Приложение G (справочное). Рекомендации по обеспечению сейсмостойкости резервуаров для хранения

Приложение G
(справочное)

Рекомендации
по обеспечению сейсмостойкости резервуаров для хранения

G.1 Общие положения

G.1.1 В настоящем приложении содержатся рекомендации по расчету сейсмостойкости резервуаров для хранения на основании требований приложения Е API 650. Коэффициенты для зон сейсмической опасности, применяемые в API 650, были преобразованы в коэффициенты горизонтальных сил, выраженных как соотношение ускорения свободного падения. Благодаря этому расчеты из API 650 также могут применяться за пределами США.

G.1.2 Необходимо подчеркнуть, что заказчик или местные власти в районах с высокой сейсмической активностью могут потребовать расчета по другим методикам, например [8], или соблюдения дополнительных требований. В этом случае на основании опыта на местах должно быть принято соглашение между заказчиком, местными органами власти и изготовителем, в котором будут учтены действующие в месте строительства требования, необходимая устойчивость, характеристики грунта и т.д.

G.1.3 При установлении требований к безопасности для места строительства проектный расчет должен проводиться по условиям проектного землетрясения (ОВЕ) и максимального расчетного землетрясения (SSE). В случае проектного землетрясения и в случае максимального расчетного землетрясения допустимые напряжения не должны превышать предельной нагрузки по несущей способности.

G.2 Нагрузки и воздействия

G.2.1 Опрокидывающий момент

Вызванный сейсмическими силами опрокидывающий момент на нижнем крае стенки резервуара должен рассчитываться следующим образом:

,

(G.1)

где - коэффициент для горизонтальной силы, выраженный как коэффициент ускорения свободного падения (см. G.2.3.1);

- коэффициент для горизонтальной силы, выраженный как коэффициент ускорения свободного падения и рассчитанный по G.2.3.2;

- общая высота стенки резервуара, м;

М - опрокидывающий момент, действующий по нижнему краю стенки резервуара, ;

- вес эффективной массы содержимого резервуара, которая перемещается вместе со стенкой резервуара и определяется согласно G.2.2.1, кг;

- вес эффективной массы содержимого резервуара, которая перемещается при гидравлическом ударе вследствие вынужденных колебаний и определяется согласно G.2.2.1, кг;

- сумма общего веса крыши резервуара (стационарной или плавающей) и доли снеговой нагрузки при наличии, по указаниям заказчика, кг;

- общий вес стенки резервуара, кг;

- расстояние от нижнего края стенки резервуара до центра тяжести поверхности, где действует горизонтальная сила Т₁, рассчитанная по G.2.2.2, м;

- расстояние от нижнего края стенки резервуара до центра тяжести поверхности, где действует горизонтальная сила Т₂, рассчитанная по G.2.2.2, м;

- расстояние от нижнего края стенки резервуара до центра тяжести резервуара, м.

G.2.2 Эффективная масса содержимого резервуара

G.2.2.1 Эффективные массы Т₁ и Т₂ (см. G.2.1) могут быть определены умножением Т_T на соотношения Т₁/T_T или соответственно T₂/T_T, которые принимают по рисунку G.1 для соотношения D/H_T,

где D - диаметр резервуара, м;

- максимальный уровень жидкости резервуара от днища резервуара до переливных устройств, которые ограничивают уровень жидкости, м;

- общий вес содержимого резервуара (на основании удельного веса минимум 1,0), кг.

Рисунок G.1 - Эффективные массы

G.2.2.2 Значения высоты Н_T и Х₂ от нижнего края стенки резервуара до центров тяжести поверхностей, где действуют горизонтальные сейсмические силы T₁ и Т₂, могут быть определены умножением Н_T на соотношения X₁/H_T или соотношение Х₂/Н_T, которые принимают по рисунку G.2 для соотношения D/H_T.

Рисунок G.2 - Центр тяжести поверхности для воздействия горизонтальных сил

G.2.2.3 Кривые на рисунках G.1 и G.2 основываются на модификации уравнений [13].

G.2.3 Коэффициенты боковых сил

G.2.3.1 Коэффициент G₁ устанавливается заказчиком на основании карт сейсмического районирования для рассматриваемого места строительства и указывается как коэффициент ускорения свободного падения.

G.2.3.2 Коэффициент G₂ рассчитывают как функцию G₁ собственного периода T_s вынужденных колебаний гидравлического удара и характеристик грунта в месте строительства по одной из следующих формул (если он не определен по G.2.3.3)

а) для T_s  4,5:

;

(G.2)

b) для T_s > 4,5:

,

(G.3)

где j - усиливающий коэффициент в месте строительства из таблицы G.1;

- собственный период вынужденных колебаний гидравлического удара, с.

