Экспериментально-теоретическое обоснование рулонированного стационарного покрытия вертикальных стальных резервуаров объемом 100-5000 м 3 тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.01, кандидат технических наук Смольков, Алексей Павлович

• Смольков, Алексей Павлович
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Смольков, Алексей Павлович

Оглавление

Введение

1. Современное состояние в области проектирования

стационарных покрытий вертикальных стальных резервуаров

1.1 Классификация конструкций стационарных покрытий вертикальных стальных резервуаров

1.2 Стационарное покрытие вертикальных стальных

резервуаров поэлементной сборки

1.3 Сборное щитовое покрытие вертикальных стальных

резервуаров

1.3.1 Типовое щитовое покрытие вертикальных стальных

резервуаров

1.3.2 Гофрированное и ребристое стационарное покрытие

1.3.3 Стационарное щитовое покрытие с гнутосварными

элементами

1.3.4 Стационарное щитовое покрытие с унифицированными элементами

1.3.5 Стационарное щитовое покрытие из рулонируемых блоков

1.4 Рулонированные стационарные покрытия вертикальных стальных резервуаров

1.4.1 Шатровое висячее стационарное покрытие

1.4.2 Конусные рулонированные покрытия для РВС объемом 100400 куб. м

1.4.3 Рулонированные конусные покрытия для РВС объемом 700,

куб. м

1.4.4 Многоскатные рулонируемые покрытия для РВС объемом 2000-5000 куб. м

1.4.5 Рулонируемое купольное покрытие вертикальных стальных резервуаров

Выводы по 1 главе

2. Принципы формообразования рулонируемого ребристого

покрытия вертикальных стальных резервуаров

2.1 Новый тонкостенный сварногнутый профиль несущих

элементов рулонированных конструкций

2.2 Подкрепления пластин параллельными ребрами сварногнутого профиля

2.2.1 Принцип формообразования цилиндрической оболочки с параллельными ребрами

2.2.2 Конструктивное и технологиическое моделирование формообразования цилиндрической оболочки с параллельными

ребрами

2.3 Формообразование ребристых пологих оболочек

2.3.1 Принцип подкрепления пологих оболочек ребрами сварногнутого профиля

2.3.2 Конструктивное и технологическое моделирование формообразования ребристых пологих оболочек

2.4 Формообразование рулонируемого блока покрытия вертикальных стальных резервуаров

2.4.1 Подкрепление рулонируемого блока покрытия ребрами сварногнутого профиля

2.4.2 Конструктивное и технологическое моделирование формообразования рулонируемого блока покрытия РВС

2.5 Формообразование стационарного резервуарного покрытия типа рулонированной ребристой оболочки

2.5.1 Принцип подкрепления рулонированной купольной оболочки ребрами сварногнутого профиля

2.5.2 Конструктивное и технологическое моделирование формообразования рулонированных ребристых купольных

оболочек

Выводы по 2 главе

3. Эксперементально-теоретическое исследование конструкции рулонированного купольного покрытия

3.1 Конструктивное моделирование рулонированного ребристого покрытия вертикальных стальных резервуаров

3.1.1 Конструирование центрального ядра (кольца) жесткости

рулонированного купольного покрытия

3.1.2 Конструктивное моделирование количества ребер

рулонорованного купольного покрытия

3.2 Определение геометрических параметров рулонированного ребристого покрытия

3.3 Разработка алгоритма расчета рулонированного купольного покрытия

3.3.1 Алгоритм расчета рулонированного купольного покрытия по

дискретной системе

3.3.2 Алгоритм расчета рулонированного купольного покрытия с

учетом требований по формообразованию

Выводы по 3 главе

4. Экспериментальное исследование напряженно-деформированного состояния рулонированного ребристого покрытия под действием статической нагрузки

4.1 Методика проведения эксперимента

4.2 Экспериментальные исследования работы модели ребристого покрытия

4.2.1 Формообразование модели рулонированного купольного

покрытия

4.2.2 Определение напряженно-деформированного состояния

модели рулонированного купольного покрытия

4.2.3 Сравнение экперементальных и теоретических результатов

Выводы по 4 главе

5. Рекомендации по проектированию рулонированного купольного покрытия для вертикальных стальных резервуаров объемом 100-5000 м и его технико-экономическое обоснование

5.1 Рекомендации по проектированию рулонированного купольного покрытия для вертикальных стальных

резервуаров объемом 100-5000 мЗ

5.1.1 Рекомендации по конструированию рулонированного

купольного покрытия

5.1.2 Рекомендации по расчету рулонированного купольного

покрытия

5.1.3 Рекомендации по изготовлению рулонной заготовки

(полотнища) рулонированного купольного покрытия

5.1.4 Рекомендации по формообразованию купольного покрытия

из плоской заготовки и монтажу его в проектное положение

5.2 Технико-экономическое обоснование рулоннированного

стационарного покрытия РВС объемом 100-5000 куб. м

Выводы по 5 главе

Заключение

Список использованной литературы

Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментально-теоретическое обоснование рулонированного стационарного покрытия вертикальных стальных резервуаров объемом 100-5000 м 3»

Введение

В развитии отечественного резервуаростроения можно отметить два этапа.

1 этап: 1886 - 1954 гг. - полистовая сборка корпуса и днища. Сопряжение листов заклепочное (до 30-х годов) и сварное. Стационарное покрытие поэлементной сборки.

2 этап: 1954 - 1998 гг. Использование метода рулонирования при изготовлении и монтаже корпуса и днища. Стационарное покрытие покрытие становится сборным из габаритных щитовых блоков.

В начале 50-х годов в отечественном резервуаростроение произошел качественный скачок - создана Г.В.Раевским новая технология изготовления и монтажа вертикальных стальных резервуаров (по способу временного деформирования). Данный метод получил название - метод рулонирования. Новая технология дала возможность перенести основной объем сборочно-сварочных работ в стационарные заводские условия, что привело к повышению качества изготовления конструкций, снижению трудоемкости монтажа и сокращению сроков строительства. Возможность представления конструкции в виде полуфабриката -плоской заготовки, свернутой в габаритную конструкцию, привело к значительной экономии транспортных расходов.

По сути, начиная с 50-х годов, данный метод стал основным при проектировании, изготовлении и монтаже вертикальных стальных резервуаров обьемом до 20000 м3. Днище и корпус изготавливаются на специализированных стендах и поставляются в виде рулонов. В тоже время конструкция стационарного покрытия вертикальных стальных резервуаров оставалась собираемой из отдельных элементов. И начиная с конца 60-х годов наметилось отставание в технологичности конструкции стационарных покрытий от рулонированных корпуса и днища.

Необходимо отметить, что с совершенствованием метода рулонирования велись поиски новых конструктивных форм резервуарных по-

крытий, отвечающих требованиям высокомеханизированного и автоматизированного производства, малой металлоемкости, сокращения затрат труда при изготовлении и монтаже. Исследования шли в нескольких направлениях:

усовершенствование сборного стационарного покрытия блочного

типа:

- использование в конструкции покрытия складок и гофр;

- создание конструкций покрытий из унифицированных элементов;

- создание конструкций покрытий из гнутосварных элементов.

2) создание рулонированых стационарных покрытий:

- рулонированных блоков покрытия;

- покрытий из рулонированных полотнищ.

Однако совершенствование сборного блочного покрытия не решало проблемы недостаточной технологичности стационарного покрытия, так как отсутствовала возможность использовать прогрессивный метод рулонирования при изготовлении и монтаже стационарного покрытия резервуаров.

Создание в ЦНИИПСК рулонированного стационарного покрытия (висячего покрытия), разработка на Саратовском ЗРМК рулонированных блоков покрытия), разработка Дидковским О.В. конусного рулонированного покрытия (для малых резервуаров обьемом до 400 м3) - показали перспективный путь разработки новой технологичной конструкции стационарного покрытия вертикальных стальных резервуаров.

Однако они не решали полностью проблемы создания единой тех-нологиии изготовления, транспортировки и монтажа основных конструктивных частей (корпуса, днища и стационарного покрытия) вертикальных стальных резервуаров обьемом 700 м3 и более.

Поставленной задаче по разработке эффективных покрытий из ру-лонируемых полотнищ, трансформируемых при монтаже в пространственные оболочки, для всего параметрического ряда РВС обьемом более 700 м3, по нашему мнению, отвечает конструкция рулонированного по-

крытия, предложенная А.П. Денисовой (СГТУ) в процессе создания легких транспортабельных металлических конструкций.

