующих модальных откликов.

6.2 При расчете нагрузок в условиях землетрясения для частично заполненных жидкостью сосудов рассматривают совместные колебания жидкости и сосуда. Для этого используют подход, при котором выделяются импульсивная и конвективная составляющие вынужденного движения жидкости при горизонтальном сейсмическом воздействии. При этом корпус сосуда считается недеформируемым.

Импульсивная составляющая соответствует связанным (синфазным) колебаниям корпуса сосуда и некоторой части содержащейся в нем жидкости. Конвективная составляющая соответствует низкочастотным колебаниям оставшейся части жидкости относительно корпуса сосуда. Таким образом, учитываются как минимум две формы колебаний для каждого из горизонтальных направлений (одна форма описывает импульсивную составляющую и одна - конвективную) и, по крайней мере, одна форма колебаний в вертикальном направлении.

6.3 При определении нагрузок от сейсмических воздействий допускается:

- не учитывать при расчете периодов колебаний влияние примыкающих к сосуду трубопроводов, поскольку предполагается, что масса и жесткость сосуда намного больше массы и жесткости примыкающих трубопроводов;

- приближенно учитывать влияние фундамента и грунта при помощи корректировки периода колебаний сосуда и относительного демпфирования;

- приближенно учитывать влияние опорной или строительной конструкции при помощи упругих связей в горизонтальном и вертикальном направлениях;

- рассматривать сосуд и жидкость как две независимые системы (см. 8.2.11);

- рассматривать колебания только по линейным степеням свободы и не учитывать угловые колебания сосуда.

Если описанные допущения по какой-либо причине не применимы к рассматриваемой системе, рекомендуется проводить уточненный расчет (см. 6.17).

6.4 Если сосуд установлен непосредственно на грунте, на относительно легкой фундаментной плите при или на относительно легкой и гибкой строительной или опорной конструкции при (см. рисунок 1в), то максимальные ускорения рассчитывают согласно 6.5 с использованием стандартных спектров ответа.

Допускается определять спектры ответа по ГОСТ 30546.1.

"Рисунок 1 - Варианты установки сосуда"

6.5 Максимальные расчетные сейсмические ускорения равны:

- для -й формы колебаний сосуда и импульсивной массы жидкости при воздействии в горизонтальном направлении :

,

(1)

- для конвективной массы:

;

(2)

- для вертикального воздействия:

,

(3)

где , , - коэффициенты динамичности. При отсутствии данных сейсмического микрорайонирования - согласно таблице 2;

- коэффициент, учитывающий допускаемые неупругие деформации, принимаемый равным 0,25;

- коэффициент, учитывающий назначение и ответственность сосудов и аппаратов, согласно таблице 1;

, - коэффициенты, зависящие от относительного демпфирования и в конструкции для импульсивной и конвективной составляющей соответственно, принимают в зависимости от относительного демпфирования согласно 6.9:

- коэффициент, зависящий от сочетания расчетной сейсмической интенсивности на картах А, В и С комплекта карт ОСР-97 [2], - согласно таблице 3;

- k-й период колебаний сосуда и импульсивной массы жидкости;

- период колебаний конвективной массы жидкости;

- первый период колебаний сосуда с жидкостью при воздействии в вертикальной плоскости.

Таблица 2 - Значения коэффициента динамичности

Категория грунта по сейсмическим свойствам (см. таблицу 4)	Период колебаний T, с	Коэффициент динамичности
I и II
III

Таблица 3 - Коэффициент в зависимости от сочетаний расчетной сейсмической интенсивности на картах А, В и С комплекта карт ОСР-97

Номер сочетаний	Интенсивность (в баллах MSK) на картах ОСР-97
	ОСР-97-А	ОСР-97-В	ОСР-97-С
1	7	7	7	1,0
	8	8	8
	9	9	9
2	7	7	8	1,2
	8	8	9
	9	9	10
3	7	8	8	1,4
	8	9	9
	9	10	10
4	7	8	9	1,5
	8	9	10
Примечание - При использовании результатов сейсмического микрорайонирования площадки расположения сосудов и аппаратов значение коэффициента принимают равным 1,0.

6.6 Максимальное горизонтальное ускорение при землетрясении на свободной поверхности грунта интенсивностью , равной 7, 8, 9 баллам, принимается равным 1, 2, 4  соответственно.

6.7 Коэффициент вертикального сейсмического ускорения назначается на основе данных сейсмического микрорайонирования. Если данные отсутствуют, следует принимать равным 0,75.

6.8 Сейсмичность площадки установки сосуда в баллах по шкале MSK-64 выдает заказчик на основе данных сейсмического микрорайонирования. В районах, для которых отсутствуют карты сейсмического микрорайонирования, допускается использовать комплект карт общего сейсмического районирования [2] с учетом повышения или понижения интенсивности в зависимости от категории грунтов в соответствии с таблицей 4.

Таблица 4

Категория грунта по сейсмическим свойствам	Грунт	Сейсмичность площадки строительства при сейсмичности района, баллы
		7	8	9
I	Скальные грунты всех видов (в том числе вечномерзлые и вечномерзлые оттаявшие) невыветрелые и слабовыветрелые; крупнообломочные плотные маловлажные грунты из магматических пород, содержащие до 30% песчано-глинистого заполнителя; выветрелые и сильновыветрелые скальные и нескальные твердомерзлые (вечномерзлые) грунты при температуре минус 2°С и ниже при строительстве и эксплуатации по категории I (сохранение грунтов основания в мерзлом состоянии)	6	7	8
II	Скальные грунты выветрелые и сильновыветрелые, в том числе вечномерзлые, кроме отнесенных к I категории; крупнообломочные грунты, содержащие более 30% песчано-глинистого заполнителя с преобладанием контактов между обломками; пески гравелистые, крупные и средней крупности плотные и средней плотности маловлажные и влажные; мелкий и пылеватый плотный и средней плотности маловлажный песок; глинистые грунты с показателем консистенции не более 0,5 при коэффициенте пористости е менее 0,9 для глин и суглинков и е менее 0,7 - для супесей; вечномерзлые нескальные пластично-мерзлые или сыпучемерзлые грунты, а также твердомерзлые при температуре свыше минус 2°С при строительстве и эксплуатации по категории I	7	8	9
III	Рыхлые пески независимо от влажности и крупности; гравелистый, крупный и средней крупности плотный и средней плотности водонасыщенный песок; мелкий и пылеватый плотный и средней плотности влажный и водонасыщенный песок; глинистые грунты с показателем консистенции более 0,5; глинистые грунты с показателем консистенции менее 0,5 при коэффициенте пористости е более 0,9 для глин и суглинков и е более 0,7 - для супесей; вечномерзлые нескальные грунты при строительстве и эксплуатации по категории II (допускается оттаивание грунтов основания)	8	9	Св. 9

6.9 Коэффициенты , в зависимости от коэффициента демпфирования принимают по таблице 5. Для промежуточных значений допускается линейная интерполяция.

