Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Совершенстоввание купольной крыши резервуаров для нефти и нефтепродуктов

ВАК РФ 25.00.19, Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ

Автореферат диссертации по теме "Совершенстоввание купольной крыши резервуаров для нефти и нефтепродуктов"

На правах рукописи

ОКАБ АБДУЛЛА КАЗААЛ

Совершенствование купольной крыши резервуаров для нефти и

нефтепродуктов

Специальность 25.00.19 "Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ"

28 ОКТ 2015

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа 2015

005563802

005563802

Работа выполнена на кафедре «Сооружение и ремонт газонефтепроводов и газонефтехранилищ» Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Каравайченко Михаил Георгиевич.

Официальные оппоненты Иванцова Светлана Георгиевна

доктор технических наук, профессор кафедры «Сооружение и ремонт газонефтепроводов и хранилищ» РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина;

Александр Алексеевич Тарасенко

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Транспорт углеводородных ресурсов» Тюменского государственного нефтегазового университета

ведущая организация ООО «Институт проблем транспорта

Энергоресурсов»

Защита диссертации состоится «26» ноября 2015 года в 14:30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.289.04 при ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» и на сайте www.rusoil.net.

Автореферат диссертации разослан «_»_2015 года.

Ученый секретарь . ,

диссертационного совета , •' Султанов Шамиль Ханифович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Сокращение издержек при добыче, транспортировке и хранении нефти и нефтепродуктов - одно из важнейших направлений ресурсосбережения. На данный момент тенденция развития резервуаростроения по-прежнему стремится к увеличению единичной емкости резервуара. Во многом, наряду со строительством магистральных нефтепроводов большого диаметра, это связано с общей тенденцией к укрупнению сооружений. Для строительства резервуарно-го парка при использовании резервуаров с большей единичной вместимостью требуется значительно меньшая территория и меньшая протяженность инженерных коммуникаций. К настоящему времени в мировой практике получили широкое применение резервуары вертикальные стальные (РВС) вместимостью 50000, 100000 м3.

Одной из наиболее актуальных задач является разработка прочных, лёгких и дешевых крыш для перекрытия крупных резервуаров диаметром от 60 м. Вертикальные цилиндрические резервуары в настоящее время выполняют со стационарной крышей, с понтоном и плавающей крышей.

Известно, что переход от нефтяных резервуаров с небольшой единичной вместимостью, в том числе с коническими, сферическими и купольными крышами, на резервуары с большей единичной вместимостью, крыши которых представляют собой пространственные конструкции, дает заметные преимущества по сравнению с классическими решениями в данной области, в частности, по экономическим и технологическим показателям.

Как существующие, так и вновь разрабатываемые конструкции крыш для вертикальных цилиндрических резервуаров РВС большого единичного объёма, как правило, относятся к плавающим крышам. Также разработаны однослойные купольные крыши большого диаметра, однако их существенными недостатками являются высокая стоимость и большой собственный вес конструкции. Кроме того, подобные конструкции, как правило, подразумевают наличие центральной стойки.

В связи с этим, разработка конструкции купольной крыши для РВС большого диаметра (60 - 100 метров), позволяеющей использование конструкции без дополнительных опор, а также снижение ее стоимости, является крайне актуальной проблемой наряду с продолжающейся тенденцией к укрупнению ёмкости РВС.

Цель работы

Повышение эксплуатационной надежности структурныой купольной крыши крупных резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов, путем оптимизации ее конструкции.

В соответствии с поставновленной целью были сформулировалы и решены следующие задачи исследования:

1. Анализ существующих конструкций крыш крупных вертикальных стальных резервуаров и методов расчета структурных покрытий;

2. Разработка методики расчета структурных купольных крыш для вертикальных стальных резервуаров;

3. Сравнительный анализ теоретических значений напряжений, возникающих в стержнях структурной купольной крыши под воздействием симметричных и несимметричных нагрузок, полученных при использовании расчёта, и значений, полученных в ходе практического эксперимента;

4. Определение погрешности результатов расчета методом модельного эксперимента;

5. Подбор оптимальной конструкции структурной купольной крыши для вертикальных стальных резервуаров.