Однако для возможности использования данной конструкции для всего параметрического ряда вертикальных стальных резервуаров объемом 100-5000 м3 необходимо провести конструктивные, технологические и экспериментальные исследования.

Целью диссертационной работы является:

- экспериментально-теоретическое обоснование новой конструкции стационарного покрытия вертикальных стальных резервуаров в виде ребристой купольной оболочки;

- разработка принципов формообразования рулонированного купольного покрытия из рулонных заготовок;

- проведение конструктивно-технологического моделирования ребристой купольной оболочки с центральным ядром жесткости;

- проведение конструктивно-технологического моделирования ребристой купольной оболочки с центральным кольцом жесткости с учетом технологических требований предъявляемых к стационарному покрытию вертикальных стальных резервуаров;

- определение минимального количества ребер купольного покрытия из условий технологии формообразования, прочности и деформа-тивности;

- составление выражений для определения геометрических параметров плоской заготовки и проектной формы рулонированного купольного покрытия;

- проведение экспериментальных и теоретических исследований работы конструкции покрытия РВС под нагрузкой и разработка алгоритма его расчета;

- разработка рекомендаций по конструированию рулонированного купольного покрытия;

- технико-экономическое обоснование рулонированного стационарного покрытия для вертикальных стальных резервуаров обьемом 100- 5000 м3.

Научная новизна работы состоит в экспериментально-теоретическом обосновании новой конструкции стационарного покрытия вертикальных стальных резервуаров, подкрепленного ребрами свар-ногнутого типа, получаемых на основе принципиально новой технологии.

В результате теоретических и экспериментальных исследований разработанны принципы формообразования ребристых пространственных оболочек с использованием метода рулонирования, обоснованна возможность использования ребристой купольной оболочки в качестве стационарного покрытия вертикальных стальных резервуаров, определено минимальное количество ребер покрытия из условий технологии формообразования, прочности и деформативности, получены выражения для определения геометрических параметров плоской заготовки и проектной формы рулонированного купольного покрытия.

Разработанны рекомендации по проектированию рулонирован-ных купольных покрытий для РВС обьемом 100 - 5000 м3 в виде:

- рекомендаций по конструированию рулонированного купольного покрытия;

- рекомендаций по упрошенному алгоритму расчета купольного покрытия из условия формообразования;

- рекомендаций по изготовлению плоских рулонных заготовок покрытия;

- рекомендаций по технологии формообразования купольного покрытия из плоских заготовок и по монтажу купольного покрытия.

Обоснована возможность использования данной конструкции рулонированного купольного покрытия для РВС обьемом до 20000 м3.

Результаты работы реализованны в виде программы для ЭВМ для определения геометрических параметров плской заготовки и образован-

ного купольного покрытия, несущей способности и деформативности. Составлены эскизные проекты рулонированного купольного покрытия на стадии КМ для резервуаров обьемом 2000 м3.

Практическая ценность состоит в том, что результаты выполненной работы использованы:

- при разработке проектов экспериментального купольного покрытия для РВС обьемом 100- 5000 м3;

- при эскизном проектировании купольного покрытия для РВС обьемом 10 000-20000 м3.

Результаты исследований были представлены на межрегиональной выставки "Нефтъ-Газ-Тех-97" в г. Саратове в виде разработанных проектов конструкции экспериментального купольного покрытия для типовых резервуаров обьемом 1000 - 2000 м3 и составленных рекомендаций: по изготовлению плоских рулонных заготовок покрытия; по технологии формообразования купольного покрытия из плоских заготовок; по монтажу купольного покрытия. Практический интерес к представленным разработками проявили представители ряда фирм нефтегазового комплекса. Письмо министерства нефти, газа и недропользования Саратовской области (организатора выставки) прилагается.

Апробация работы: Основные результаты диссертационной работы доложены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Саратовского государственного технического университета (1996-1998 гг.); на1 международной конференции ЭМО - 96 "Экологическое моделирование и оптимизация в условиях тех-ногенеза" г. Солигорск, Беларусь 1996 г. ; на Международной конференции "Современные проблемы совершенствования и развития металлических, деревянных и пластмассовых конструкций" (Самара, 1996 г.); на 52 Международной конференции профессоров, научных работников, аспирантов и студентов "Технические ВУЗы - Республике" (Минск, 1997 г.); на межузовской научно-методической конференции "Современные технологии в промышленности, строительстве и высшем образовании: ин-

новации, опыт, проблемы, перспективы" (Камышин, 1996 г.); на межвузовской региональной конференции научного общества молодых ученых, аспирантов,адъюнктов, студентов и курсантов "Путь в науку - формирование творческой личности инженера" (Камышин, 1997 г.); на международной научно-технической конференции "Соременные проблемы строительного материаловедения" Четвертые академические чтения РААСН (Пенза 1998 г.).

Работа выполнена на кафедрах "Строительные конструкции и основания сооружений" и "Технология и организация строительства" Саратовского государственного технического университета в 1996-1998 гг. под руководством канд. техн. наук, проф. И.Н. Малого, канд. техн. наук доц. А.П. Денисовой. Автор выражает благодарность за неоценимую помощь и поддержку, и консультации д.т.н., профессору, академику МАН ВШ и AT РФ Овчинникову И.Г. (СГТУ). Автор выражает благодарность за поддержку и участие сотрудникам кафедр СКО и TOC СГТУ.

Работа состоит из введения, 5 глав и приложения. В первой главе сделан критический анализ существующих технических решений стационарных покрытий РВС объемом до 5000 м3. Рассмотрены основные направления разработки новых перспективных покрытий РВС и обоснована необходимость экспериментально-теоретического обоснования руло-нированного купольного покрытия РВС обьемом 100-5000 м3, позволяющего решить проблему по созданию единой технологии изготовления и монтажа основных конструктивных элементов резервуаров: стенки, днища и стационарного покрытия.

Во второй главе разработана технология формообразования руло-нированого ребристого покрытия резервуаров на основе применения нового тонкостенного сварногнутого профиля (СГП).

В третьей главе. Проведено теоретическое и экспериментальное обоснование конструкции ребристого стационарного покрытия для РВС обьемом 100-5000 м3 с учетом конструктивных и технологических осо-

бенностей, предложен алгоритм расчета рулонированного купольного покрытия на воздействие статических нагрузок.

В четвертой главе приводятся результаты экпериметальных исследований по моделированию формообразования рулонированого купольного покрытия и определению напряженно-деформированного состояния рулонированого купольного покрытия.

В пятой главе разработанны рекомендации по проектированию конструкции рулонированного купольного покрытия для вертикальных стальных резервуаров обьемом 100-5000 м3; приводится технико-экономическое обоснование рулонированного купольного покрытия для вертикальных стальных резервуаров обьемом 100 - 5000 м3.

1. Современное состояние в области проектирования стационарных покрытий вертикальных стальных резервуаров

В первой главе рассмотрены конструкции стационарных покрытий вертикальных стальных резервуаров, пути развития перспективных направлений их совершенствования.

1.1 Классификация конструкций стационарных покрытий вертикальных стальных резервуаров

Долгое время в резервуаростроении было некоторое отставание в индустриализации сварных металлоконструкций, т.к. изготовление негабаритных (обьемом 100 м3 и более) нефтяных резервуаров приходилось вести почти полностью на монтажных площадках. Сварочные работы производились вручную, что требовало большого количества технологических операций, высокой квалификации сварщиков, а главное качество сварных соединений оставалось невысоким.

В начале 50-х годов в отечественном резервуаростроение произошел качественный скачок - создана Г.В.Раевским новая технология изготовления монтажа вертикальных стальных резервуаров (по способу временного деформирования). Данный метод получил название - метод ру-лонирования. Суть метода состоит в представлении элементов конструкций оболочечного типа в виде плоских разверток, которые изготавливаются из отдельных листов на специальных двухэтажных стендах в заводских условиях /24,25/. Использование принципа временного деформирования позволило весь процесс от изготовления до создания проектной формы конструкции разделить на несколько этапов /1,11, 12,15,16,29,42/:

1-ый этап - изтовление негабаритной конструкции в виде плоской заготовки;

2-ой этап - превращение плоской заготовки в габаритную конструкцию путем сворачивания ее в рулоны;

3-ий этап - превращение габаритной конструкции в конструкцию с требуемыми параметрами путем разворачивания рулонов до проектных размеров.

Новая технология дала возможность перенести основной объем сборочно-сварочных работ в стационарные заводские условия, что привело к повышению качества изготовления конструкций, снижению трудоемкости монтажа и сокращению сроков строительства. Возможность представления конструкции в виде полуфабриката - плоской заготовки, свернутой в габаритную конструкцию, привело к значительной экономии транспортных расходов. То есть можно сказать, что метод рулони-рования, несмотря на многочисленные нарекания, особенно острые в последние годы, имеет ряд преимуществ и, что очень существенно, ориентирован на природно-климатические условия России, ее суровый климат/43/.