При отсутствии точных данных для импульсивной составляющей относительное демпфирование принимают равным 0,04. Соответственно коэффициент учета демпфирования равен (0,04) = 1,30, а для конвективной составляющей относительное демпфирование принимают равным 0,005. Соответственно коэффициент учета демпфирования равен (0,005) = 2,16.

Если расчет осуществляют с учетом влияния основания, то относительные демпфирования и принимают в соответствии с А.9.

Таблица 5 - Коэффициент , учитывающий относительное демпфирование

Относительное демпфирование	Поправочный коэффициент
0,20	0,65
0,10	0,87
0,07	1,00
0,05	1,18
0,04	1,30
0,02	1,65
0,005	2,16

6.10 Для форм колебаний с периодом Т меньше 0,03 с (с частотами свыше 33 Гц) следует принимать:

.

(4)

6.11 Если ведется расчет сосуда, установленного в массивном многоэтажном здании (см. рисунок 1а) или на массивной многоярусной строительной конструкции, этажерке (см. рисунок 1б) при , то расчет максимальных ускорений проводят с использованием поэтажных спектров ответа, полученных для этажа (яруса), на который устанавливают сосуд.

6.12 Спектры ответа (поэтажные спектры ответа) для трех различных направлений воздействия строят для места установки сосуда при помощи специализированных компьютерных программ, имеющих опцию расчета спектров ответа по результатам анализа всего здания или строительной конструкции на динамическое воздействие в виде реальных (аналоговых) или синтезированных акселерограмм.

В случае отсутствия спектров ответа в соответствии с 6.12 допускается принимать максимальные расчетные ускорения по формулам:

;

(5)

;

(6)

,

(7)

где , - коэффициенты изменения максимального ускорения от сейсмического воздействия по высоте установки сосуда z в горизонтальном и вертикальном направлении соответственно. Значения коэффициентов - согласно таблице 6.

Таблица 6 - Значения коэффициентов и

Характеристика сооружения	Значение коэффициента при максимальной отметке установки сосуда, z, м
	10		20		30		40
Массивная железобетонная конструкция (см. рисунок 1а)	1,2	1,0	1,5	1,2	1,75	1,6	2,0	2,0
Пространственная стержневая конструкция, этажерка (см. рисунок 1б)	1,4	1,4	1,8	1,8	2,25	2,2	3,0	3,0
Примечание - В случае затруднения при определении типа конструкции коэффициенты и принимают как для гибких пространственных стержневых конструкций; значения коэффициентов и при промежуточных значениях z допускается принимать методом линейной интерполяции; данная таблица применима для грунтов, имеющих модуль деформации не менее МПа. При более МПа значения коэффициентов и следует умножить на 1,5.

6.14 При сейсмичности площадки не менее 8 баллов при грунтах категории III к значению ускорения в формулах (1), (2), (3) вводят множитель 0,7, учитывающий нелинейное деформирование грунтов при сейсмических воздействиях.

6.15 Любые полученные отклики системы (давление, усилие, напряжение, перемещение и т.д.) от различных форм колебаний системы следует суммировать как корень квадратный из суммы квадратов (ККСК) для получения полного результирующего отклика:

,

(8)

где - отклик системы по k-форме колебаний системы при воздействии в направлении (как от импульсивных, так и конвективных масс).

Если учитывают только один тон колебаний импульсивной массы и один тон колебаний конвективной массы, полный отклик системы вычисляют по формуле

,

(9)

где и - импульсивный и конвективный отклики системы сейсмическое воздействие в направлении соответственно.

6.16 Полный отклик S вычисляют по формуле

(10)

где , и - отклики системы на компоненты землетрясения вдоль осей X, Y и Z соответственно. Отклики должны быть не только одноименными, но и полученными для одних и тех же точек системы;

- отклик от статических воздействий в рабочих условиях.

Знак "" принимают в каждом конкретном расчете таким образом, чтобы обеспечить наиболее невыгодные условия нагружения.

При вычислении откликов от статических воздействий расчетные нагрузки умножают на коэффициенты сочетаний, принимаемые по таблице 7.

Таблица 7 - Коэффициенты сочетаний нагрузок

Вид нагрузки	Значение коэффициента сочетания
Постоянные (масса сосуда, изоляции и содержимого в оборудовании)	0,9
Временные длительные (масса жидкости, внутреннее давление)	0,8
Кратковременные	0,5

Примечание - Температурные климатические воздействия, ветровые нагрузки и динамические воздействия от оборудования при этом не учитывают.

6.17 При выполнении расчета зданий и сооружений, моделируемых совместно с сосудами и аппаратами, руководствуются требованиями [3]. При этом не полностью заполненные сосуды с жидкостью рекомендуется моделировать в виде систем с конвективной и импульсивной массой, характеристики которых определяют согласно настоящему стандарту.

Для особо ответственных зданий и сооружений, моделируемых совместно с сосудами и аппаратами, проводят два расчета - расчет на проектное землетрясение (ПЗ) и максимальное расчетное землетрясение (МРЗ). Расчеты, соответствующие МРЗ, выполняют во временной области с использованием инструментальных или синтезированных акселерограмм.

Для особо ответственных сосудов, в том числе нестандартной формы и конструкции, выходящих за рамки условий применения настоящего стандарта, дополнительно применяют другие более точные методы динамического моделирования сейсмического воздействия на конструкции. В этом случае расчет прочности и/или устойчивости проводят методами динамической теории упругости с использованием инструментальных или синтезированных акселерограмм на отметке установки изделий. При необходимости учитывают поведение жидкости со свободной поверхностью, влияние опорных конструкций и фундамента, а также примыкающих к сосуду трубопроводов.

7 Оценка сейсмостойкости сосудов и аппаратов

7.1 Расчет на прочность элементов сосуда

7.1.1 При расчете сосуда с учетом дополнительных нагрузок и давления от сейсмического воздействия в качестве допускаемых напряжений принимают значения и , определяемые согласно ГОСТ Р 52857.1 и ГОСТ Р 52857.10 для рабочих условий.

Примечание - Поскольку сейсмическое воздействие носит кратковременный характер, то для расчетных температур, при которых учитывают ползучесть материалов при определении допускаемого напряжения , допускается не учитывать и . Но при этом для углеродистых, низколегированных, ферритных, аустенитно-ферритных, мартенситных сталей и сплавов на железоникелевой основе , , умножают на коэффициент 0,8.

7.1.2 Коэффициент запаса устойчивости при сейсмическом воздействии принимают равным 2,4.

7.1.3 Расчет на прочность элементов сосуда и укрепления отверстий в обечайках и днищах с учетом дополнительного гидродинамического давления и нагрузок от сейсмических воздействий проводят в соответствии с ГОСТ Р 52857.2 - ГОСТ Р 52857.4, ГОСТ Р 52857.8, ГОСТ Р 52857.11. При этом расчетное избыточное давление определяют согласно 8.11.5 и 9.12.7.