Научная новизна

1) Оптимизирована конструкция структурной купольной крыши для вертикальных стальных резервуаров, состоящей из модулей в виде прямоугольных пирамид высотой 2100 мм, и размерами оснований 2000*2000 мм для верхнего пояса и 1940х 1940 мм для нижнего пояса. При этом масса структурного купола меньше типового ребристо-кольцевого на 20%.

2) Установлена закономерность изменения напряженно-

деформированного состояния несущих элементов структурных купольных крыш вертикальных стальных резервуаров от распределения снеговой и ветровой нагрузок. Для купола структурной крыши диаметром 60700 мм и неравномерно распределенной максимальной нормативной снеговой нагрузке для V района территории РФ вертикальная деформация не превышает 25 мм.

Теоретическая н практическая значимость работы

1) Теоретическая значимость работы заключается в разработке методики расчета структурных купольных крыш крупных резервуаров для нефти и нефтепродуктов, обеспечивающая точность до 15%.

2) Разработана конструкция двухслойной купольной крыши для нефтяного резервуара диаметром от 60 метров (заявка на патент номер 2015103532/03(005562)).

3) Результаты теоретических и экспериментальных исследований, а также «Методика расчета структурных купольных крыш крупных резервуаров для нефти и нефтепродуктов» используется на ЗАО «Нефтемонтаждиагностика».

Методы исследования

Для решения поставленных задач использовались: аналитические методы расчета статически неопределенных систем в строительной механике, метод конечных элементов, сравнительный анализ, экспериментальные методы, направленные на комплексную оценку конструкции.

Основные защищаемые положения

1. Методика расчёта структурной купольной крыши крупных вертикальных стальных резервуаров (диаметром более 60 метров) для нефти и нефтепродуктов.

2. Результаты экспериментальных исследований по сравнительному анализу расчётных и экспериментальных значений напряжения и деформации структурной купольной крыши в процессе воздействия симметричных и

несимметричных нагрузок в зависимости от варьирования применяемых нагрузок.

3. Модель структурной купольной крыши, состоящей из модулей в виде пирамид с прямоугольным основанием.

4. Программные и технические решения разработанной конструкции купольной крыши для оценки её прочности и устойчивости в процессе эксплуатации.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на семинарах кафедры «Сооружение и ремонт газонефтепроводов и газонефтехранилищ» Уфимского государственного нефтяного технического университета, Х-ой Международной учебно-научно-практической конференции " Трубопроводный транспорт-2015", 2015, г. Уфа;

Публикаци

По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ, в том числе 3 статьи в перечень ведущих рецензируемых журналов в соответствии с требованиями ВАК Министерства образования и науки РФ, получено положительное решение на выдачу патента на изобретение.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов и списка использованных источников. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста, включая 102 рисунка, 28 таблиц и библиографический список из 121 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена общая характеристика диссертации, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе проанализированы существующие конструкции крыш вертикальных цилиндрических стальных резервуаров (РВС) для хранения нефти и нефтепродуктов. Рассмотрены типовые конструкции конических,

плавающих и купольных крыщ, описаны их основные характеристики, особенности и ограничения в применении, выявлены и описаны основные преимущества и недостатки.

Рассмотрены основные публикации по проблемной области исследования, таких авторов как Березин В.Л., Гумеров А.Г., Мустафин Ф.М., Каравай-ченко М.Г., Земенков Ю.Д., Тарасенко А.А., Ружанский И.Л., Востров В.К., Иванцова С.Г., Васильев Г.Г, Прохоров А.Д., Рябинин В.П., Рамасвами Г.С., Лукьянова И.Э. и др. Также в первой главе описаны типы и геометрические формы структурных решеток, обозначена их сфера применения, наряду с конструкциями структурных крыш, построенных на основе этих решеток, по работам Маковски З.С., Лана Т.Т., Чилтона Дж. и др.