Начиная с 50-х годов основным при проектировании, изготовлении и монтаже вертикальных стальных резервуаров объемом до 20000 м3 стал метод рулонирования. Днище и корпус стали изготавливатся на специализированных стендах и поставлятся в виде рулонов. Конструкция стационарного покрытия также претерпела изменения, было создано новое покрытие блочного типа в виде щитов, (ведь по сути стационарное покрытие осталось неизменным с самого начала строительства вертикальных стальных резервуаров - с конца 19 века).

Поэтому на протяжении нескольких лет, в основном велись исследования по совершенствованию конструкции сборного стационарного покрытия с применением в качестве несущих элементов: сварногнутых профилей, сладок и гофр и т.п.

В начале 60-х появились перспективные направления развития конструкции стационарных покрытий вертикальных стальных резервуаров -создание покрытий из рулонируемых полотнищ(висячая кровля), позволяющее использовать прогрессивный метод рулонирования для изготовления и монтажа всех основных конструктивных элементов вертикаль-

I АЬЛИЦА 1.1

Классификация стационарных покрытий вертикальных стальных резервуаров обьемом 100-5000 м3

ных стальных резервуаров. А только в начале 80-х годов в разработке новой конструкции стационарных покрытий произошел качественный скачок: были разработаны и внедрены конусные рулонируемые крыши (КРК) для резервуаров малых объемов 100-400 м3.

Полная классификация конструкций стационарных покрытий вертикальных стальных резервуаров приведена в таблице 1.1.

1-2 Стационарное покрытие вертикальных стальных резервуаров

поэлементной сборки.

Бурное развитие нефтяной промышленности в середине 19 века потребовало создания большого числа нефтехранилищ, надежных в эксплуатации, хорошо сохраняющим нефть от разлива, экономичных по расходу материала, технологичных в изготовлении и монтаже. Всем этим требованиям и отвечал первый в мире вертикальный стальной цилиндрический резервуар, который был запроектирован и сооружен в 1878 г. выдающимся руским инженером В.Г. Шуховым. Резервуар имел стационарное покрытие конического типа. Несущие конструкции были смешанными металлодеревянными, настил выполнялся из стального листа и не крепился к несущему каркасу, что облегчало его замену в процессе эксплуатации (рис. 1.1). С 1880 г., вертикальные стальные цилиндрические резервуары аналогичной конструкции начали широко применятся во всем мире.

Первые вертикальные сварные резервуары (РВС) появились в России в середине 30-х годов /38/. По своей конструкции они мало отличались от клепаных (разработанных Шуховым). Стационарное коническое покрытие РВС было сборным (поэлементным) и состояло из несущих радиальных балок, прогонов, связей и приваренного сверху стального настила, I = 2.5 мм (рис. 1.2). Так например, покрытие резервуара объемом 5000 м3 (проект № 7-02-09) собиралось из 300 элементов (фермы, прогоны, радиальные балки, связи, листовой настил). Покрытие было весьма трудоемким и металлоемким. Все монтажные операции велись на высоте,

рис. 1.1 Покрытие резервуара поэлементной сборки конструкции Шухова.

рис. 1.2 Коническое покрытие резервуара поэлементной сборки.

что увеличивало требования по технике безопасности и оказывало влияние на качество сварных монтажных швов, требовало возведения дополнительных приспособлений для высотных работ.

1.3 Сборное щитовое покрытие вертикальных стальных

резервуаров

1.3.1 Типовое щитовое покрытие вертикальных стальных

резервуаров

Существенным шагом совершенствования конструкции стационарного покрытия была разработка в 1952 г. (и применямая по настоящее время) крыша вертикальных резервуаров (РВС), собираемая из крупноразмерных щитов заводского изготовления/42/.

Щитовое стационарное покрытие РВС состоит из центрального круглого щита и жестких габаритных щитов, опирающихся на корпус резервуара и центральную стойку (рис. 1.3). Например щитовая крыша РВС обьема 5000 м3 состоит из 26 сборных элементов(щитов). Изготовление щитов выполняется в заводских условиях на специальных шаблонах. Сварку элементов производят полуавтоматами и вручную. Причем количество элементов в одном щите зависит от обьема резервуара (таб. 1.2).

Таблица 1.2

Конструктивные параметры типовых щитовых покрытий РВС

тип,обьем резервуара, м3

параметры 100 200 300 400 700 1000 2000 3000 5000

кол-во

щитов:

центральный 1 1 1 1 1 1 1 1 1

габаритный 2 2 5 8 11 13 15 19 25

кол-во 40 62 207 271 362 362 475 793 896

деталей

Габаритные щиты заводского изготовления, представляют собой каркас из прокатных двутавров и швеллеров, к которому приварен листовой настил г = 2.5 мм. Для удобства монтажа радиальные щиты выполняют 3- х типов: начальный (несущие балки из двутавров располо-женны с обеих сторон), промежуточных (несущая балка из двутавра расположена с одной стороны) и замыкающий (без несущих балок). Щиты соединяются между собой встык. По наружному краю щиты окантованы овальцованным по радиусу уголком для прикрепления к вертикальной стенке резервуара.

Монтаж щитового покрытия осуществляется в ходе разворачивания рулона стенки при помощи монтажного крана, кроме того щиты с установочными косынками монтируются без "лесов" при помощи поворотной стрелы, установленной на центральной стойке резервуара.

Применение щитовой кровли позволило значительно уменьшить число монтажных элементов по сравнению со стропильным конусным покрытием РВС и ускорить монтаж.

Однако на современном этапе щитовые покрытия резервуаров уже не отвечают повышенным требованиям, которые предъявляются к изготовлению, монтажу и транспортированию строительных конструкций.

К недостаткам конструкции типового покрытия можно отнести:

- многооперационность при изготовлении щитов /таб.1/;

- большой обьема ручной сварки;

- значительный расход профильного металла;

- невозможность использования стендовой технологии изготовления;

- потребность в дополнительной заводской площади и оборудовании;

- сравнительно высокая точность сборки на монтаже;

- проведение основных технологических операций "на высоте"

- повышенные требования по технике безопасности.

рис. 1.4 Сборное щитовое покрытие с гофрированными элементами.

Учитывая вышеизложенное можно отметить, что конструкция щитового покрытия несовершенна и главное, год от года увеличивается разрыв в отставании технологии изготовления и монтажа щитового покрытия от основных конструктивных элементов резервуаров - стенки и днища.

Поэтому в конце 60-х и начале 70-х годов появились практически интересные направления в совершенстовании сборного стационарных покрытий вертикальных резервуаров с использование в качестве несущих элементов блоков покрытия: жестких складок и гофр, эффективных тонкостенных гнутых профилей.

1.3.2 Гофрированное и ребристое стационарное стационарное

покрытие.

Интересным решением явилось предложение выполнять покрытие вертикальных стальных резервуаров складчато-коническим с использованием гофрированных листов (рис. 1.4). Такое покрытие составляется из одинаковых пространственных элементов, образуемых двумя плоскими щитами и щитом, представляющим участок конической поверхности. Грани сопряжения конической и складчатой поверхностей выполняются прямолинейными. Каждый щит представляет собой тонкую гофрированную пластинку или оболочку, подкрепленнюу по контуру замкнутым сечением, образованным гнутым уголком из листа той же или близкой толщины. В результате гофрирования панели между ребрами становятся весьма жесткими. Это во-первых, позволяет им воспринимать местные нагрузки, а во-вторых, при соединении их в пространственную складчатую систему обеспечивать высокую несущую способность всего покрытия без дополнительных элементов жесткости. Отсутствие каркаса делает такие щиты более легкими и технологичными.

Примером использования в конструкциях резервуарных покрытий складок и гофр можно считать разработку стального резервуара обье-

мом 5000 м3 с гофрированными элементами по предложению В.М. Бе-лицкого в 1964 году /16 /.

Достоинством предложенного покрытия явилось применение пространственных систем, в которых совмещены несущие и ограждающие функции. Это позволило при меньшей затрате материалов получить необходимую несущую способность.

Однако ввиду сложности геометрической формы покрытия и незначительной эффективности посравнению с типовыми сборными щитовыми крышами, разработанное стационарное покрытие осталось опытно-промышленным образцом.

1.3.3 Стационарное щитовое покрытие с гнутосварными

элементами.