Полная нагрузка от давления со стороны рабочей среды на стенки и днища сосуда в условиях землетрясения включает в себя:

- гидростатическую нагрузку и нагрузку от действия избыточного внутреннего или наружного давления;

- импульсивную составляющую гидродинамического давления;

- конвективную составляющую гидродинамического давления;

- гидродинамическое давление от вертикального воздействия.

7.1.4 Расчет обечаек и конических переходов на прочность и устойчивость проводят согласно 8.8.1 и 9.12.1 с учетом положений 7.1.1 и 7.1.2.

7.1.5 Вертикальные сосуды на площадках сейсмичностью не менее 7 баллов следует устанавливать на не менее чем три опоры.

7.1.6 Расчет на прочность обечаек и днищ от воздействия опорных нагрузок проводят в соответствии с ГОСТ Р 52857.5 с учетом требований 7.1.1. При этом расчетное усилие для вертикальных сосудов вычисляют в соответствии с 8.6.3; для горизонтальных сосудов опорные нагрузки определяют по 9.8.

7.1.7 Расчет на прочность седловых опор и фундамента при действии нагрузок проводят по [4].

7.1.8 Проверку несущей способности анкерных болтов, крепящих опоры вертикальных и горизонтальных сосудов, на растяжение и на сдвиг проводят в соответствии с 7.3.2 - 7.3.5.

7.1.9 Для предотвращения выплескивания жидкости из вертикального сосуда без крышки высота налива h должна быть ограничена:

.

(11)

7.1.10 Проверку общей устойчивости опорных стоек сосуда проводят в соответствии с 8.7.1.

7.2 Расчет на прочность обечаек и днищ при внешних сейсмических нагрузках на штуцер

Проверку прочности мест пересечения штуцеров с обечайками и днищами при действии давления и внешних нагрузок на штуцер с учетом сейсмических воздействий проводят согласно ГОСТ Р 52857.3 и ГОСТ Р 52857.9 с учетом требований 7.1.1. При этом расчетное избыточное давление определяют согласно 8.11.5 и 9.12.7, а нагрузки на штуцер определяют из расчета примыкающих трубопроводов с учетом сейсмических воздействий в следующей последовательности:

- вычисляют максимальные перемещения штуцера от сейсмических воздействий , , согласно 8.12, 9.13.1 и 9.13.2;

- проводят расчет трубопровода по методам строительной механики с учетом заданных сейсмических перемещений штуцера , , и других статических и сейсмических воздействий в соответствии с требованиями соответствующих нормативных документов;

- вычисляют нагрузки с учетом сейсмических воздействий на штуцер сосуда от трубопровода.

7.3 Расчет анкерных болтов

7.3.1 Если и , диаметр анкерных болтов принимают конструктивно.

7.3.2 Если горизонтальные (сдвигающие) усилия в плоскости сопряжения опоры сосуда с фундаментом воспринимаются за счет сил трения, то усилие предварительной затяжки каждого болта, необходимое для восприятия горизонтальных сил, вычисляют по формуле

,

(12)

где - сдвигающая сила от сейсмического воздействия, действующая на анкерные болты опоры и определяемая согласно 8.5.6, 9.9.6;

- коэффициент стабильности затяжки, принимаемый по таблице 8;

- число болтов на одной опоре.

Таблица 8

Конструкция болтов	С отгибом	С анкерной плитой		Прямые	Конические (распорные)
Номинальный диаметр болтов , мм	12 - 48	Глухих 12 - 140	Съемных 56 - 125	12 - 48	6 - 48
Рисунок
	Глубина заделки H принята из условия = 145 кПа
Коэффициент стабильности затяжки	1,9 (1,3)*	1,9 (1,3)*	1,5	2,5 (2)*	2,3 (1,8)*
* В скобках даны значения коэффициента для статистических нагрузок.

7.3.3 Болты необходимо затягивать, как правило, с контролем крутящего момента , значение которого вычисляют по формуле

,

(13)

где - коэффициент, учитывающий геометрические размеры резьбы, трение на торце гайки и в резьбе, приведенный в таблице 9;

- усилие предварительной затяжки болтов.

Таблица 9

Диаметр болта , мм	, м	Диаметр болта , мм	, м
10		56
12		64
16		72
20		80
24		90
30		100
36		110
42		125
48		140

7.3.4 Минимальный диаметр анкерного болта (по резьбе) вычисляют по формуле

,

(14)

где - допускаемое напряжение для анкерного болта, приведенное в таблице 10;

- максимальное расчетное растягивающее усилие, действующее на анкерный болт, определяемое согласно 8.6.4 и 9.9.5.

Таблица 10 - Допускаемые напряжения для анкерных болтов

Диаметр болта , мм	Допускаемое напряжение для анкерного болта , МПа, из стали марок
	ВСт3пс2, ВСт3кп2, Ст20	09Г2С	10Г2С1
10 - 30	145	185	190
36 - 56	145	180	180
64 - 80	145	175	170
90 - 100	145	170	170
110 - 140	145	170	165

7.3.5 Если горизонтальные (сдвигающие) усилия в плоскости сопряжения опоры сосуда с фундаментом воспринимаются за счет сопротивления стержня болта срезу (), то следует выполнять условия прочности на растяжение и срез анкерных болтов:

если (усилие сжимающее), то

,

(15)

если (усилие растягивающее), то

,

(16)

где - сдвигающая сила от сейсмического воздействия, действующая на опору и определяемая согласно 9.9.7.

При этом усилие предварительной затяжки болтов вычисляют по формуле

.

(17)

8 Вертикальные сосуды и аппараты

В данном разделе рассматриваются вертикальные сосуды, опирающиеся на грунт или фундамент днищем, сосуды и аппараты на опорах-лапах и опорных стойках, а также сосуды и аппараты, установленные на строительной конструкции.

Методика расчета предназначена для расчета вертикальных цилиндрических сосудов с плоскими днищами или крышками (см. рисунок 2). Допускается применение методики для сосудов с выпуклыми днищами (например, эллиптическими) и сосудами с обечайкой, отличающейся от цилиндрической. Для этого реальный сосуд аппроксимируется условным сосудом цилиндрической формы с плоскими крышками и днищами.

"Рисунок 2 - Модель цилиндрического сосуда с жидкостью"

В основе аппроксимации лежит принцип равенства объемов жидкости в исходном и условном сосудах. При этом диаметр условного сосуда должен быть равен диаметру реального сосуда на уровне свободной поверхности жидкости. Примеры такой аппроксимации приведены на рисунке 3.

Для более точной оценки сейсмостойкости сосудов формы, сильно отличающейся от цилиндрической, рекомендуется использовать другие более точные методы расчета (см. 6.17).