Проведен анализ существующих тенденций в резервуаростроении, среди которых прослеживается тенденция к укрупнению нефтяных резервуаров. Известно, что переход от нефтяных резервуаров с небольшой единичной вместимостью, в том числе с коническими и сферическими купольными крышами, на резервуары с большей единичной вместимостью дает заметные преимущества по сравнению с классическими решениями в данной области, в частности, по экономическим и технологическим показателям. В технологии изготовления резервуаров диаметром от 60 метров, в отличии от традиционной вместимости резервуаров, технические требования к конструкциям гораздо выше. Стартовой позицией в этом случае является структурная сферическая крыша, т. е. купол, который состоит из отдельных элементов заводского изготовления. Рассмотрены основные преимущества выбора в пользу данного покрытия для РВС, изко-торых наиболее важным для цели данной работы являются внутренняя жесткость конструкции, легкость составляющих и относительная дешевизна.

Сформулированы цель и задачи работы, решение которых составляет содержание диссертационной работы.

Во второй главе разработана методика расчёта структурных купольных крыш для резервуаров на основе анализа конструкции структурной крыши для резервуаров без центральной опоры (рисунок 1). Каркас купольной крыши представляет собой пространственную систему, состоящую из набора стержней различной формы сечения.

Напряженно-деформированное состояние (НДС) несущих элементов купольной крыши определяется их пространственной работой, в свою очередь, для моделирования работы таких конструкций наиболее приемлемым является метод конечных элементов.

у»

Настил

\ Каркас крышы

0=60.7 м -^

I

Рисунок 1 - Конструкция структурной крыши для резервуаров без центральной опоры

В диссертационной работе рассмотрены основные факторы, влияющие на выбор дизайна структурной купольной крыши, ключевые параметры каркаса и программный комплекс 8АР2000, при помощи которого произведен расчет конструкционных элементов крыши. Данная программа позволяет генерировать комплексные модели и соединять их с мощными встроенными шаблонами, автоматически генерируя снеговые, ветровые, волновые сейсмические и прочие нагрузки наряду с исчерпывающими автоматическими проверками программы проектирования конструкций из стали и бетона.

Метод определения жесткости, как правило, используется в качестве анализа линейной упругости, в котором уравнения равновесия составлены исходя из того, что узловые смещения являются неизвестными. Решение данных уравнений производится для того, чтобы оценить смещения узлов, и, исходя из них,

вычислить усилия в отдельных деталях, используя отношения смещенных усилий для каждого отдельного элемента. На рисунке 2 показаны расчетная схема распределение нагрузки на крышу и распределение усилий в стержнях.

| ь

IТ Т Т Т | ¡г-,

____I г

см? ГМ1

жйи

11111111111111 гттттп

К«рк»си Л >[«ш

Рисунок 2 - Схема распределения нагрузок на крышу и усилий в стержнях, состоящей из четырехугольных пирамид, под нагрузкой в секторе А

Как известно, соотношение напряжения сг и смещения определяется е следующим образом:

а = Ее ; е =

йх

(1)

. йи

АЕ — = Т = константа.

йх

Исходя из производного уравнения по отношению к локальной координате получено следующее уравнение:

£(**£) =0 ; (2) где Е - модуль продольной упругости при осевом растяжении(сжатии)- константа материала; А- площадь сечения элемента.

Предположим, что с! обозначает вектор смещения, при этом в данном случае глобальные компоненты смещения отнесены к локальным, а 0 пред-ставялет собой положительный угол, отложенный против часовой стрелки от х до х'. Глобальная система координат связана со всей структурой. Локальная и глобальная оси координат для двухмерного структурного элемента показаны на рисунке 3.

Рисунок 3- Локальная и глобальная оси координат двумерного элемента

Вектор смещения <1 можно выразить в глобальных и локальных координатах по следующим формулам:

У .V' ♦

м

2.XV

х.и

г',\л/'

й = ш + V) + \л/к = иЧ' + у']' + Iм'к'

(3)

и(/. /') + и(/- О + г') = и'

(4)

[ = *2 ^ = г

1.1 ь Сд.