- может быть определен по формуле

,

(G.4)

где - коэффициент, зависящий от соотношения D/H_T по рисунку G.3.

Таблица G.1 - Коэффициент, учитывающий профиль грунта

Усиливающий коэффициент, действующий в месте строительства	Профиль грунта
	А а	В b	С с
j	1,0	1,2	1,5
Примечание - В местах строительства, в которых неизвестен достаточно точно профиль грунта, для определения усиливающего коэффициента j принимают профиль грунта С. а Профиль грунта А соответствует одному из следующих профилей: a) скальные породы любого типа сланцевой или кристаллической структуры. Такого рода грунты характеризуются скоростью распространения поперечных волн более 760 м/с; b) стабильные характеристики грунта с глубиной менее 60 м, для слоев грунта над скальными породами твердые отложения песка, гравия или твердого суглинка и глины. b Профиль грунта В характеризуется глубокими, несвязными или твердыми слоями суглинка или глины; сюда также относятся места строительства с глубиной грунта более 60 м, для слоев грунта над скальными породами твердые отложения песка, гравия или твердого суглинка и глины. с К профилю грунта С относятся мягкие до средне-твердых суглинки, глинистые и песчаные грунты, которые характеризуются слоем от мягкого до средне-твердого суглинка или глины минимум 10 м, в который может быть включен слой песка или другого несвязного грунта.

Рисунок G.3 - Коэффициент K_s

G.2.3.3 Альтернативно методам G.2.3.1 и G.2.3.2 при соответствующем согласовании между заказчиком и изготовителем G₁ и G₂ могут быть определены по спектрам реакции, которые составлены для соответствующего места строительства, при этом также могут быть учтены динамические характеристики резервуара. Спектр для G₁ следует составлять для коэффициента затухания 2 % критического значения. Спектр для G₂ следует составлять для коэффициента затухания 0,5 % критического значения модифицированного спектра для G₁.

Примечание - Такие значения G₁ и G₂ не должны быть меньше значений, рассчитанных по G.2.3.1 и G.2.3.2.

G.3 Сопротивление опрокидыванию

G.3.1 Содержимое резервуара

Сопротивление против опрокидывающего момента на нижнем крае стенки резервуара определяется собственной массой и анкерным креплением стенки резервуара или для резервуаров без анкерного крепления весом части содержимого резервуара, прилегающего к его стенке. Для резервуаров без анкерного крепления часть содержимого, которая противодействует опрокидыванию, зависит от ширины листов окрайки под стенкой, которая приподнимается от фундамента и рассчитывается следующим образом:

,

(G.5)

где - установленный минимальный предел текучести листов днища под стенкой резервуара, Н/мм²;

- максимальная действующая сила, создаваемая содержимым резервуара, которая противодействует опрокидыванию, кН на метр периметра стенки;

- максимальная удельная плотность содержимого резервуара в условиях хранения, которая не должна быть меньше 1,0 кг/л;

- толщина листов днища под стенкой резервуара, мм.

Значение W_L должно быть не больше 0,2 W_s H_TD.

G.3.2 Лист днища

Толщина листа днища под стенкой резервуара t_ba не должна превышать толщину нижнего пояса стенки резервуара. Если лист днища под стенкой толще остальных листов стенки, то ширина более толстого листа под стенкой, измеряемая радиально от стенки внутрь, не должна быть меньше

.

(G.6)

Примечание - Ширина листов окрайки меньше, чем требуемая по выражению выше, допускается при условии, что получаемая уменьшенная сила сопротивления W_L учитывается в расчете нагрузки на сжатие в G.4.

G.4 Нагрузка на сжатие стенки резервуара

G.4.1 Резервуар без анкерного крепления

Максимальное усилие сжатия в продольном направлении на нижнем крае стенки W_b рассчитывают следующим образом:

а) для   0,785

;

(G.7)

b) для  > 0,785 и  1,5,

(G.8)

W_b можно рассчитать по значению параметра , определенного по рисунку G.4,

где - максимальное усилие сжатия в продольном направлении, кН на метр периметра стенки;

- максимальная сила, создаваемая стенкой резервуара и поддерживаемой стенкой части крыши, кН на метр периметра стенки.