"Рисунок 3 - Примеры аппроксимации реального сосуда сложной формы цилиндрическим сосудом с плоскими крышками"

8.1 Полностью и частично заполненный сосуд

8.1.1 Полностью заполненным считают сосуд, для которого выполняется условие [ - высота налива и общая высота условного сосуда соответственно (см. рисунок 3)]; в противном случае сосуд считают частично заполненным.

8.1.2 Пустым считают сосуд, для которого выполняется условие .

8.1.3 При расчете на горизонтальное воздействие () сосуд считают полностью заполненным, если высота волны (см. 8.4.4) в два раза превышает воздушный зазор до крышки сосуда (см. рисунок 4а):

.

(18)

8.1.4 Если сосуд является полностью заполненным, для кожухотрубчатых теплообменных аппаратов, а также в случае если используют специальные конструктивные меры для "гашения" волны, принимают, что вся масса жидкости участвует в импульсивном движении:

.

(19)

"Рисунок 4 - Расчетная модель недеформируемого цилиндрического сосуда с жидкостью, имеющей свободную поверхность"

8.2 Параметры расчетной модели с учетом движения жидкости в сосуде при горизонтальном воздействии

8.2.1 Идеализированная динамическая расчетная модель недеформируемого цилиндрического сосуда с жидкостью, которая имеет свободную поверхность, при горизонтальных колебаниях показана на рисунках 5 и рисунке 6а. Массу жидкости условно разделяют на две части - импульсивную и конвективную. Импульсивная составляющая соответствует связанным (синфазным) колебаниям оболочки сосуда и некоторой части содержащейся в нем жидкости. Конвективная составляющая соответствует низкочастотным колебаниям оставшейся части жидкости относительно оболочки сосуда.

Импульсивная масса жидкости жестко связана со стенками сосуда и находится на высоте от нижней точки сосуда, а конвективная масса связана со стенками сосуда через некоторую конечную жесткость и находится на высоте от нижней точки сосуда.

В зависимости от того, какую величину требуется определить в расчете, рассматривают давление только на стенки сосуда (например, для определения суммарного изгибающего момента в стенках) или одновременно на его стенки и днище (например, для определения суммарного опрокидывающего момента, действующего на опоры или анкеры). В зависимости от этого по-разному вычисляют высоты импульсивной (, ) и конвективной (, ) масс.

8.2.2 Полную массу жидкости в сосуде вычисляют по формуле

.

(20)

8.2.3 Импульсивную массу жидкости вычисляют по формуле

,

(21)

где .

8.2.4 Высоту импульсивной массы без учета давления на днище сосуда вычисляют по формуле

(22)

8.2.5 Высоту импульсивной массы с учетом давления на днище сосуда вычисляют по формуле

(23)

8.2.6 Для учета массы пустого сосуда, а также дополнительных внутренних и наружных конструкций и изоляции следует скорректировать импульсивную массу и соответствующие высоты ее приложения (см. рисунок 5.):

,

(24)

,

(25)

.

(26)

"Рисунок 5 - Динамическая расчетная модель с учетом массы пустого сосуда и дополнительных конструкций"

Примечание - Далее по тексту под обозначениями , , следует понимать скорректированные величины , , .

При этом предполагается, что сосуд, изоляция и дополнительные внутренние и наружные конструкции представляют собой единое жесткое недеформированное тело. В противном случае следует использовать более точную динамическую расчетную модель сосуда с учетом массы и жесткости внутренних и наружных устройств.

8.2.7 Конвективную массу жидкости вычисляют по формуле

.

(27)

8.2.8 Жесткость связи между конвективной массой и стенкой сосуда вычисляют по формуле

.

(28)

8.2.9 Высоту приложения конвективной массы без учета давления на днище сосуда вычисляют по формуле

.

(29)

8.2.10 Высоту приложения конвективной массы жидкости с учетом давления на днище сосуда вычисляют по формуле

.

(30)

8.2.11 Расчетная динамическая модель сосуда с двумя степенями свободы (см. рисунок 6б) может рассматриваться как две независимых модели с одной степенью свободы для импульсивной (см. рисунок 6в) и для конвективной (см. рисунок 6г) массы. Такой подход дает удовлетворительные результаты, если периоды колебаний двух независимых систем отличаются не менее чем в 2,5 раза:

.

(31)

"Рисунок 6 - Модель сосуда с учетом жесткости опорной конструкции при горизонтальном воздействии"

В случае если условие (31) не выполняется, сосуд с жидкостью следует рассчитывать как систему с двумя степенями свободы по методам строительной механики, а нагрузки на опоры и усилия в сосуде определять в соответствии с линейно-спектральной теорией сейсмостойкости.

8.3 Параметры расчетной модели с учетом движения жидкости в сосуде при вертикальном воздействии

При расчете сейсмических воздействий в вертикальном направлении считают, что весь объем жидкости участвует в импульсивных колебаниях (см. рисунок 7):

.

(32)

"Рисунок 7 - Модель сосуда с учетом жесткости опорной конструкции при вертикальном воздействии"

8.4 Периоды колебаний и высота волны

8.4.1 Периоды форм колебаний импульсивной массы вычисляют по методам строительной механики, при этом необходимо учитывать:

- податливость обечайки или днища в местах крепления сосуда к опорам;

- податливость самих опор;

- податливость анкерных болтов;

- податливость и массу строительной конструкции, на которой установлен сосуд (при ее наличии);

- податливость грунта под подошвой фундамента экспериментально или численными методами (МКЭ). Допускается использование упрощенной методики, приведенной в приложении А.

8.4.2 При выполнении предварительных расчетов, а также в случае невозможности точного определения периодов собственных колебаний импульсивной массы допускается принимать значения коэффициентов динамичности или наибольшее значение с поэтажных спектров ответа , , , , . При этом коэффициент демпфирования равен 1,3.

8.4.3 Период первой формы собственных колебаний конвективной массы жидкости вычисляют по формуле

.

(33)

8.4.4 Максимально возможную высоту волны жидкости при воздействии в горизонтальном на правлении вычисляют по формуле

.

(34)

8.5 Нагрузки от сейсмических воздействий

8.5.1 Изгибающие моменты от сейсмического воздействия в горизонтальном направлении вычисляют по формулам:

- импульсивный изгибающий момент в обечайке:

;

(35)

- конвективный изгибающий момент в обечайке:

;

(36)

- суммарный изгибающий момент:

,

(37)

где z - расстояние по вертикальной оси от основания условного сосуда до рассматриваемого сечения обечайки (см. рисунок 8).

8.5.2 Опрокидывающие моменты, действующие на опоры сосудов от сейсмического воздействия в горизонтальном направлении , вычисляют по формулам:

- импульсивный опрокидывающий момент:

;

(38)

- конвективный опрокидывающий момент:

;

(39)

- суммарный опрокидывающийся момент:

.

(40)

Значения и в зависимости от вида опор принимают по 8.6.1, 8.6.2.

