Исследование напряженно-деформированного состояния фундамента вертикального резервуара с учетом динамики эксплуатационных нагрузок
Исследование напряженно-деформированного состояния фундамента вертикального резервуара с учетом динамики эксплуатационных нагрузок
В настоящее время в период эксплуатации вертикальных стальных резервуаров (далее РВС) наблюдается тенденция роста аварийных ситуаций, связанных с потерей несущей способности отдельных элементов, потерей устойчивости и неравномерными осадками основания [1-3, 6-12]. Причинами возникновения таких ситуаций могут быть ошибки в проектировании, брак строительно-монтажных работ, изменение гидрогеологических условий на площадке эксплуатируемого РВС, а также нагрузки, не учитываемые на стадии проектирования, к которым можно отнести многократно повторяющиеся в период эксплуатации нагрузки от давления хранимого продукта при заполнении и опорожнении резервуара.
Для оценки напряженно-деформированного состояния (далее НДС) фундамента под РВС с учетом влияния нагрузок от веса хранимых продуктов при заполнении резервуара авторами выполнено численное моделирование на объемных конечно-элементных моделях в ПК "Лира"[4, 5].
К моделированию был принят фундамент под резервуар для хранения нефтепродуктов вместимостью 5 тыс. м3, представленный монолитной железобетонной плитой диаметром 20 м, толщиной 500 мм с монолитным железобетонным ребром (кольцом) под стенкой резервуара высотой 1 м и шириной 2 м с выступами за пределы стенки резервуара на 1 м и устройством песчаной подушки внутри кольца.
Расчет выполнен шаговым методом последовательных нагружений с учетом изменения расчетной схемы на каждом шаге приложения нагрузки[5]. На 1-м шаге моделируется нагрузка от веса фундамента, 2-й шаг - моделируется добавление нагрузки от веса конструкций резервуара при его сооружении (стены, днища и крыши), 3-й шаг - добавление нагрузки от давления нефтепродуктов при заполнении резервуара.
Грунтовое основание моделировалось сплошной, однородной, упруго-пластической средой, предусматривающей образование зоны упругих деформаций, в которой распределение напряжений подчиняется закону Гука, и зоны пластических деформаций, в которой распределение напряжений происходит в соответствии с условием предельного состояния Кулона-Мора.
Нагрузка от веса конструкций резервуара прикладывалась к железобетонному ребру на расстоянии 1 м от края по периметру опирания стенки на ребро. Нагрузка от давления нефтепродуктов при моделировании заполнения представлена равномерно распределенной по днищу резервуара. Для расчета величины нагрузки принята средняя плотность нефтепродуктов 870 кг/м3. напряженный деформированный фундамент нагрузка резервуар
Для построения моделей использовались физически нелинейные конечные элементы (КЭ): для фундамента - КЭ №236 и №234, для грунтов - КЭ №276 и №274, предназначенные для моделирования работы грунта на сжатие с учетом сдвига в соответствии с теорией прочности Кулона-Мора.
Оценка НДС производилась для разных инженерно-геологических условий (основание было представлено суглинками, супесями и глинами), и разных характеристик материала фундамента (при использовании бетонов В15, В20 и В25).
Анализ результатов расчета показал, что во всех исследуемых случаях происходит увеличение напряжений в фундаменте при приложении нагрузки от веса конструкций резервуара (2-й шаг нагружения) и снижение напряжений при моделировании заполнения резервуара нефтепродуктами (3-й шаг нагружения). При этом при моделировании возведения металлоконструкций резервуара максимальные напряжения в фундаменте зафиксированы в кольцевой части под стенкой резервуара, а при заполнении резервуара нефтепродуктами максимальные напряжения наблюдались в плитной части. Максимальные значения напряжений в фундаменте зафиксированы при моделировании из бетона класса В25, а максимальные изменения напряжений в фундаменте отмечены при моделировании из бетона В15. В грунтах максимальные значения напряжений зафиксированы в глинах. Максимальные изменения напряжений в грунтах на 1-м шаге нагружения зафиксированы в супеси, на 2-м - в суглинках. Максимальные изменения напряжений в грунтах на 3-м этапе нагружения отмечены в суглинках при моделировании фундамента из бетона В15 и в глинах, при моделировании фундамента из бетона классов В20 и В25.