Дальнейшим шагом усовершенствования конструкции сборного стационарного покрытия для вертикальных стальных резервуаров является щитовое покрытие с несущими гнутосварными элементами.

Покрытие имеет форму конуса или двух сопряженных конусов и собирается из трапециевидных щитов. Трапециевидный щит состоит из настила с несущими элементами в виде отгибов (толщиной 4 мм), на-правленых параллельно одной из сторон трапеции (рис. 1.5). Несущий элемент выполнен в виде Г-образного отгиба больших размеров, чем остальные элементы, а его поперечное сечение замкнуто вертикальными накладками (это значительно сокращает протяженность заводских сварных швов). Кольцевые ребра жесткости выполняются из гнутых профилей. Щиты включают в себя отправочные элементы опорного кольца резервуара.

Применение отгибов настила в качестве несущих элементов позволило существенно снизить трудоемкость заводского изготовления и уменьшить количество сварных соединений, повысить степень заводской готовности и в конечном счете способстовало обеспечению более высо-

1.5 Сборное щитовое покрытие с несущими гнутое®арными

рис элементами.

-о--г-1

рис

1С. 1.6 Сборное щитовое покрытие из унифицированных блоков.

кой технологичности конструкции в изготовлении (по сравнению с типовыми щитовыми покрытиями резервуаров)/45,46/.

Однако рассматриваемое покрытие с несущими гнутосварными элементами имеет некоторые конструктивно-технологические недостатки: возможно несовпадение периметров щитов покрытия и стенки резервуара, что влечет за собой необходимость установки плоской клиновой вставки, ухудшающей работу конструкции, кроме того область рассатри-ваемого покрытия ограничивается резервуарами объемом до 3000 м3.

1.3.4 Стационарное щитовое покрытие из унифицированных

элементов.

Одним из этапов усовершенствования стационарных покрытий вертикальных стальных резервуаров и создания поточного производства изготовления щитового покрытия резервуаров объемом 700 - 5000 м3 является разработка покрытий из унифицированных элементов/44/. Покрытие представляет собой сборную оболочку из унифицированных элементов - щитов с каркасом из тонкостенных профилей(а.с. 607752 СССР, Б.И. N 19. 1978.). Сборный унифицированный элемент такого покрытия представляет собой трапециевидный щит из листовой стали 1=3мм, по обе стороны которого приварены элементы каркаса из гнутого швеллера в виде П-образных профилей (рис. 1.6).

Разработка стационарное покрытие из унифицированных элементов является большим шагом в развитии сборных резервуарных покрытий, так как позволило создать поточное производство щитов( хотя все же отдельное от основного технологического потока производства ру-лонированных резервуарных конструкций).

Однако производство рассматриваемых покрытий не получило должного развития, так как для наиболее эффективного применения крыш из унифицированных элементов необходимо соблюдение некоторого модуля.

Расчет диаметров типовых резервуаров на кратность унифицированному модулю не возможен, в связи с ограниченостью ширины установок для рулонирования на специализированных заводах РМК. Кроме того существующий параметрический ряд вертикальных стальных резервуаров обьемом до 5000 м3 сложился на основе многолетней практики проектирования, строительства и эксплуатации (Шуховских рекомендаций оптимальных конструкций). В уже разработанных проектах крыш из унифицированных элементов для существующего ряда резервуаров предусматривалось три модуля - 4, 5, 6 м. Поэтому для некоторых резервуаров необходимо было вносить изменения в конструкцию унифицированных элементов, например, в виде увеличения ширины окраек.

Конструкции сборных стационарных резервуарных покрытий: с применением сладок и гофр, с унифицированными и гнутосварными элементами являлись лишь усовершенствованием и модификацией сборного щитового покрытия резервуаров. То есть развитие конструкций стационарных резервуарных покрытий отставало в технологичности изготовления и монтажа от рулонированных корпуса и днища вертикальных стальных резервуаров.

1.3.5 Стационарное щитовое покрытие из рулонируемых блоков.

Интересным решением в создании единой технологии изготовления конструкции стационарного покрытия является разработка рулонированных щитов.

Разработанный на Саратовском заводе РМК блок покрытия резервуара, представляет собой строительный элемент - блок секторного вида (треугольной в плане формы), состоящего из металлического настила подкрепленного тремя металлическими ребрами жесткости, образованными путем раздутия (рис. 1.7). При этом одно ребро проходит по оси симметрии блока, два других ребра расположены параллельно сторонам настила блока. Кроме того в строительном элементе по а.с. 413087 /7,8/

РШАШЫЕ (ДУТЬЮ РЕбРА

рис. 1.7 Сборное покрытие из рулонированных блоков.

на кромках настила относительно осей симметрии ребер жесткости выполнены фигурные вырезы(рис.1.7), вершина каждого из которых размещена от ребра жесткости на расстоянии 1=1 Омм (не меньшем толщины сварного шва). Вырезы предусмотрены с целью предотвращения излома по кромке настила в зоне ребер жесткости. Однако все же цель в полной мере не была достигнута.

В основе формообразования такой конструкции блока покрытия резервуара лежит принцип деформации металлических накладок (ребер) и настила, скрепленных между собой особым образом и имеющие определенные месторасположения, за счет избыточного давления, создаваемого между накладками и настилом.

На металический настил накладывают металлические полосы таким образом, что центральная полоса проходит по оси симметрии настила, две других - параллельно сторонам настила. Скрепление полос с настилом осуществляется прочноплотным сварным швом автоматической электросваркой под флюсом по всем продольным кромкам полос. В каждой из полос устраивается штуцер, через который в пространство между полосами и пластиной нагнетают сжатый воздух компрессором. Под действием избыточного давления полосы и настил деформируются, занимая новое устойчивое положение. После снятия давления полосы и пластина остаются в деформированном состоянии за счет пластических свойств и конечной изгибной жесткости стали.

Появление эффекта потери местной устойчивости пластины (настила блока) по контуру и в местах сопряжения с реберами при формообразовании поперечного сечения трубчатых ребер явилось основной причиной отказа от внедрения блоков покрытия. Введение различного типа компенсаторов /8/ не привело к ликвидации недостатка.

Причиной отрицательных результатов при разработке рулониро-ванных конструкций явилось и то, что в основе конструирования были использованы принципы образования пневматических (подушкообразных и пневмокаркасных) конструкций /50/ и не учитыва-

лись особенности формообразования элементов и конструкций из материала (стали), обладающего пластическими свойствами и конечной из-гибной жесткостью.

1А Рулонированное стационарное покрытие вертикальных

стальных резервуаров.

Одним из преспективных направлений развития конструкции стационарных покрытий вертикальных стальных резервуаров является создание покрытий из рулонируемых полотнищ, трансформируемых при монтаже в пространственные оболочки, позволяющее использовать прогрессивный метод рулонирования для изготовления и монтажа всех основных конструктивных элементов вертикальных стальных резервуаров.

1.4.1 Шатровое висячее стационарное покрытие.

В начале 60-х годов в институте ЦНИИПСК было разработанно рулонированное покрытие РВС объемом 5000 м3, предназначенных для хранения темных нефтепродуктов, названное шатровым висячее покрытие (рис. 1.8). Конструкция покрытия следующая/42/. В центре резервуара размещается стойка из трубы, оканчивающаяся вверху коническим зонтом диаметром 2 - 4 м из листовой стали толщиной 6 -10 мм. Пространство между корпусом и стойкой перекрывается стальной кровлей толщиной 2.5 - 3 мм, свободно провисающей под действием собстенного веса, теплоизоляции, снега и вакуума. Корпус резервуара с висячим покрытием имеет верхнее коробчатое кольцо жесткости, воспринимающее отрицательный распор нагруженной кровли. Центральную стойку проектируют на 1/6 диаметра выше кольца жесткости с целью обеспечения уклона покрытия необходимого для стока атмосферных осадков.

Процесс заготовки висячего покрытия осуществляется на заводе ре-зервуарных металлоконструкций (РМК) из стандартных листов 2500*1250 мм в виде прямоугольного полотнища со сторонами, равными

04Ь?О

рис. 1.9 Конусное рулонированное покрытие для РВС объемом 400 м3.

рис. 1.10 Конусное рулонированное покрытие для РВС объемом 700, 1000 м3.

-ЗО

радиусу резервуара и половине периметра кровли. Затем полотнище крыши сварачивают в рулон на центральную стойку резервуара.