"Рисунок 8 - Вертикальный сосуд"

8.5.3 Поперечные нагрузки для сейсмического воздействия в горизонтальном направлении вычисляют по формулам;

- импульсивная поперечная нагрузка:

,

(41)

- конвективная поперечная нагрузка:

;

(42)

- сумма поперечная нагрузка:

.

(43)

8.5.4 Максимальную расчетную перерезывающую силу от сейсмического воздействия вычисляют по формуле

.

(44)

8.5.5 Дополнительную вертикальную нагрузку от сейсмического воздействия вычисляют по формуле

.

(45)

8.5.6 Сдвигающую силу от сейсмического воздействия, действующую на анкерные болты, вычисляют по формуле

.

(46)

8.6 Нагрузки на опорные лапы, стойки, анкерные болты и фундамент

8.6.1 Дополнительное усилие, действующее на опору от сейсмического воздействия, вычисляют по формуле

,

(47)

где

,

(48)

,

(49)

где , - опрокидывающие моменты от сейсмического воздействия согласно 8.5.2.

Значения , и приведены в 8.6.2.

8.6.2 Значения , и в зависимости от конструкции опор принимаются:

а) для опор-лап (см. рисунок 8а, б):

- , , при вычислении нагрузки на строительную конструкцию и для проверки на прочность анкерных болтов, также для проверки несущей способности обечайки в месте приварки опоры-лапы,

- , при вычислении нагрузки от опорной конструкции на фундамент;

б) для опорных стоек (см. рисунок 8в):

- , , при вычислении нагрузки для проверки несущей способности днища,

- , при вычислении нагрузки от опоры на строительную конструкцию и для проверки на прочность анкерных болтов;

в) для опорных пластинчатых стоек (см. рисунок 8г):

- , , = 0 при вычислении нагрузки для проверки несущей способности днища,

- , при вычислении нагрузки от опоры на строительную конструкцию и для проверки на прочность анкерных болтов.

8.6.3 Максимальное расчетное усилие, используемое для проверки несущей способности обечайки (днища) в месте приварки опорной лапы (стойки), вычисляют по формулам:

- для сосудов на четырех опорах, обеспечивающих равномерное распределение нагрузки между всеми опорами (точный монтаж, установка прокладок, подливка бетона и т.п.):

;

(50)

- для сосудов на четырех опорах, не обеспечивающих равномерное распределение нагрузки между всеми опорами:

;

(51)

- для сосудов на трех опорах:

.

(52)

8.6.4 Максимальное расчетное усилие, используемое для проверки прочности анкерных болтов на растяжение, вычисляют по формулам:

- для сосудов на четырех опорах, обеспечивающих равномерное распределение нагрузки между всеми опорами (точный монтаж, установка прокладок, подливка бетона и т.п.):

;

(53)

- для сосудов на четырех опорах, не обеспечивающих равномерное распределение нагрузки между всеми опорами:

;

(54)

- для сосудов на трех опорах:

.

(55)

8.6.5 Максимальное растягивающее усилие, действующее на анкерный болт, вычисляют по формуле

,

(56)

где - число болтов на одной опоре.

8.6.6 Если ведут расчет сосуда, установленного на строительной конструкции, то при определении нагрузок на анкерные болты в формулах (38), (41) и (45) вместо подставляют только массу опорных стоек без учета массы строительной конструкции. Если определяют нагрузки на фундамент строительной конструкции, то вместо подставляют суммарную массу стоек и строительной конструкции.

Если масса строительной или опорной конструкции намного меньше массы сосуда с жидкостью , то при расчете усилий массу допускается не учитывать ().

8.7 Расчет на устойчивость опорных стоек

8.7.1 Устойчивость опорных стоек с учетом сейсмического воздействия вычисляют по формуле

,

(57)

где - максимальное расчетное сжимающее усилие, передаваемое на опорную стойку согласно 8.6.3.

8.7.2 Допускаемое осевое сжимающее усилие вычисляют по формуле

,

(58)

где допускаемое осевое сжимающее усилие из условия прочности вычисляют по формуле

,

(59)

а допускаемое осевое сжимающее усилие в пределах упругости из условия устойчивости вычисляют по формуле

,

(60)

где - допускаемое напряжение, определяемое согласно 7.1.1;

- коэффициент запаса устойчивости, определяется согласно 7.1.2;

- площадь поперечного сечения опорной стойки брутто;

- модуль упругости материала стойки;

- гибкость стойки, вычисляемая по формуле

,

(61)

где - приведенная расчетная длина стойки, указанная в ГОСТ Р 52857.2 (таблица 1).

8.8 Расчет обечаек и конических переходов на прочность и устойчивость

8.8.1 Предварительно проводят расчет обечаек, конических переходов и днищ на прочность и устойчивость от действия давления, осевой силы, момента и поперечной силы в соответствии с ГОСТ Р 52857.2 с учетом требования 7.1.1; при этом в качестве расчетных используют нагрузки, определенные с учетом статических и сейсмических воздействий:

,

,

(62)

,

,

где - расчетное внутреннее или наружное давление на обечайку сосуда с учетом сейсмического воздействия, вычисляемое согласно 8.11.5.

8.8.2 Если условия прочности при условиях нагружения по 8.8.1 не выполняют, то проводят уточненный расчет. Определяют отклики от статических и сейсмических воздействий в соответствии с таблицей 11. Под откликом в данном случае понимают коэффициенты, вычисленные по ГОСТ Р 52857.2 [формулы (28), (165), (167)].

Таблица 11

1-й статический расчет	2-й расчет сейсмика по X	3-й расчет сейсмика по Y	4-й расчет сейсмика по Z
F	0	0
М			0
Q			0
р		0
Вычисляется:

8.3.3 Окончательный отклик S определяют в соответствии с 6.16.

При этом должно быть выполнено условие

.

(63)

8.9 Гидродинамическое давление от сейсмического воздействия частично заполненного сосуда

8.9.1 Гидродинамическое давление на стенки и днище сосуда при сейсмическом воздействии в горизонтальной плоскости () (см. рисунок 9) вычисляют по формулам:

- импульсивное давление на стенки:

;

(64)

- конвективное давление на стенки:

;

(65)

- суммарное значение давления на стенки от импульсивной и конвективной массы жидкости в соответствии с 6.15:

.

(66)

Если , то ;

- импульсивное давление на днище сосуда:

,

(67)

где х - расстояние в горизонтальном направлении от центра сосуда до рассматриваемой точки (см. рисунок 2);

- конвективное давление на днище сосуда:

;

(68)

- суммарное значение давления на днище сосуда от импульсивной и конвективной масс:

.

(69)

"Рисунок 9 - Импульсивное а и конвективное б гидродинамическое давление"

8.9.2 Гидродинамическое давление на стенки и днище сосуда при сейсмическом воздействии в вертикальном направлении (см. рисунок 10) вычисляют по формуле

.

(70)

Если , то .