■ С = УгцУг = с

к. I — — = С2 ;

]Л

I = у/(х2 - хгу + (у2 - угУ + (т.г - ггу ,

где Сх, Су, Сг - направляющие косинусы по отношению к осям х, у и г относительно, Сх = созвх, Су = соБву, С2 = соз9г;

и' = Схи + Суу + С2 XV В результате получена матрица смещения

Ги 1Л

VI

Сх Су Сг 0 0 011IV! . О О 0 Сх Су и2

(6)

и2

АЕ

Пусть параметр элемента —= К.

В структуре, подверженной незначительным смещениям, может быть использована недеформированная геометрия. Фундаментальное уравнение, применяемое в матричном структурном анализе, аналогичное базовому выражению, имеет следующий вид:

где: к- матрица жесткости структуры ; х - вектор смещения структуры ; Р — вектор прилагаемой силы. Основная разница заключается в том, что в структурном анализе применяются системы линейных уравнений. Вектор силы Р содержит все силы, которые действуют в структурных координатах. Вектор смещения х, содержит смещения, возникающие во всех структурных координатах.

Матрица жесткости, к аналогична константе динамической жёсткости, к в законе Гука. Уравнение (7) может быть составлено для секции трехмерной фермы в локальных координатах:

где: и;, V, - смещения в точке узла /' для элемента в направлениях х, у, и г соответственно;

Р = к.х

(7)

гЫ1П

Руг V!

(8)

«2 Л'2 ,и'2 - смещения в точке узла у'для элемента в направлениях х, у, и г соответственно.

Матрицу жесткости по отношению к локальным координатам ( к) необходимо конвертировать в матрицу жесткости по отношению к глобальным координатам ( К). Масштабное уравнение преобразования матрицы жесткости из локальной в глобальную приведено ниже:

К = Тт ■ к -Т , (9)

где: К: глобальная матрица жесткости; к - локальная матрица жесткости;

Т - матрица преобразования (из локальных в глобальные координаты) в двухосевой системе (показана ниже для осевых стержней фермы).

Глобальная матрица жесткости для элемента трехмерной фермы по отношению к глобальным координатам определена как:

ад ад -('л -ад

Е. Л, <-\<-\ <\- -ад -с, с,

с,су С/ -ад* -ад

-ад <~л ад

-ад ад <-)■

.-«ад С/

После разработки матриц жесткости для каждого элемента целой конструкции в пересчете на глобальные координаты, из данных матриц может быть составлена глобальная матрица жесткости для всей структуры.

Решение проблем линейной структуры включает в себя нахождение решений для системы линейных уравнений. Общая процедура решения состоит из следующих этапов:

1) Формирование локальной и глобальной матриц жесткости.

2) Разбиение матриц жесткости (с помощью метода Холецкого либо с помощью исключения методом Гаусса-Джордана).

3) Формирование вектора нагрузок.

4) Решение системы и оценка смещений.

5) Оценка усилий в стержне и отклика с обнаруженных смещений. ПриблнженныП расчет структурных покрытий

Напряженное состояние структуры регулярного строения представлено известным дифференциальным уравнением :

Dx—+2DxyI^+Dy—=qXiy ; (11)

DXy = Dxvxy + 2 Dkp ,

гдeDx и Dy, Vxy- соответственно цилиндрические жесткости на изгиб и коэффициент Пуассона в направлениях главных осей упругой симметрии структуры х и у.

DK1, - жесткость на кручение.

Структурные конструкции, образуемые пересечением наклонных и вертикальных ферм двух направлений (системы i —U) не работают на кручение (DKp = 0), а уравнение (11) преобразовывается в уравнение для перекрестных балок:

„. д*(0 . „, д*со

+ ' (12)

где Е1х, Е1у - изгибные жесткости балок в направлениях осей х и у.

Уравнение (12) в конечно-разностной форме для структур с поясными сетками из квадратных ячеек примет вид:

£¡0-2 - 4со_! + 6ш0 - 4й>! + ш2 = Цр , (13)

где EI=EFn ^ ¡2 — изгибная жесткость ферм с сечением поясов Fn и высотой структуры h.