с) при  > 1,5 или W_b/t_bs > F_a (при расчете согласно методу, описанному в G.4.3), резервуар неустойчив, его устойчивость должна быть повышена одним из следующих методов:

1) повышение толщины листов окрайки днища под стенкой t_ba и тем самым повышение W_L, при условии что указанные в G.3.1 и G.3.2 предельные значения не будут превышены;

2) повышение толщины стенки резервуара t_bs;

3) изменение пропорций резервуара, например увеличение его высоты и уменьшение диаметра;

4) анкерное крепление резервуара в соответствии с G.3.

G.4.2 Резервуары с анкерными креплениями

Максимальное усилие сжатия на нижнем крае резервуара W_b, кН на метр периметра стенки, рассчитывают следующим образом:

.

(G.9)

Рисунок G.4 - Усилие сжатия W_b

G.4.3 Допустимая нагрузка на сжатие стенки резервуара

Максимальное напряжение сжатия стенки W_b/t_bs, Н/мм², не должно превышать допустимое напряжение F_a, Н/мм², которое рассчитывают следующим образом:

а) для ,

(G.10)

b) для ,

(G.11)

где - толщина нижнего пояса стенки без припуска на коррозию, мм;

- допустимое напряжение сжатия в продольном направлении в стенке, Н/мм². Уравнения для F_a в а) и b) учитывают влияние внутреннего давления, создаваемого содержимым резервуара.

Величина F_a ни в коем случае не должна превышать 0,5R_es, где R_es установленный минимальный предел текучести нижнего пояса стенки, Н/мм².

G.4.4 Верхний пояс стенки

Если толщина нижнего пояса, рассчитанная для противодействия опрокидывающему моменту вследствие сейсмической нагрузки, больше толщины, требуемой для гидравлического давления, но без припуска на коррозию, рассчитанная толщина расположенных выше поясов стенки должна быть в равном соотношении повышена, если опрокидывающий момент вследствие сейсмической нагрузки и результирующие напряжения на нижних кромках верхних поясов не были определены в специальном расчете.

G.5 Анкерное крепление резервуара

G.5.1 Требуемое минимальное анкерное крепление

Если анкерное крепление резервуара рассматривают как необходимое, оно должно быть рассчитано таким образом, чтобы минимальное сопротивление анкерного крепления, кН на метр периметра стенки, имело следующее значение:

.

(G.12)

Это сопротивление анкерного крепления учитывают дополнительно к сопротивлению против внутреннего расчетного давления для резервуаров с высоким и низким давлением.

Примечание - Сейсмическая и ветровая нагрузки не должны рассматриваться как одновременные воздействия.

G.5.2 Проектирование анкерных устройств

G.5.2.1 При ненадлежащем проектировании анкерных креплений может развиваться трещинообразование стенки резервуара. Необходимо обратить внимание, что прочность элементов анкерного крепления стенки резервуара должна быть больше требуемого минимального предела текучести самого анкерного крепления, чтобы его отказ происходил раньше элементов крепления, расположенных на стенке. Опыт показывает, что резервуары с анкерным креплением при соответствующем проектировании имеют более высокие запасы прочности против сейсмических нагрузок, чем резервуары без анкерного крепления.

Дополнительно к требованиям раздела 11 также следует соблюдать рекомендации G.5.2.2-G.5.2.4.

G.5.2.2 Для резервуаров диаметром менее 15 м максимальное расстояние между анкерными креплениями не должно превышать 2 м.

G.5.2.3 Допустимое напряжение растяжения в анкерном креплении вследствие нагрузки, указанной в перечислении а) 11.1, действующей вместе с сейсмической нагрузкой G.5.1, не должно превышать 1,33 напряжений, указанных в 11.3.

G.5.2.4 Крепление анкерных элементов к стенке резервуара и заделка анкерных креплений в фундамент должны быть рассчитаны на нагрузку, равную произведению установленного минимального предела текучести материала анкерного крепления и фактической минимальной площади поперечного сечения. Допустимое напряжение для крепления анкерных элементов к стенке резервуара и заделки анкерных креплений в фундамент не должно превышать 1,33 значения, указанного в 8.1.1.

G.6 Трубопроводы

Трубопроводы на стенке и днище резервуара должны иметь достаточную упругость в вертикальном направлении. Для резервуаров без анкерного крепления, для которых может быть вероятным подъем днища, подсоединенные трубопроводы должны иметь возможность приподниматься вместе с днищем или располагаться таким образом, чтобы расстояние, измеренное от стенки резервуара до края примыкающего усиления, было равно сумме ширины листа днища (рассчитанной согласно G.3.2) и 0,3 м.

G.7 Высота волны

Заказчик может потребовать установку свободного борта для минимизации или предотвращения перелива и повреждений крыши или верхней части стенки.