"Рисунок 10 - Гидродинамическое давление на стенки и днище от сейсмического воздействия в вертикальном направлении"

8.10 Гидродинамическое давление от сейсмического воздействия полностью заполненного сосуда

8.10.1 Гидродинамическое давление на стенки" днище и крышку сосуда при сейсмическом воздействии в горизонтальной плоскости () (см. рисунок 11а) вычисляют по формулам:

- давление на стенки сосуда:

;

(71)

- давление на днище и крышку сосуда:

.

(72)

8.10.2 Гидродинамическое давление на стенки, днище и крышку сосуда при вертикальном воздействии (см. рисунок 11б) вычисляют по формулам:

- при воздействии вверх:

,

;

(73)

- при воздействии вниз:

,

;

(74)

- максимальное давление

.

(75)

"Рисунок 11 - Гидродинамическое давление для полностью заполненного сосуда от горизонтального а и вертикального б воздействия"

8.11 Расчет на прочность элементов сосуда с учетом сейсмического воздействия

8.11.1 Гидростатическое давление на стенки и днище сосуда вычисляют по формулам:

;

.

(76)

8.11.2 Давление на обечайку сосуда с учетом сейсмического воздействия на стенки в зависимости от координаты z вычисляют по формуле

.

(77)

Примечание - При воздействии землетрясения гидродинамическое давление может быть как внутренним, так и наружным. Знак "+" означает, что давление внутреннее, а знак "-" - наружное.

8.11.3 Расчетное давление на днище сосуда с учетом сейсмического воздействия в зависимости от координаты х вычисляют по формуле

.

(78)

8.11.4 Расчетное давление на крышку сосуда с учетом сейсмического воздействия вычисляют по формуле

.

(79)

8.11.5 При расчете элементов сосуда (цилиндрических обечаек, конических элементов, крышек, днищ, штуцеров, фланцевых соединений и т.д.) от действия давления с учетом сейсмических воздействий:

- в качестве расчетного давления для днищ принимают наибольшее (или наименьшее) давление согласно 8.11.3;

- в качестве расчетного давления для крышек принимают наибольшее (или наименьшее) давление согласно 8.11.4;

- в качестве расчетного давления для обечаек и конических элементов принимают наибольшее (или наименьшее) давление согласно 8.11.2 при ( и - высота до низа и до верха рассматриваемого элемента сосуда соответственно);

- в качестве расчетного давления для расчета укрепления отверстий, герметичности фланцевых соединений и т.д., расположенных на обечайке или коническом элементе, принимают давление (z - координата оси отверстия от низа сосуда) согласно 8.11.2;

- в качестве расчетного давления для расчета укрепления отверстий, герметичности фланцевых соединений и т.д., расположенных на днище и крышке сосуда, принимают давление (х - координата оси отверстия от центра сосуда) согласно 8.11.3 и 8.11.4 соответственно.

Примечание - Если значение расчетного давления меньше нуля, то давление является наружным избыточным, в противном случае давление является внутренним избыточным.

8.12 Перемещения точек присоединения трубопровода к сосуду

Максимальные перемещения штуцеров сосуда в результате сейсмического воздействия вычисляют по формулам:

- горизонтальные перемещения относительно фундамента:

;

(80)

- горизонтальные перемещения относительно грунта, если расчет выполняют с учетом влияния основания:

,

(81)

где ,

(82)

;

(83)

- вертикальные перемещения относительно фундамента:

;

(84)

- вертикальные перемещения относительно грунта, если расчет выполняют с учетом влияния основания:

.

(85)

9 Горизонтальные сосуды и аппараты

В настоящем разделе рассматриваются горизонтальные сосуды и аппараты на седловых опорах.

9.1 Полностью и частично заполненный сосуд

9.1.1 Полностью заполненным считают сосуд, для которого выполняется условие , в противном случае сосуд считают частично заполненным. Параметры для частично заполненного сосуда определяют по 9.2.1. Параметры для полностью заполненного сосуда определяют по 9.1.4.

9.1.2 Пустым считают сосуд, для которого выполняется условие .

9.1.3 Также при расчете на горизонтальное воздействие сосуд считают полностью заполненным, если высота волны (см. 9.4.4) в два раза превышает воздушный зазор до верхней образующей сосуда:

.

(86)

9.1.4 Если сосуд полностью заполнен (согласно 9.1.1 или 9.1.3) в кожухотрубчатых теплообменных аппаратах, а также в случае если используют специальные конструктивные меры для "гашения" волны, принимают, что вся масса жидкости участвует в импульсивном движении:

.

(87)

где - высота от точки закрепления до оси сосуда.

"Рисунок 12 - Модель горизонтального цилиндрического сосуда с жидкостью при воздействии в продольном направлении (, )"

9.2 Параметры расчетной модели при продольном воздействии

9.2.1 Горизонтальный цилиндрический сосуд аппроксимируется условным прямоугольным сосудом (см. рисунок 12). Ширина условного прямоугольного сосуда b должна быть равна ширине свободной поверхности жидкости в сосуде, а длина условного сосуда должна быть равна длине свободной поверхности жидкости в сосуде. Высоту жидкости в условном прямоугольном сосуде вычисляют из условия равенства объемов жидкости в исходном и условном сосуде.

9.2.2 Для более точной оценки сейсмостойкости сосудов формы, значительно отличающейся от цилиндрической, рекомендуется использовать другие более точные методы расчета (см. 6.17).

Полная масса жидкости в сосуде равна:

.

(88)

9.2.4 Импульсивную массу жидкости при продольном воздействии вычисляют по формуле

,

(89)

где

9.2.5 Высоту импульсивной массы без учета давления на днище сосуда вычисляют по формуле

(90)

9.2.6 Высоту импульсивной массы с учетом давления на днище сосуда вычисляют по формуле

(91)

9.2.7 Высоту от точки закрепления до импульсивной массы без учета давления на днище сосуда вычисляют по формуле

.

(92)

9.2.8 Высоту от точки закрепления до импульсивной массы с учетом давления на днище сосуда вычисляют по формуле

.

(93)

9.2.9 Конвективную массу жидкости при продольном воздействии вычисляют по формуле

.

(94)

9.2.10 Жесткость связи между конвективной массой и стенкой сосуда в продольном направлении вычисляют по формуле

.

(95)

9.2.11 Высоту конвективной массы без учета давления на днище сосуда вычисляют по формуле

.

(96)

9.2.12 Высоту конвективной массы жидкости с учетом давления на днище сосуда вычисляют по формуле

.

(97)

9.2.13 Высоту от точки закрепления до конвективной массы без учета давления на днище сосуда (см. рисунок 13б) вычисляют по формуле

.

(98)

9.2.14 Высоту от точки закрепления до конвективной массы с учетом давления на днище сосуда (см. рисунок 13б) вычисляют по формуле

.

(99)

9.12.15 Для учета массы пустого сосуда, а также дополнительных внутренних и наружных конструкций и изоляции необходимо скорректировать импульсивную массу и соответствующие высоты ее приложения согласно 8.2.6.