Таким образом, приближенный расчет структурных конструкций как перекрестно-балочных систем сводится к составлению п числа линейных уравнений типа (13) и их решению относительно прогибов узлов поясных сеток. При составлении уравнений для приконтурных узлов в принятой расчетной модели вводились условные обозначения законтурных точек, принимаемые согласно правилам. Число линейных уравнений, необходимых для нахождения прогибов структурной конструкции, определяется числом поясных узлов в покрытии (за исключением опорных). После решения системы уравнений моменты в точках пересечения ферм и перерезывающие силы в пределах панели фермы ¡-го направления подсчитывались по формуле:

М10 = —Е1

г _ М10-М[ <¿0-1 — ~

(14)

Выбор сечения профиля производят исходя из значения площады сечения А и момента инерции I. Указанные параметры для круглого и квадратного сечения расчитываются по формулам (15, 16) соответственно:

А = лт ;

1х = 1 = — 'У 4

III3

- I ~ —

12 у 12

(15)

(16)

Рисунок 4- круглое и прямоугольное сечение профиля

Вертикальную составляющую реакции в стенке резервуара находим по формуле:

X Фоп.ферм ■

где О оп ферм - перерезывающие силы опорных ферм.

Выполнение проверки правильности расчета производим по формуле:

^г^.100% , (18)

где X Л?! - сумма реакций всех опор на стенку резервуара и £ <7 - нагрузка с учетом собственного веса крыши.

В третьей главе представлены результаты сравнительного анализа теоретических значений напряжений, возникающих в стержнях структурной купольной крыши под воздействием симметричных и несимметричных нагрузок, полученных при использовании расчёта, и значений, полученных в ходе практического эксперимента. Первоначально осуществлен этап выбора вида и масштаба структурной модели, где рассмотрены сферы применения различных моделей. Основным преимуществом физической модели по отношению к аналитической является возможность прослеживания поведения целой структуры вплоть до её разрушения, поскольку, несмотря на значительные продвижения в сфере компьютерных процедур анализа, они не могут рассчитать аналитически предельную прочность многих трехмерных конструкций, особенно если имеют место сложные нагрузки.

Для достижения данной цели решены следующие задачи:

- расчет теоретических значений напряжения и деформации в модели крыши;

- выбор оптимальных параметров модели для реализации экспериментального определения значений напряжения и деформации и изготовление структурной модели,

- выбор оборудования, необходимого для снятия показаний напряжения и деформации с элементов структурной модели, и определение точек его размещения на модели,

- воздействие на модель симметричных и несимметричных нагрузок, фиксирование получаемых в ходе эксперимента результатов,

- сравнение расчетных значений с экспериментальными, оформление результатов сравнительного анализа в виде таблиц и графиков.

В данном эксперименте в качестве объекта исследования взят модуль участка крыши (рисунок 5), на который приходится максимальное напряжение под воздействием комбинированной снеговой и ветровой нагрузки, который был определён в результате расчетов во второй части данной работы.

Рисунок 5- Схема выбранного фрагмента крыши В ходе эксперимента на выбранном участке модели установлены тензоре-зисторы, подключенные к оборудованию, позволяющему переводить силу, прилагаемую к стержням, в числовые значения. Для снятия показаний выбраны стержни, на которые приходится максимальная нагрузка. Как видно из рисунка (6), в случае симметричной нагрузки это стержени №1055 и №74, в случае несимметричной нагрузки это стержень №1055.

а) б)

Рисунок 6 - Места расположения сенсоров для снятия значений напряжения, под воздействием симметричной нагрузки (а), несимметричной нагрузки (б)

Рисунок 7 - Схема распределения симметричной нагрузки (а), несимметричной нагрузки (б) на крышу

Рисунок 8 - Места закрепления на элементах сенсоров для снятия показаний значений смещения в изгибающихся частях сооружения, симметричная нагрузка (а), несимметричная нагрузка (б) на крышу

Структурная модель подвергнута симметричным и несимметричным нагрузкам. Поведение структурной модели зафиксировано приборами, параллельно использованы фото- и видеосъёмка всех этапов эксперимента. До проведения эксперимента выполнены предварительные вычисления с целью определения ожидаемых результатов. Оценены предварительные значения напряжения и вертикальной деформации крыши под воздействием симметричной и несимметричной нагрузки. Результаты сравнительного анализа приведены на рисунках (9-11).