Достоинством рулонированного висячего покрытия является относительно малый вес и небольшая металлоемкость (они на 10 -15 % легче типовых щитовых крыш); снижение обьема монтажных операций "на высоте"; уменьшение количество монтажных сварных швов (посравнению с щитовым покрытием). Главное, использование метода рулонирования позволило изготавливать, транспортировать и монтировать покрытие в едином технологическом потоке с корпусом и днищем.

Однако недостатками конструкции рулонированного висячего покрытия являются: небольшая коррозиционная стойкость и высокая парусность; ограниченность применения (при хранении светлых нефтепродуктов).

Резервуар с висячим покрытием был построен в еденичном экземпляре и по истечении нескольких лет крыша была разобранна.

1.4.2 Конусные рулонированные покрытия для РВС обьемом

100-400 м3.

В начале 80-х годов в разработке новой конструкции стационарных покрытий произошел качественный скачок. Для резервуаров малых обьемов 100-400 м3 были разработаны и внедрены конусные рулонируе-мые крыши (КРК).

Конструктивно КРК представляют собой самонесущие конические оболочки с углом конусности 15-30 % (рис. 1.9). В геометрическом плане конические крыши - это пространственные оболочки нулевой гауссовой кривизны, поверхность которых образуется из плоской развертки путем геометрического изгиба. Исходной заготовкой является плоское полотнище кругового очертания, на котором имеется один секторный вырез/27,29, 54/.

Изготовление рулонируемого покрытия проходит в два этапа. На первом этапе изготавливают плоское полотнище кругового очертания с секторным вырезом, которое сворачивают в рулон и таком удобном для транспортирования виде, покрытие доставляется к месту монтажа. На монтажной площадке плоскому полотнищу придают пространственную форму оболочки.

Монтаж крыши осуществляется в следующей последовательности. На готовом днище резервуара разворачивают полотнище крыши и вырезают центральное отверствие. Образование конической формы происходит за счет подьема монтажным краном центра крыши, стягивания радиальных кромок секторного выреза и фиксации основания конусного рулонируемого покрытия упорами-ограничителями. После сварки монтажного стыка и установки обслуживающего оборудования крыша снимается с днища резервуара на площадку рядом с ним. На днище производится разворачивание рулона стенки. Далее осуществляется подьем крыши и установка ее в проектное положение.

Применение КРК позволило изготавливать их на существующих механизированных линиях - установках для рулонирования и обеспечить комплектную поставку в виде одного рулона, то есть был создан единый технологический поток изготовления, монтажа и транспортировки основных конструктивных элементов резервуара - корпуса, днища и крыши /54/. Это дало значительный эффект в сфере завода-изготовителя (таб. 1.3), транспортной и монтажной организаций. Поэтому разработанная конструкция стационарного рулонируемого покрытия (КРК) вытеснила сборные щитовые крыши и была заложена в типовые проекты вертикальных стальных резервуаров обьемом 100-400 м3.

Таблица 1.3

Годовой экономический эффект изготовления КРК

обьем РВС, м3 / тип покрытия

показатели 100 200 300 400

ТП ТП ТП ТП

КРК КРК КРК КРК

масса по- 0.784 0.939 1.144 1.169 1.894 2.325 2.477 3.150

крытий с

учетом приспособлений

для изготов-

ления паке-

тов щитовой

кровли, т

стоимость 236 170 424 314 584 411 791 538

изготовления

руб.

стоимость 405 728 1003 1359

базовой кон-

струкции с

учетом ко-эфициента

реновации

экономия на 235 414 592 821

один резер-

вуар, руб.

годовая про- 152 162 36 193

грамма вы-

пуска, шт.

суммарная 35720 67068 21321 158435

экономия,

РУб.

1.4.3 Рулонированные конусные покрытия для РВС обьемом

700,1000 м3.

Дальнейшие исследования конструкции рулонированных конусных крыш показало ограничение их области применения только для резервуаров малых обьемом, поэтому для резервуаров обьемом 700 м3 и более

И

рис. 1.11 Двускатное рулонированое покрытие для РВС объемом 2000 м3. 1- коньковая балка, 2- стропильные балки, 3- распорки, 4 - конические поверхности.

необходима была их модернизация: установка дополнительных несущих элементов, увеличение толщины оболочки и т.п.

Поэтому в 1995 - 96 гг. (после почти десяти лет с начала разработки КРК) институтом " Коксохиммонтаж " были предложена рулонируе-мое покрытия для РВС обьемом 700 ,1000 м3 - коническая рулонируемая крыша (рис. 1.10), усиленная ребром жесткости (КРК-1) /пр. № SRP 1134/.

Конструктивно покрытие КРК-1 решено аналогично коническому покрытию малых резервуаров (КРК). Различие состоит в увеличении толщины оболочки до 6 мм и установке кольцевого ребра жесткости из уголка L 65*5 мм (рис. 1.10). Такое конструктивное решение покрытия позволило сохранить основные достоинства рулонируемого покрытия малых резервуаров обьемом 100-400 м3/61/.

Недостатком КРК-1 является: повышению сложности и точности технологических операций при формообразовании проектной пространственной формы; повышению трудоемкости монтажных работ; увеличения обьема ручной сварки. А главное, возврат разработанной конструкции КРК-1 к сборному типу стационарного покрытия вертикальных стальных резервуаров.

1.4.4 Многоскатные рулонируемые покрытия для РВС обьемом

2000 - 5000 м3

Дальнейшее применение конической рулонируемой крыши для вертикальных стальных резервуаров большего обьема: 2000-5000 м3 оказалось проблематичным, так как в этом случае требовалось еще более увеличение толщины оболочки, установка дополнительных элементов каркаса для повышения несущей способности конуса в сочетании с методом рулонирования конструкций.

Поэтому институтом "Коксохиммонтаж" были предложены многоскатные рулонируемые крыши (МРК). Для РВС обьемом 2000 м3 -

рис, 1.12 ОТ>щий вид двускатного рудонирсшшшого покрытия для РВС объемом 2000 м3.

рис. 1.13 Многоскатное рулоннровапное покрытие для РВС объемом 3000-5000 м3,

1- несущие балки, 2 - стропильные балки, 3 - монтажные затяжки, 4 -конические поверхности, 5 - ендова.

двускатная рулонируемая крыша(рис. 1.11), для резервуаров объемом 3000 м3, 5000 м3 - трехскатные и четырехскатные.

Двускатная рулонируемая крыша представляет собой тонкостенную металлическую оболочку сложной формы, состоящую из плоской двускатной части и двух конических частей (рис. 1.12).

Исходной заготовкой двускатной крыши является круговое полотнище с двумя секторными вырезами.

Рассматривая технологию формообразования оболочки мы видим, что при ее возведении необходима высокая точность соблюдения технологических операций по формообразованию оболочки, необходимость нивелировки и проверки геометрических размеров крыши (что не всегда возможно на открытой монтажной площадке и требует высокой квалификации исполнителей), жесткая привязка монтажа крыши на месте днища резервуара увеличивает время монтажных работ, т.к. разворачивание рулона стенки в данном случае задерживается формообразованием крыши. Кроме того увеличивается число сборочных элементов (коньковая, стропильные балки, распорки и т.д.) по сравнению с КРК и КРК-1 и соответственно увеличивается количество монтажных сварных швов (снижается качество швов по сравнению с заводскими).

Недостатками рассматриваемого покрытия являются:

- сложность формы двускатного покрытия;

высокая трудоемкость его формообразования(согласно "Инструкции по монтажу рулонируемых двускатных крыш вертикальных стальных резервуаров" РП-1001 Союзрезервуарпроект) за счет: высокой точности соблюдения технологических операций; необходимости нивелировки и проверки геометрических размеров крыши в процессе монтажа; необходимости специальных дополнительных приспособлений и устройств; большого обьема монтажной сварки; большого количества отправочных марок.

- наличие сборных элементов каркаса(коньковая, стропильные балки, распорки и т.д.) в сочетании с рулонированным полотнищем.

15Т

То есть можно отметить некоторый возврат к многоопера-ционости возведения покрытий, что было присуще щитовому покрытию и причислить двускатную рулонируемую крышу к сборному типу стационарных покрытий резервуаров. Поэтому, наш взгляд, нарушается единый технологический процесс изготовления, монтажа и транспортировки основных конструктивных элементов резервуаров, что дало толчок к созданию данной конструкции покрытия. Поэтому для определения эффекта внедрения двускатных крыш необходимо более тщательное сравнение ТЭП двускатных крыш и сборного щитового покрытия из унифицированных блоков.