9.2.16 Механическая модель сосуда при продольном воздействии аналогична модели, описанной в 8.2.11.

9.3 Параметры расчетной модели при поперечном воздействии

9.3.1 Импульсивную массу жидкости при поперечном воздействии вычисляют по формуле

.

(100)

9.3.2 Высоту импульсивной массы вычисляют по формуле

.

(101)

9.3.3 Конвективную массу жидкости при поперечном воздействии вычисляют по формуле

.

(102)

9.3.4 Жесткость связи между конвективной массой и стенкой сосуда в поперечном направлении вычисляют по формуле

.

(103)

9.3.5 Высоту конвективной массы вычисляют по формуле

.

(104)

9.3.6 Для учета массы пустого сосуда, а также дополнительных внутренних и наружных конструкций и изоляции необходимо скорректировать импульсивную массу и соответствующие высоты ее приложения согласно 8.2.6.

9.3.7 Механическая модель сосуда при поперечном воздействии аналогична модели, описанной в 8.2.11.

9.4 Периоды колебаний и высота волны

9.4.1 Периоды первой формы колебаний импульсивной массы , , при воздействиях по осям X, Y и Z соответственно вычисляют согласно 8.4.1 и 8.4.2.

9.4.2 Период первой формы собственных колебаний конвективной массы жидкости при продольном воздействии равен:

.

(105)

9.4.3 Период первой формы собственных колебаний конвективной массы жидкости при поперечном воздействии равен:

,

(106)

где - коэффициент функции параметра , равный значениям, указанным в таблице 12. Коэффициент для промежуточных значений следует принимать по линейной интерполяции.

Таблица 12 - Значения коэффициента

	0,10	0,15	0,20	0,25	0,30	0,35	0,40	0,45
	1,06	1,10	1,13	1,15	1,17	1,22	1,25	1,30

	0,50	0,55	0,60	0,65	0,70	0,75	0,80
	1,36	1,43	1,51	1,60	1,74	1,89	2,13

9.4.4 Максимально возможную высоту волны жидкости при продольном воздействии вычисляют по формуле

.

(107)

9.4.5 Максимально возможную высоту волны жидкости при поперечном воздействии вычисляют по формуле

,

(108)

где - коэффициент функции параметра , равный значениям, указанным в таблице 13. Коэффициент для промежуточных значений следует принимать по линейной интерполяции.

Таблица 13 - Значения коэффициентах

	0,50	0,55	0,6	0,65	0,70	0,75	0,80	0,85	0,90	0,95
	0,0470	0,0465	0,0460	0,0445	0,0430	0,0405	0,0365	0,0350	0,0315	0,0245

9.5 Дополнительные нагрузки от сейсмического воздействия

9.5.1 Дополнительную горизонтальную нагрузку от сейсмического воздействия вычисляют по формулам:

- от импульсивной массы:

;

(109)

- от конвективной массы:

;

(110)

- суммарная нагрузка от импульсивной и конвективной массы:

.

(111)

Массы и для воздействия вдоль оси вычисляют по формулам (89) и (94), а для воздействия вдоль оси по формулам (100) и (102).

9.5.2 Дополнительную вертикальную равномерно распределенную нагрузку от сейсмического воздействия вычисляют по формуле

.

(112)

9.6 Нагрузки и усилия от сейсмических воздействий, действующих в продольном направлении

9.6.1 Расчетная схема для определения нагрузок от сейсмических воздействий приведена на рисунке 13. Опорные нагрузки и внутренние усилия в обечайке в общем случае определяют методами строительной механики.

9.6.2 Дополнительную сдвигающую нагрузку на неподвижную седловую опору от сейсмического воздействия в продольном направлении вычисляют по формуле

.

(113)

9.6.3 Дополнительную вертикальную нагрузку на седловую опору при воздействии в продольном направлении вычисляют по формуле

.

(114)

Знак "" означает, что дополнительная вертикальная нагрузка при сейсмическом воздействии может быть в обоих направлениях, а знак минус "-" перед означает, что эта нагрузка имеет противоположное направление относительно .

"Рисунок 13 - Расчетная схема для определения нагрузок на седловые опоры и усилий в обечайке горизонтального сосуда"

9.6.4 Продольное усилие, действующее на обечайку над неподвижной опорой, вычисляют по формуле

.

(115)

9.7 Нагрузки и усилия от сейсмических воздействий в поперечном и вертикальном направлениях

9.7.1 Дополнительную вертикальную нагрузку на седловую опору при воздействии по оси j = {Z} вычисляют по формуле

.

(116)

9.7.2 Поперечную нагрузку на седловую опору при воздействии по оси вычисляют по формуле

.

(117)

9.7.3 Дополнительную вертикальную нагрузку на седловую опору при воздействии по оси вычисляют по формуле

,

(118)

где - угол обхвата седловой опоры (см. рисунок 14).

9.7.4 Опрокидывающий момент, действующий на седловую опору при воздействии по оси , вычисляют по формуле

.

(119)

9.7.5 Изгибающий момент в обечайке над опорой при воздействии по оси вычисляют по формуле

.

(120)

"Рисунок 14 - Расчетная схема для определения нагрузки на анкерные болты"

9.7.6 Изгибающий момент в обечайке между опорами для схемы, представленной на рисунке 13, при воздействии по оси вычисляют по формуле

.

(121)

9.7.7 Поперечное усилие в обечайке над опорой при воздействии по оси вычисляют по формуле

.

(122)

9.8 Нагрузки на седловые опоры

Максимальную нагрузку на i-ю седловую опору от действия статических и сейсмических нагрузок вычисляют по формуле

,

(123)

где - нагрузка на опору от статических нагрузок.

9.9 Нагрузки на анкерные болты

9.9.1 Минимальную нагрузку на i-ю седловую опору вычисляют по формуле

.

(124)

9.9.2 Условный эксцентриситет приложения нагрузки на седловую опору вычисляют по формуле

.

(125)

9.9.3 Длину сжатой зоны бетона х вычисляют по формуле

,

(126)

где - расстояние от растянутого болта до противоположной грани опорной плиты, равное ;

- допускаемое напряжение бетона на сжатие согласно таблице 14 в зависимости от класса бетона.

Таблица 14

Класс бетона	Ближайшая марка бетона	Допускаемое напряжение бетона на сжатие , МПа
В10	М150	6,0
В12,5	М150	7,5
В15	М200	8,5
В20	М250	11,5
В25	М350	14,5
В30	М400	17,0
В35	М450	19,5
В40	М550	22,0

9.9.4 Выполнение условия прочности бетона проверяют по формуле

,

(127)

где .

Если , то следует повысить класс бетона фундамента или увеличить размеры опорной плиты.

9.9.5 Максимальное растягивающее усилие, действующее на анкерный болт, вычисляют по формуле

,

(128)

9.9.6 Анкерные болты на неподвижной опоре вычисляют согласно 7.3.2 и 7.3.4 При этом сдвигающую силу, действующую на анкерные болты опоры во время сейсмического воздействия, вычисляют по формуле

.