ф 80 S

Ш 60 £

03 20 X

-Расчёт

— Эксперимент

200 400 600 800 1000 1200

нагрузка, Н/м2

-Расчёт

— Эксперимент 200 400 600 800 1000 1200

нагрузка, Н/м2

Рисунок 9 - Графическая зависимость напряжения от нагрузкина стержень №1055

Рисунок 10 - Графическая зависимость напряжения от нагрузки на стержень №1058

400 600 800

нагрузка, Н/м2

—Расчёт — Эксперимент 1000 1200

Рисунок 11 - Графическая зависимость вертикальной деформации крыши от нагрузки в узле №17.

Произведены расчеты значений напряжения и деформации под воздействием несимметричной нагрузки и подтверждены экспериментальными данными. Результаты сравнительного анализа приведены на рисунках (12-14).

По результатам проведенного эксперимента можно говорить о достоверности методики расчёта структурной купольной крыши.

Использованная в данной работе методика расчёта обеспечивает достаточно точный результат расчета структурных купольных крыш крупных резервуаров для нефти и нефтепродуктов до 15%.

Рисунок 12 - Графическая зависимость напряжения от нагрузкина на стержень № 74

О 300 600 900 1200 1500 1800

нагрузка, Н/м2

Рисунок 13 - Графическая зависимость напряжения от нагрузки на стержень №1058

200

400

600

800 1000 1200 1400 1600 1800

нагрузка, Н/м2

Рисунок 14 - Графическая зависимость вертикальной деформации крыши от нагрузки, в узле №. 11

По итогам проведённых испытаний конструкции структурной крыши, оценки её устойчивости и прочности, можно говорить о том, что разработанная крыша может эффективно использоваться в дальнейшем для перекрытия крупных нефтяных резервуаровв условиях снеговой и ветровой нагрузки.

Четвертая глава диссертации посвящена вопросам оптимизации конструкции структурной купольной крыши, рассмотрены разнообразные варианты структурных решеток, их особенности и ограничения. Выбраны три основных модуля для расчета нагрузок, описаны их геометрические характеристики (рисунок 15).

—Расчёт — Эксперимент

140

ГО

С 120 ^

„ 100 ф

300 600 900 1200 1500 1800

нагрузка, Н/м2

Рисунок 15 — Модули 1, 2 и 3.

На рисунках (16-18) показана графическая зависимость напряжения и собственного веса конструкции от расстояния между слоями крыши, пересечение кривых показывает оптимальную высоту модуля И (расстояние между слоями крыши).

291

271

сз

С 251

<и 231

к

£

и 211

Щ

те

СВ 191

я

£

171

151

Напряжение ** ^ • Собственный вес конструктив —■ _

1 1,5 2 2,5 3 3,5

расстояние между слоями, м

49 47 45 43 41 39 37 35 33 31

4,5

Рисунок 16 - Графичиская зависимость напряжения и веса конструкции от расстояния между слоями крыши (Модуль 1)

375 355 я 335

с

2 315 к 295

Я о

Й 275 «

О.

с 255

X

235 215

0,5

Напряжение — Собственный вес конструкции

1,5 2 2,5 3 расстояние между слоями, м

3,5

41 ~

^

39 И к

37 5

ЬЙ >>

35 &

О

33 §

Э-1

31 т

Ж

29 | 27 и

о

25

4,5

Рисунок 17 - Графичиская зависимость напряжения и веса конструкции от расстояния между слоями крыши (Модуль 2)

На рисунках (19-24) показана деформация крыши при воздействии собственного веса, и при комбинированном воздействии собственного веса и сне-

265

м

£ 245 К

СК

О. 225 §

= 205 185

Рисунок 19 -Деформация крыши (Модуль 1)

Рисунок 20 - Деформации крыши (Модуль 1): а - собственный вес конструкции, б - собственный вес конструкции в совокупности со снеговой

нагрузкой

Напряжение ** ^

■ Собственный вес конструкции

1,5 2 2,5 3 расстояние между слоями, м

Рисунок 18 - Графичиская зависимость напряжения и веса конструкции от расстояния между слоями крыши (Модуль 3)

15 20

радиус, м

говой нагрузки, для каждого модуля.

32 30 28 26 24 22

радиус, м

Рисунок 21 - Деформация крыши (Модуль 2)

Рисунок 22 -Деформации крыши (Модуль 2): а - собственный вес конструкции, б собственный вес конструкции в совокупности со снеговой нагрузкой

Рисунок 23 - Деформация крыши (Модуль 3)

Рисунок 24 -Деформации крыши (Модуль 3): а - собственный вес конструкции, б — собственный вес конструкции в совокупности со снеговой нагрузкой

Проанализировав данные, представленные выше, можно прийти к заключению, что при использовании модулей третьего типа (модуль 3) совокупный вес купола диаметром 60,7 м равен 190 т, что преобразовывается в расход стали равный 65,5 кг/м2 перекрывающей поверхности для создания каркаса без учёта настила, когда расстояние между слоями равно 2,1 м при использовании листа толщиной 5 мм.

Установлено, что при отсутствии снеговой нагрузки максимальная деформация приходится на центр конструкции, постепенно снижаясь по мере увеличения расстояния от центра, в то время как при наличии снеговой нагрузки напряжение перераспределяется таким образом, что максимальная деформация приходится на участок, где расположен снег.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Проведен анализ существующих направлений в резервуаростроении, среди которых прослеживается тенденция к укрупнению нефтяных резервуаров и необходимости разработки для них конструкции структурной крыши без центральной опоры.

2. Разработана конструкция структурной купольной крыши для крупных вертикальных стальных резервуаров в модульном исполнении (патент по заявке

2015103532/03(005562)) с наименьшим собственным весом, обеспечивающая высокий уровень безопасности при эксплуатации сооружения.

3. Установлено, что при диаметре купола крыши резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов равным 60700 мм и неравномерно распределенной максимальной нормативной снеговой нагрузке для V района территории РФ вертикальная деформация не превышает 25 мм.

4. Разработана новая методика расчета структурных купольных крыш резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов, позволяющая выполнить расчет прочности и деформативности крыши с высокой точностью до 15%.

5. Разработана оптимальная конструкция структурной купольной крыши с наименьшим собственным весом, состоящей из модулей в виде прямоугольных пирамид, при этом конструкция обеспечивает требуемую устойчивость к деформациям и высокий уровень безопасности при эксплуатации сооружения.

По теме диссертационного исследования опубликовано 5 научных трудов, основным» из которых являются:

1. Окаб, А.К. Оптимизация конструктивной схемы двухслойной купольной крыши для РВС / М.Г. Каравайченко, А.К. Окаб // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». -2015. -№2.-С. 191-205.

2. Окаб, А.К. Анализ соединений для модульных сборно-разборных пространственных конструкций / А.К. Окаб // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». - 2015. -№2.-С. 206-215.

3. Окаб, А.К. Численный анализ напряженно-деформированного состояния конструкции структурной купольной крыши для резервуаров вертикальных стальных / М.Г. Каравайченко, А.К. Окаб // // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». - 2015. - №4. - С. 231-254.

4. Каравайченко, М.Г. Моделирование двухслойной конструкции крыши нефтяного резервуара / М.Г. Каравайченко, А.К. Окаб. // Трубопроводный транспорт-2015: Материалы X Мевдунар. учеб.- научн. практ. конф./ УГНТУ. - Уфа, 2015. -С.277-278.

5. Каравайченко, М.Г. К вопросу об оптимальности конструкции двухслойной купольной крыши для резервуаров вертикльных стальных (РВС) / М.Г. Каравайченко, А.К. Окаб // Трубопроводный транспорт-2015: Материалы X Междунар. учеб.- научн. практ. конф./ УГНТУ. - Уфа, 2015. - С. 278-280.

Подписано в печать 28.09.2015. Бумага офсетная. Формат 60x84 Гарнитура «Тайме». Усл. печ. л. 1,5. Тираж 97. Заказ 127. Издательство Уфимского государственного нефтяного технического университета Адрес издательства: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1