В результате расчета были найдены зависимости максимальных напряжений в фундаменте от модуля деформации бетона и модуля деформации грунтов для каждого шага нагружения (табл. 1).
Таблица 1
Зависимости максимальных напряжений в фундаменте от модуля деформации бетона и модуля деформации грунтов
Этап |
Зависимость |
I - сооружение фундамента | |
II - сооружение металлоконструкций | |
III - заполнение нефтепродуктами |
Изменение напряжений в фундаменте на разных этапах нагружения в большей степени зависит от деформационных характеристик материала фундамента.
Характер изменения напряжений при сооружении резервуара и при заполнении нефтепродуктами будет зависеть от конструктивных параметров резервуара, его диаметра и вместимости, с учетом которых рассчитывается нагрузка от веса нефтепродуктов.
При многократном опорожнении и заполнении резервуара нефтепродуктами напряжения в фундаменте и элементах конструкции могут возрастать.
Важно отметить, что неравномерная осадка основания, осадка типа "крен", и, как следствие, смещение центра тяжести, могут привести к неравномерному распределению нагрузки от давления хранимого продукта в опорной поверхности фундамента в местах контакта с днищем резервуара и к увеличению напряжений в стенке и соединительных узлах уторного шва.
Литература
- 1. Волчков А. Р. Фундаменты вертикальных стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2014. №4(16). С. 52-56. 2. Мансурова С. М., Тляшева Р. Р., Ивакин А. В., Шайзаков Г. А., Байрамгулов А. С. Оценка напряженно-деформированного состояния стального цилиндрического резервуара с учетом эксплуатационных нагрузок // Нефтегазовое дело: электронный научный журнал. 2014. №1.С. 329-343. 3. Оленев Н. М. Хранение нефти и нефтепродуктов. М.: Недра. 1964. 429с. 4. Прокопов А. Ю., Акопян В. Ф., Гаптлисламова К. Н. Изучение напряженно-деформированного состояния грунтового массива и взаимного влияния подземных конструкций существующих и вновь возводимых сооружений в береговой зоне морского порта Тамань // Инженерный вестник Дона, 2013, №4 5. Прокопова М. В., Ткачева К. Э., Васьковцова Я. С. Моделирование работы конструкций с учетом этапности возведения // Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений. Вып. 17. Донецк: Норд-Пресс, 2011. С. 45-47. 6. Сильницкий П. Ф., Тарасенко М. А., Тарасенко А. А. Расчет фундаментного кольца с дефектами // Нефть и газ. 2011. №5. С. 75-77. 7. Тарасенко А. А., Чепур П. В. Эволюция взглядов на вопросы определения величины допустимых осадок резервуаров // Фундаментальные исследования.2014. №12. С. 67-84. 8. Фундаменты стальных резервуаров и деформации их оснований.- М.: АСВ. 2009. 336 с. 9. Чирков С. В., Тарасенко А. А., Чепур П. В. Конечно-элементная модель вертикального стального резервуара с усиливающими элементами при его подъеме гидродомкратами // Фундаментальные исследования. 2014. №9. С. 1003-1007. 10. Чмшкян А. В. Взаимодействие конического штампа с неоднородным основанием // Инженерный вестник Дона, 2012, №4, Ч. 2.URL: ivdon. ru/ru/magazine/archive/n4p2y2012/1391. 11. Khmeleva A. I. Foundations of vertical steel tanks for oil and oil products // Modern scientific researches and innovations. 2015. №5.pp. 60-66. 12. Tarasenko A. A., Silnitskiy P. F., Tarasenko D. A. The problems of designing the heat insulation for bases of vertical steel cylindrical tanks constructed in the cryolithozone / Tenth Internmational conference on permafrost. TICOP. Resources and risks of permafrost areas in a changing world Proceedings. 2012. pp. 583-584.
Похожие статьи
-
Проведение геологоразведки перед проектированием оснований и фундаментов резервуаров Геологические и гидрогеологические исследования При проектировании...
-
Принцип проектирования оснований по предельным состояниям взамен принятого по допускаемым давлениям, исходя из условий совместной работы всей конструкции...
-
Искусственные основания - Фундаменты под резервуары. Решение проблемы протаивания фундаментов
К искусственным основаниям относятся: - искусственно упрочненные грунты основания (путем уплотнения, химического закрепления или забивки бетонных или...
-
Причины развития неравномерных осадок уплотнения - Расчет нагрузок на фундамент
Основным в расчете фундаментов является расчет осадок, в связи с чем необходимо отметить, что фактические осадки при неправильном производстве работ по...
-
Устройство фундаментов - Фундаменты под резервуары. Решение проблемы протаивания фундаментов
Фундамент -- это часть сооружения, передающая нагрузку от веса сооружения на грунты основания и распределяющая эту нагрузку на такую площадь основания,...
-
Рис. 6 : Усиление узла примыкания стенки к днищу: 1 - песчанная подсыпка; 2 - раскосы; 3 - железобетонное кольцо; 4 - стенка РВС; 5 - днище РВС; 6 -...
-
Расчетная нагрузка на фундамент N=132,34 кН/м, гn=0.95. Бетон B15, гb2=1,0; арматура A-III. Нагрузка с учетом коэффициента надежности по ответственности...
-
Строительные конструкции, Выбор фундаментов - Архитектура и строительство
Выбор фундаментов Проектирование оснований и фундаментов заключается в выборе основания, типа, конструкции и основных размеров фундамента в совместном...
-
С целью выявления особенностей напряженно-деформированного состояния стены со стороны возможного взрыва при действии взрывной нагрузки численные...
-
Расчет сборной железобетонной колонны Сбор нагрузок и определение продольной силы в колонне первого этажа Исходные данные S0 =1,8 кН/м2 III снеговой...
-
Свайные фундаменты - Фундаменты под резервуары. Решение проблемы протаивания фундаментов
Традиционный подход к устройству свайных фундаментов: Такой тип фундамента достаточно часто применяется на площадках, сложенных слабыми грунтами (См....
-
Проектируемое сооружение следует рассматривать совместно с основанием, на котором оно покоится, так как под воздействием веса сооружения и других...
-
Тело фундамента рассчитывается на расчетные усилия (N, M), а основания на гормативные усилия (Nser, Mser). Усилия колонны у заделки в фундаменте: 1....
-
Часто для увеличения надежности конструкции и сохранении экономичности используют переходную конструкцию между естественными и искусственными...
-
Согласно СНиП 2.05.03, параметры фундамента мелкого заложения устанавливаются расчетами по первой группе предельных состояний на основе сочетания...
-
Целью курсовой работы является проектирование фундаментов двух видов - мелкого заложения и свайного, под железобетонный водосброс. Фундаменты должны...
-
Использование при строительстве гидротехнических сооружений разных видов сложности и капитальности невозможно без использования современных материалов....
-
Для дальнейшего расчета фундамента необходимо определить нагрузки. Определение нагрузок на внутреннюю стену Грузовая площадь - (3,15 + 3,1) 1 = 6,3 м2 по...
-
Исследование влияния уширения и длины фундамента в вытрамбованном котловане на несущую способность
Представлены результаты исследований зависимости несущей способности от диаметра уширения и глубины заложения фундаментов в вытрамбованных котлованах....
-
Первой работой, в которой описаны лессовые отложения в районе р. Дона, является исследование Н. Д.Борисяка, опубликованное в 1867 г., Генетическую...
-
Кольцевые фундаменты - Фундаменты под резервуары. Решение проблемы протаивания фундаментов
В сочетании с подсыпкой на основание часто практикуется фундамент под стенку. Так, в соответствии с ГОСТ 52910-2008 "...в качестве фундамента резервуара...
-
Столбчатые фундаменты - Виды крыш и кровель, нагрузки и воздействия на крыши
При небольших нагрузках на фундамент, когда давление на основание меньше нормативного, непрерывные ленточные фундаменты под стены малоэтажных домов без...
-
Расчет основания и фундамента по второй группе предельных состояний - это расчет по деформациям. Расчет основания и фундамента по деформациям...
-
Фундаментом называется подземная часть здания, воспринимающая всю нагрузку от здания и передающая эту нагрузку на основание. Фундаменты работают в...
-
Свайный фундамент перегородка деформационный Фундаментом называют нижнюю (подземную или подводную) конструкцию здания или сооружения, которая...
-
Свайные фундаменты - Виды крыш и кровель, нагрузки и воздействия на крыши
Используют их при строительстве на слабых сжимаемых грунтах, а также в тех случаях, когда достижение естественного основания экономически или технически...
-
Цель Инженерно-геологического изучения оснований промышленных, городских, транспортных и гидротехнических сооружений - Оценка деформируемости и сдвига...
-
Железобетонный усиленный ленточный фундамент: При большой толще слабых грунтов для предотвращения значительных неравномерных осадок естественных...
-
Рассчитаем конструкцию фундамента по первой и второй группе предельных состояний. В качестве материала плиты фундамента согласно требованиям назначаем...
-
Исходные данные: Требуется рассчитать и запроектировать ленточный фундамент под внутреннею стену по оси В 5-ти этажного жилого дома. Кровля скатная,...
-
Техническое обслуживание и ремонт фундамента - Видовая характеристика фундаментов
Для эффективного содержания фундаментов специалистам нужно знать нормативные эксплуатационные требования к ним, указанные в СНиПе, и возможные...
-
Свайные фундаменты и сваи по несущей способности грунтов основания рассчитываются по формуле NСв FD / G, (3.1) Где NСв - расчетная нагрузка, передаваемая...
-
Конструируем ростверк. Сваю размещаем по центру ростверка. Проверяем фактическую нагрузку на сваю. Объем бетона ростверка: ; объем грунта на ступенях: ....
-
Верхний пояс работает одновременно на изгиб в вертикальной и горизонтальной плоскости. Проверим нормальные напряжения в верхнем поясе (точка А): , где...
-
Исходные данные: Фундамент стаканного типа под колонну размерами, глубина заложения относительно пола подвала. , , Коэффициенты: - коэффициенты формы...
-
Требуемая площадь сечения колонны: Сбор нагрузок на колонну Нагрузка на перекрытие: Нагрузка на покрытие: Вес главной и второстепенной балок: Собственный...
-
Виды дефектов фундамента и способы их устранения
Виды дефектов фундамента и способы их устранения Ремонт и усиление оснований и фундаментов. Появление трещин в стенах здания в большинстве случаев...
-
Исходные данные Расчетное сопротивление грунта основания - R = 0,25МПа. Расстояние от обреза фундамента до отметки пола - 0,15 м. Сечение колонны: bKHK =...
-
Особенности проектирования строительных конструкций, Расчет фундамента - Индивидуальный жилой дом
Расчет ширины подушки ленточного фундамента под наружную несущую кирпичную стену проектируемого жилого дома, расчет и конструирование подушки ленточного...
-
Геометрические характеристики приведенного сечения Размеры расчетного двутаврового сечения определены ранее, см. п. 2.2: - толщина полок мм; - ширина...
Исследование напряженно-деформированного состояния фундамента вертикального резервуара с учетом динамики эксплуатационных нагрузок