Кратко рассмотрим предлагаемые в перспективе трех- и четырехскатные рулонируемые крыши. Такие крыши имеют радиальные несущие балки, установленные с уклоном к горизонтальной поверхности (рис. 1.13). В периферийной части несущие балки опираются на конические поверхности переменной кривизны, которые ограничиваются стропильными балками.

Повышенная сложность формы трех-, четырехскатных крыш (увеличение числа несущих элементов, наличие ендовы и т.п.) создает еще более трудоемким и многооперационным процесс формообразования и монтажа, то есть все основные недостатки двускатной крыши увеличиваются в геометрической прогрессии, поэтому конструктивное решение многоскатных крыш (трех- и четырехскатных) требует, по нашему мнению, дальнейшей технико-экономической проработки.

Анализ конструктивных решений рулонируемых покрытий РВС обьемом 100 -2000 м3 предложенных и внедренных "Коксохиммонтаж" дает возможность сделать следующие выводы:

- конические покрытия для РВС малых объемов действительно показывают определенный экономический эффект в изготовление, монтаже, транспортировке и эксплуатации. Так по расчетам АО "Саратовский завод резервуарных металлоконструкций" (таб. 1.3) годой эффект для завода-изготовителя составил 282553 руб. (в ценах 1984 г.);

- использование конических покрытий для РВС 700, 1000 м3 (КРК-1) показывает существенное снижение в сфере монтажных организаций;

- использование двускатных (тем более трех- и четырехскатных) рулонируемых покрытий достаточно проблематично и требует глубокого экономического обследования.

1.4.5 Рулонированное купольное покрытие вертикальных стальных резервуаров

В Саратовском государственном техническом университете предложена новая конструкция рулонированного стационарного покрытия вертикальных стальных резервуаров. Покрытие представляет собой тонкостенную металлическую оболочку купольной формы, подкрепленну жестким каркасом из полых радиальных ребер (рис. 1.14).

Изготовление металлического рулонированного купольного покрытия состоит из двух этапов: изготовления рулонной заготовки; образования проектной формы покрытия.

Применение новой конструкции рулонорованного стационарного покрытия для резервуаров мвестимостью 700-5000 м3 позволит изготавливать все основные элементы резервуаров: корпус, днище и стационарное покрытие - ведином технологическом потоке на механизированных стендах для рулонных заготовок.

а!

А-А

рис. 1.14 Схема рулонированного купольного покрытия. 1- металический настил, 2 - радиальные полосы.

Выводы по 1 главе:

1. Разработка конструкций стационарного покрытия вертикальных стальных резервуаров идет параллельно, а точнее вслед развитию всего резервуаростроению. Начиная с конца 60-х годов, с развитием метода рулонирования наметилось отставание в технологичности конструкции стационарных покрытий от основных конструктивных частей резервуара: рулонированных корпуса и днища.

2. Создание щитового покрытия (вскоре после внедрения технологии рулонирования листовых резерву арных конструкций) позволило отказаться от трудоемкой поэлементной конструкции стационарных покрытий вертикальных резервуаров, создать некоторое поточное- производство. Однако в целом конструкция оставалась трудоемкой и металлоемкой.

3. Исследования в создании новых, более технологичных конструктивных форм щитовых покрытий вертикальных стальных резервуаров привели к созданию следующих конструкций: использование в жестких складок и гофр в конструкции щитов покрытий; унификация конструкции блоков конического покрытия; использование эффективных тонкостенных гнутых профилей для несущих конструкций щитов.

Однако все они не решали проблемы недостаточной технологичности стационарного покрытия.

4. Попытки создать конструкцию стационарного покрытия рулонированной: как то висячее покрытие, рулонированные щитовые покрытия (разработок Саратовского ЗРМК), хотя и закончились неудачей, показали перспективный путь решения проблемы создания новой технологичной конструкции стационарного покрытия РВС.

5. Создание рулонированных конусных крыш (КРК) для малых резервуаров объемом до 400 мЗ (разработатных после почти 20 летнего поиска) привели к созданию единого технологического потока изготовления, монтажа и транспортировки всех основных конструктивных частей РВС и показал

достаточно высокий технико-экономический эффект в сферах завода-изготовителя, монтажной, транспортной и эксплуатационной организаций.

6. Дальнейшая модификация рулонированного конического покрытия (КРК-1) для РВС обьемом 700, 1000 мЗ и проектирование двускатных рулонированных крыш для РВС - 2000 мЗ, а в перспективе и многоскатных крыш для РВС - 3000, 5000 мЗ показало нерациональность замены ими щитового покрытия, так как конструкция становилась сборной и теряла свои технологические преимущества.

7. В основе создания рулонируемых покрытий должна быть заложена идея единства технологии их изготовления, формообразования и монтажа для

о

резервуаров различных объемов 100 - 5000 м и более.

8. Использование предлагаемой нами новой конструкции рулонированного купольного покрытия как раз и позволит решить поставленную проблему.

2.Принципы формобразования рулонированного ребристого

покрытия вертикальных стальных резервуаров

Во второй главе рассматривается технология формобразования ру-лонированого ребристого покрытия резервуров на основе применения нового тонкостенного сварногнутого профиля.

2.1 Новый тонкостенный сварногнутый профиль

несущих элементов рулонированных конструкций.

Анализ рассмотренных в первой главе конструктивных решений стационарных покрытий резервуаров наглядно показал невозможность использования для рулонированных покрытий традиционных профилей: уголков, швеллеров и т. п. Нами предлагается использовать в качестве несущих элементов рулонированных покрытий новый тонкостенный сварногнутый профиль. По сути новый строительный элемент сварногнутого профиля явился основой для создания рулонированных несущих металлических конструкций. Принципы формообразования элемента сварногнутого профиля разработанны А.П. Денисовой в развитие способа изготовления плоскосворачиваемых труб /8, 9/, предложенный в начале 60-х годов Раевским (институт электросварки им. Е.О.Патона).

В основе формообразования поперечного сечения нового профиля лежит деформация предварительно сваренных между собой металлических полос.

Две металлические полосы длиной 1п, шириной Ьп и толщиной Ь накладываются друг на друга и скрепляются по продольным и поперечным кромкам прочным герметичным сварным швом электроконтактной шовной сваркой или автоматической под флюсом (рис. 2.1). В одной из полос устраивают штуцер, через который в пространство между полосами нагнетают сжатый воздух компрессором /23,24/.

к-

s

t; 1 1 -

Заключение диссертации по теме «Строительные конструкции, здания и сооружения», Смольков, Алексей Павлович

Основные выводы:

1. Разработка конструкций стационарного покрытия вертикальных стальных резервуаров идет параллельно, а точнее вслед развитию всего резервуаростроению. Начиная с конца 60-х годов, с развитием метода рулонирования наметилось отставание в технологичности конструкции стационарных покрытий от основных конструктивных частей резервуара: рулонированных корпуса и днища.

2. Создание щитового покрытия (вскоре после внедрения технологии рулонирования листовых резервуарных конструкций) позволило отказаться от трудоемкой поэлементной конструкции стационарных покрытий вертикальных резервуаров, создать некоторое поточное производство. Однако в целом конструкция оставалась трудоемкой и металлоемкой.

3. Исследования в создании новых, более технологичных конструктивных форм щитовых покрытий вертикальных стальных резервуаров привели к созданию следующих конструкций: использование в жестких складок и гофр в конструкции щитов покрытий; унификация конструкции блоков конического покрытия; использование эффективных тонкостенных гнутых профилей для несущих конструкций щитов.

Однако все они не решали проблемы недостаточной технологичности стационарного покрытия.

4. Попытки создать конструкцию стационарного покрытия руло-нированной: как то висячее покрытие, рулонированные щитовые покрытия (разработок Саратовского ЗРМК), хотя и закончились неудачей, показали перспективный путь решения проблемы создания новой технологичной конструкции стационарного покрытия РВС.

5. Создание рулонированных конусных крыш (КРК) для малых резервуаров обьемом до 400 мЗ (разработатных после почти 20 летнего поиска) привели к созданию единого технологического потока изготовления, монтажа и транспортировки всех основных конструктивных частей РВС и показал достаточно высокий технико-экономический эффект в сферах завода-изготовителя, монтажной, транспортной и эксплуатационной организаций.

6. Дальнейшая модификация рулонированного конического покрытия (КРК-1) для РВС обьемом 700, 1000 мЗ и проектирование двускатных рулонированных крыш для РВС - 2000 мЗ, а в перспективе и многоскатных крыш для РВС - 3000, 5000 мЗ показало нерациональность замены ими щитового покрытия, так как конструкция становилась сборной и теряла свои технологические преимущества.

7. В основе создания рулонируемых покрытий должна быть заложена идея единства технологии их изготовления, формообразования и монтажа для резервуаров различных обьемов 100 - 5000 м3 и более.

8. Использование предлагаемой нами новой конструкции рулонированного купольного покрытия как раз и позволит решить поставленную проблему.

9. Анализ существующихконструктивных решений рулонируемых конструкций показал невозможность применения традиционных профилей в качестве несущих элементов. Поэтому нами в основу пространственных ребристых рулонированных конструкций положен новый тонкостенный сварногнутый профиль.

10. Проведение конструктивно-технологического моделирования доказало возможность формообразования новых пространственных рулонированных ребристых оболочек:

- с параллельными ребрами СГП - цилиндрической оболочки;

- с радиальными ребрами СГП- пологих и купольных оболочек и криволинейного блока.

11. Разработаны технологичыеские принципы формообразования рулонированных ребристой купольной оболочки, позволяющие использовать прогрессивный метод рулонирования.

12. В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований обоснована оптимальная конструкция рулонированного купольного покрытия для РВС обьемом 100-5000 м3 радиальными ребрами, центральным кольцом жесткости и технологическим отверствием с учетом конструктивных и технологических требований предъявляемым к стационарным покрытиям.

13. Проведено конструктивно-технологическое моделирование:

- купольной оболочки с радиальными ребрами и центральным ядром жесткости СГП;

- купольной оболочки с радиальными ребрами и центральным кольцом жесткости СГП.

14. Определено минимальное количество радиальных ребер РКП исходя из условий формообразования.

15. Предложен порядок определения геометрических характеристик плоской заготовки и образованной оболочки рулонированного купольного покрытия.

16. Определен алгоритм расчета напряженно-деформированного состояния ребристого купольного покрытия по дискретной модели.

17. Предложен упрошенный алгоритм рачета РКП исходя из условия формообразования.

18. Проведенный эксперимент по определению напряжено-деформированного состояния стационарного покрытия подтвердил правильность выбора упрошенного алгоритма расчета РКП и возможность применения его при проектировании реальных конструкций покрытий резервуаров.

19. Разработанны рекомендации по проектированию, изготовлению рулонных заготовок, формообразованию и монтажу конструкции рулонированного купольного покрытия для РВС обьемом 100-5000 м3 (а персективе и до 20000 м3) для практической разработки реальной конструкции стационарных покрытий.

20. На основании конструктивных и теоретических исследований были разработанны проекты рулонируемых стационарных покрытий для вертикальных стальных резервуаров объемом 100 - 5000 м3 для хранения нефти и нефтепродуктов.

21. В результате технико-экономического обоснования рулониро-ванного купольного покрытия вертикальных стальных резервуаров, наглядно показан эффект от применения предлагаемой конструкции на стадии: изготовлении, транспортировки, монтажа и эксплуатации.

Заключение.

Удорожание всех видов природных ресурсов, производимой энергии, стоимости труда, наряду с большим объёмом применения стали поставило в ряд первостепенных и актуальных задачи экономии металла, снижения массы конструкции, трудоемкости изготовления и монтажа, а также уменьшение транспортных расходов.

Вертикальные стальные резервуары характеризуются достаточно большой ресурсо- и энергоемкостью во всех сферах их производства: изготовления, транспортировки, монтажа и эксплуатации.

В настоящее время типовые вертикальные стальные резервуары обьемом 700 - 20000 м3 и более выполняются с рулонным корпусом, днищем и стационарной щитовой крышей. Днище и корпус изготавливаются на специализированных стендах и поставляются в виде рулонов. Щиты стационарного покрытия изготавливаются на специальных шаблонах и поставляются в виде отдельных блоков.

Поэтому (начиная практически с 70-х годов) стоит задача по созданию единого технологического потока изготовления и монтажа основных конструктивных элементов вертикальных стальных резервуаров (на основе метода рулонирования), позволяющей существенно снизить ресурсо- и энергоемкостью во всех сферах производства.

Постоянные поиски новых конструктивных форм резервуарных покрытий, отвечающих современным требованиям привели к выводу, что только разработка эффективных покрытий из рулонируемых полотнищ, трансформируемых при монтаже в пространственные оболочки, для всего параметрического ряда РВС обьемом 100 - 5000 м3, способна решить поставленную задачу.

Поэтому основная цель работы являлось экспериментально-теоретическое рулонированного купольного покрытия, конструкция которого разработанна в СГТУ, позволяющей получить высокий эффект в области производства вертикальных стальных резервуаров.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Смольков, Алексей Павлович, 1998 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Арзунян A.C., Афанасьев A.A., Прохоров А.Д. Сооружение неф-тегазохранилищ.-М.: Недра, 1986,- 330с.

2. А.с.232924 СССР. Способ изготовления корпусов и труб /Г.В.Раевский//БИ, 1963, N2.

3. A.c. 1366609 СССР, МКИ Е04 В7/02, Е04 Н7/100. Покрытие для цилиндрического резервуара./ Гришин В.А., Поповский Б.В., Саратовский A.C., Красников В.А.// БИ, 1988, № 2.

4. A.c. 1229289 СССР, МКИ Е04 В7/06, 7/100. Покрытие резервуара./ Майлер А.З., Катанов А. А., Поповский Б.В. и др. // Б.И. 1986, №17.

5. A.c. 1389907, МКИ В21 D26/02. Способ изготовления корытообразных изделий /Москалев Н.С.,Денисова А.П.,Берник В.О. // БИ, 1988, N 15.

6. A.c. 250030 СССР, МКИ 53 81е, 43, В65 88/06. Сосуд листовой конструкции /Раевский Г.В., Жемчужников В.Т.II БИ. 1969, N25.

7. A.c. 413087 СССР, МКИ 53 0 В 65 87/06. Строительный элемент. /А.С.Саратовский, К.Г.Федотов, И.М.Гуськов, Н.П.Шубин, В.Д. Шишков, Ю.С.Летников// БИД976. N42.

8. A.c. 535408 СССР, МКИ 53 0 В 65 87/06. Строительный элемент. /A.C. Саратовский, А.М.Иваненко, Ю.С.Летников, Г.П.Петелин, И.М. Гуськов, Н.П.Шубин, В.Д.Шишков//БИ, 1974. N4.

9. A.c. 172682 СССР, МКИ 53 Е04 Н 7/8. Способ изготовления сооружений с замкнутыми полостями, например, понтонов / Балицкий В.М., Раевский Г.Б., Поповский Б.В.// БИ, 1965. N13.

10. A.c. 1108178 СССР, МКИ 53 Е04 В 7/08. Купольное покрытие / Денисова А.П., Берник В.О.// БИ, 1984. N30.

11. Афанасьев В.А., Березин В.Л. Сооружение газохранилищ и нефтебаз. - М.: Недра, 1986.- 333с.

12. Афанасьев В.А., Бобрицкий Н.В. Сооружение резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов. - М.: Недра, 1981. 191с.

13. Безухов К.И. Испытание строительных конструкций и сооружений.- Изд. 3-е.- М.: Гос. изд-во лит-ры по стр-ву и арх-ре, 1954.- 508с.

14. Беляев В.З. Сопротивление материалов. - М.: Наука, 1976.-

607с.

15. Билецкий С.М. Индустриальное изготовление негабаритных сварных листовых конструкций.-Киев.:Наукова думка, 1983.- 271с.

16. Билецкий С.М., Голинько В.М. Индустриальное изготовление негабаритных сварных листовых конструкций.- Киев.: Наукова думка, 1983.- 170с.

17. Власов В.З. Тонкостенные упругие стержни.- М.: Гос. изд-во физ-мат. лит-ры по ст р-ву, 1959.- 566с.

18. Власов В.З. Тонкостенные упругие стержни. Принципы построения технической теории оболочек. Избранные труды. Т.З.-М.: Изд-во АН СССР, 1963.- 507с.

19. Вольмир A.C. Гибкие пластинки и оболочки.- М.: Гостехиздат, 1956.-419с.

20. ГОСТ 19903-74. Сталь листовая горячекатанная. Сортамент. -М.: Изд-во стандартов, 1976.

21. ГОСТ 19904-74. Сталь листовая холоднокатанная. Сортамент.-М.: Изд-во стандартов, 1976.

22. Гришин В. А. Резервуары с ребристым покрытием для ханения нефти и нефтепродуктов. //Транспортировка и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья/ №12, 1976 с. 1-3.

23. Денисова А.П. Легкие металлические конструкции повышенной транспортабельности.- Саратов: Изд-во СГУ, 1989.-74С.

24. Денисова А.П. Исследование напряженно-деформированного состояния горизонтальных цилиндрических резервуаров: Автореферат дис. канд. техн. наук.-Л., 1975.- 20с.

25. Денисова А.П. Легкие металлические конструкции //Экология и прогрессивные технологии в строительстве для условий Сибири и Севера// Тез. докл. респ. научн.-техн. конф. с междунар. участием. Барнаул.: АГТУ, 1993.-23-25.

26. Денисова А.П. Рулонируемое покрытие вертикальных металлических резервуаров .- Экспресс-инф.Серия Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов.-М.:ВНИИОЭНГД986,вып.3, с.6-12.

27. Денисова А.П., Смольков А.П. Рулонированные стационарные покрытия вертикальных стальных резервуаров // Современные технологии в промышленности, строительстве и высшем образовании: инова-ции, опыт, проблемы, перспективы / межвуз. науч.- мет. конф. Тезисы докладов 25-26 сентября 1996 г. Камышин. 1996. с. 371-373.

28. Денисова А.П., Смольков А.П. Принципы формобразования стационарного резервуарного покрытия типа рулонированной ребристой купольной оболочки. / Проблемы транспортного строительства и транспорта./ Материалы междунар. научн. техн. конф. Вып.2. СГТУ. Саратов. 1997. с. 100-103.

29. Денисова А.П., Смольков А.П. Покрытия вертикальных стальных резервуаров из рулонных заготовок. Деп. в BHHHTH.N679-В97,05,03.97. 14 с.

30. Денисова А.П., Смольков А.П. Принцип формообразования стационарных покрытий вертикальных стальных резервуаров из рулонных заготовок Деп. в ВИНИТИ. 1997. 40 с.

31. Денисова А.П., Смольков А.П. К вопросу использования единой технологии изготовления корпуса, днища и крыши РВС. //Современные проблемы совершенствования металлических, деревянных и пластмассовых конструкций./ Материалы межд. научн. техн. конф. 3-5 декабря 1996 г. САМГАСА, Самара, 1996. с. 70-71.

32. Денисова А.П., Смольков А.П. Геометрические параметры ру-лонированного купольного покрытия вертикальных стальных резервуаров// Совершенствование архитектурных решений, строительных кон-

струкций, технологий и организации строительства / межвуз. на учн. сб. Саратов, СГТУ, 1997 г. 71-74 с.

33. Малый И.Н., Смольков А.П. Технология монтажа рулониро-ванных стационарных покрытий вертикальных стальных резервуаров. //Совершенствование архитектурных решений, строительных конструкций, технологий и организации строительства / межвуз. научн. сб. Саратов, СГТУ, 1997 г. 161-164 с.

34. Денисова А.П., Смольков А.П. К вопросу повышения техники безопасности при монтаже стационарных покрытий вертикальных стальных резервуаров II Совершенствование технологии и организации строительства / межвуз. научн. сб. Саратов, СГТУ, 1997 г. 17-22 с.

35. Ефтихин В.Ф., Куприянов В.Ф. О выборе рациональных конструкций крыш резервуаров, //сб. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов, вып. 9/. М., 1983. с. 13-14.

36. Ефтихин В.Ф. Доплнительные требования к конструированию крыш резервуаров на случай пожарных ситуаций. //Транспортировка и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья/ №4, 1984 с. 7-9.

37. Ермишина И. "В резервуарных парках большие перемены", /ж. Нефть и капитал/. 1987. №7-8, с. 50-52.

38. Кандаков Г.П., Лукиенко М.И. Применение вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для хранения нефти // Трубопроводный транспорт нефти / N 9, 1994, 20-23 с.

39. Кандаков Г.П., Лукиенко М.И., Саратовский A.C. Проблемы резервуаростроения и пути их решения. //Промышленное и гражданское строительство/ № 3, 1991. с. 23-24.

40. Киселев В.А. Строительная механика. Общий курс. - М.: 1986. -

520 с.

41. Крылов H.A., ГлуховскийК.А. Испытание конструкций и сооружений.- Л.: Стройиздат. Ленингр. отд-ние,1970.- 270с.

42. Лессиг E.H., Лилеев А.Ф., Соколов А.Г. Листовые металлические конструкции.-М.:Стройиздат, 1970.-217с.

43. Лялин К.В., Дорошенко Ф.Е. /Повышение качества изготовления и монтажа - условие создания современных конструкций стальных рулонированных резервуаров.// МИАСС, Рабочая группа 1 "Трубы и резервуары". Коллоквиум "Производство и качество конструкций резервуаров" Саратов 22-24 августа 1995 г. Тезисы докладов. Саратов АП Саратовский ЗРМ. 1995. 8с.69. Мельников Н.П. Металлические конструкции.-М.: Стройиздат, 1983.-540с.

44. Майлер А.З., Катанов A.A., Поповский Б.В. Оптимизация параметрического ряда ветикальных цилиндрических резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов с учетом унификации конструкций. //Монтаж и сварка резервуаров и технологических трубопроводов. М. ВНИИмонтажспецстрой. !983.

45. Майлер А.З., Куперман А.И. Анализ конструктивных решений гнутосварных покрытий резервуаров с рациональным подкреплением кольцевыми элементами. /Исследование технологии изготовления и монтажа резервуаров и трубопроводов/. М., 1986. 47-52 с.

46. Майлер А.З., Катанов A.A. Исследование конструктивных форм гнутосварных покрытий резервуаров на основе опытных данных и оптимизационных расчетов. //Исследование технологии монтажа резервуаров и трубопроводов/. М., 1987. 3-9 с.

47. Металлические конструкции /Под редакцией Н.П. Мельникова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1980.- 776 с. - (Справочник проектировщика).

48. Николаев P.A., Куркин С.А., Винокуров В.А. Расчет, проектирование и изготовление сварных конструкций.- М.:Высшая школа, 1971.-760с.

49. Овчинников И.Г.,Денисова А.П.,Смольков А.П. К вопросу о строительной экологии при внедрении новых рулонируемых покрытий резервуаров. 1 межд. конф. ЭМО - 96, Экологическое моделирование и оптимизация в условиях техногенеза (Тезисы докладов) г. Солигорск, Беларусь 7-10 октября 1996 г. БГПА, 1996, с. 104.

50. Otto Ф., Тростель Р. Пневматические строительные конструкции.- М.: Изд-во литОры по стр-ву, 1967.-419с.

51. Писаренко Г.С. Яковлев А.П., Матвеев В.В. Справочник по сопротивлению материалов. - Киев. "Наукова думка". 1975. 704 с.

52. Поповский Б.В., Майлер А.З., Катанов A.A., Дидковский О.В. Анализ новых конструктивных форм стационарных покрытий резервуаров, технологичных в изготовлении и монтаже. // Исследование процесса мнтажа трубопроводов и резервуаров/. М., 1984. 100-115 с.

53. Поповский Б.В., Майлер А.З., Дидковский О.В. /Конструктивные решения покрытий резервуаров для нефтепродуктов// Труды Конгресса ИАСС:"Теория и экспериментальные исследования пространственных конструкций. Применение оболочек в инженерных сооружениях" Подсекция 3-Б "Силосы, резервуары, сооружения на шельфах",- Москва: Госстрой СССР, 1985 г. 287-294с.

54. Резервуарные металлоконструкции, изготавливаемые заводами ВПО "Союзстальконструкция. Каталог.-М.:Минмонтажспецстрой СССР,1987.- 118 с.

55. Репский А.Б., Баранов Д.С., Макаров P.A. Тензометрирование строительных конструкций и материалов.- М.: Стройиздат,1977.- 239с.

56. Сафарян М.К. Металлические резервуары и газгольдеры. М.: Недра, 1987. 201 с.

57. Скугорова Л.П. Материалы для сооружения газонефтепроводов и хранилищ.- М.: Недра, 1975.- 311с.

58. СНиП И-23-81*. Стальные конструкции / Госстрой СССР. - М:. ЦИТП Госстроя СССР. - 1990. - 96с.

59. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия / Госстрой СССР. -М:. ЦИТП Госстроя СССР. - 1987. - 36с.

60. СНиП 2.03.01-85. Защита строительных конструкций от коррозии / Госстрой СССР. - М:. ЦИТП Госстроя СССР. - 1986. - 48с.

61. Стальные вертикальные цилиндрические резервуары для нефти, нефтепродуктов и других жидких продуктов. Проспект изделий.- Саратов.: АП РМК, 1992.

62. Чеканов A.A., Цегельский В.А. Типовые сварные конструкции.-М.: Высшая школа, 1968,- 213с.