(129)

9.9.7 Анкерные болты на подвижной опоре вычисляют согласно 7.3.5. При этом сдвигающую силу, действующую на анкерные болты опоры во время сейсмического воздействия, вычисляют по формуле

.

(130)

9.10 Гидродинамическое давление от сейсмического воздействия частично заполненного сосуда

9.10.1 Гидродинамическое давление на стенки и днище сосуда при горизонтальном воздействии землетрясения по направлению (см. рисунки 9, 10) как для прямоугольного сосуда вычисляют по формулам:

- импульсивное давление на обечайку и днища:

;

(131)

- конвективное давление на обечайку и днища:

;

(132)

- суммарное значение давления на обечайку и днища от импульсивной и конвективной массы жидкости вычисляют по формуле

.

(133)

Если , то :

- импульсивное давление на нижнюю образующую обечайки сосуда и днища:

;

(134)

- конвективное давление на нижнюю образующую обечайки сосуда и днища:

;

(135)

- суммарное значение давления на нижнюю образующую обечайки сосуда и днища от импульсивной и конвективной масс жидкости вычисляют по формуле

.

(136)

Дополнительное расчетное давление на обечайку и днища при продольном сейсмическом воздействии вычисляют по формуле

,

(137)

где - наибольшее давление на обечайку и днища, равное максимальному значению , вычисляемому по формуле (133) при ;

- наибольшее давление на обечайку и днища, равное , вычисляемое по формуле (136) при ;

x - расстояние в направлении j от центра сосуда до рассматриваемой точки (см. рисунок 12б);

z* - условная глубина, равная z(h*/h).

9.10.2 Гидродинамическое давление на стенки и днища сосуда при горизонтальном воздействии землетрясения по направлению вычисляют как для прямоугольного сосуда по 9.10.1 при этом вместо во все формулы подставляют b.

9.10.3 Гидродинамическое давление на стенки и днища сосуда при вертикальном воздействии землетрясения вычисляют по 8.9.2.

9.10.4 Максимальное гидродинамическое давление на стенки и днища сосуда при вертикальном воздействии вычисляют по формуле

.

(138)

9.11 Гидродинамическое давление для полностью заполненного сосуда

Гидродинамическое давление на стенки и днища сосуда при воздействии

- по направлению :

;

(139)

- по направлению :

;

(140)

- по направлению :

.

(141)

9.12 Расчет элементов сосуда на прочность и устойчивость

9.12.1 Расчет несущей способности обечайки в области опорного узла проводят в соответствии с ГОСТ Р 52857.5 с учетом дополнительных сейсмических нагрузок.

Расчетное усилие , действующее на i-ю опору, - согласно 9.8.

Для предварительных расчетов прочности и устойчивости обечайки применяют суммарные усилия , , и давление от статических и от сейсмических воздействий, вычисляемые по формулам:

;

;

(142)

;

,

где - гидродинамическое давление на стенки сосуда от сейсмического воздействия, вычисляемое по 9.12.3.

В формулах знак "" принимают в каждом конкретном расчете, чтобы обеспечить наиболее невыгодные условия нагружения.

В случае невыполнения условий прочности рекомендуется выполнить уточненный расчет. В этом случае следует вычислять отклики от статических воздействий и от трех комбинаций сейсмических воздействий по направлениям X, Y, Z (см. таблицу 15);

Таблица 15

1-й расчет статический	2-й расчет сейсмика по X	3-й расчет сейсмика по Y	4-й расчет сейсмика по Z
	0	0

Примечание - Под откликом следует понимать выражение по ГОСТ Р 52857.5 (формула (45)).

Окончательный отклик S определяют в соответствии с 6.16.

При этом прочность и устойчивость должны удовлетворять условию:

.

(143)

9.12.2 Гидростатическое давление на стенки и днища сосуда вычисляют по формуле (76).

9.12.3 Суммарное максимальное гидродинамическое давление на стенки сосуда от сейсмического воздействия вычисляют по формуле

,

(144)

где , , вычисляют по формулам (139), (140) и (141) соответственно.

9.12.4 Давление на обечайку и днища сосуда с учетом сейсмического воздействия в зависимости от высоты z (в соответствии с 6.16) вычисляют по формуле

.

(145)

9.12.5 Расчетное давление на обечайку и днища сосуда с учетом сейсмического воздействия принимают как наибольшее давление согласно 9.12.4 в диапазоне изменения параметра .

9.12.6 Расчетное давление на нижнюю образующую обечайки сосуда и днищ с учетом сейсмического воздействия вычисляют по формуле

.

(146)

9.12.7 При расчете всех элементов сосуда (цилиндрических обечаек, конических элементов, крышек, днищ, штуцеров, фланцевых соединений и т.д.) от действия давления с учетом сейсмического воздействия в качестве расчетного давления р:

- для обечаек, конических элементов и днищ сосуда принимают наибольшее давление из и согласно 9.12.5 и 9.12.6;

- для расчета укрепления отверстий, расчета фланцевых соединений и т.д., расположенных на обечайке, коническом элементе или днище, принимают давление , где z - координата оси отверстия от низа сосуда (см. 9.12.4).

Если элемент расположен на нижней образующей сосуда, то принимают наибольшее из значений (см. формулу (145) и (см. формулу (146)).

В запас прочности допускается принимать наибольшее из значений и согласно 9.12.5 и 9.12.6.

9.13 Определение перемещений мест присоединения трубопровода к сосуду

9.13.1 Перемещения штуцеров сосуда от сейсмического воздействия в продольном направлении допускается принимать равными 0.

Максимальные перемещения штуцеров сосуда , от сейсмического воздействия в поперечном горизонтальном и вертикальном направлениях определяют методами строительной механики стержневых систем как перемещения точек присоединения штуцеров в модели многопролетной балки, нагруженной равномерно распределенными нагрузками и соответственно, определяемыми согласно 9.5.1 (см. рисунок 15).

9.13.2 Если сосуд установлен на строительной конструкции и фундаментной плите, то перемещения штуцеров определяют в соответствии с 8.12, при этом условные жесткости вычисляют по формуле

,

(147)

где перемещения определяют в соответствии с 9.13.1.

"Рисунок 15 - Расчетная схема для определения перемещений штуцеров от сейсмического воздействия"

Библиография

[1]	СТО-СА-03-002-2009	Правила проектирования, изготовления и монтажа вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов
[2]	ОСР-97	Комплект карт Общего сейсмического районирования России - ОСР-97
[3]	СНИП II-7-81*	Строительство в сейсмических районах
[4]	СА 03-004-07	Расчет на прочность сосудов и аппаратов
[5]	СП 26.13330.2012	Фундаменты машин с динамическими нагрузками. Актуализированная редакция СНиП 2.02.05-87
[6]	СП 22.13330.2011	Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*
[7]	СП 50-101-2004	Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений