ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
СОСУДЫ И АППАРАТЫ.
АППАРАТЫ КОЛОННОГО ТИПА
НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ
ГОСТ 24757-81
(СТ СЭВ 1645-79)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО
СТАНДАРТАМ
Москва
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
|
СОСУДЫ
И АППАРАТЫ.
АППАРАТЫ КОЛОННОГО ТИПА
Нормы
и методы расчета на прочность
Vessels and apparatus. Apparatus
of column type. Norms and methods of strength calculations
|
ГОСТ
24757-81
(СТ
СЭВ 1645-79)
|
Постановлением
Государственного комитета СССР по стандартам от 15 мая 1981 г. № 2411 срок
введения установлен
с
01.07.81
Несоблюдение стандарта преследуется по закону
Настоящий стандарт
распространяется на аппараты колонного типа по ГОСТ 24305-80. Стандарт устанавливает
методы расчета на прочность колонных аппаратов, работающих под действием
внутреннего, избыточного или наружного давления, собственного веса и изгибающих
моментов от ветровых нагрузок или сейсмических воздействий, а также изгибающих
моментов, возникающих от действия ветровых нагрузок.
Стандарт полностью
соответствует СТ СЭВ 1645-79.
1.1. При расчете колонного
аппарата устанавливаются следующие основные расчетные сечения:
поперечные сечения корпуса колонны,
переменные по толщине стенки или диаметру (I-I, II-II, ..., Z-Z по
черт. 1);
для аппаратов постоянного сечения (по диаметру и толщине стенки) - только поперечное сечение в
месте присоединения опорной обечайки;
поперечное сечение в месте
присоединения опорной обечайки к корпусу колонны (Z-Z по черт. 1, 2);
поперечное сечение опорной
обечайки в местах расположения отверстий (X-X по
черт. 1,
2);
поперечное сечение в месте
присоединения опорного кольца (Y-Y по
черт. 1,
2).
Расчетные сечения колонного
аппарата
Черт. 1
Цилиндрические опорные
обечайки
Черт.
2
Примечание. Черт. 1 и 2 не определяют конструкцию и приведены только для
указания расчетных размеров.
1.2. Для расчета местных
нагрузок следует рассмотреть дополнительные расчетные сечения (А-А, В-В по черт. 1).
Термины, использованные в
стандарте, и их условные обозначения приведены в справочном приложении.
2.1.1. Расчетное давление p1 в рабочих условиях для
каждого расчетного сечения и пробное давление р2,
измеряемое в верхней части колонны, - по ГОСТ 14249-80.
2.1.2. Гидростатическое
давление рн во время гидроиспытания колонны в вертикальном
положении необходимо определять для каждого расчетного сечения по формуле
pН = g·(Н-х0). (1)
Для воды g = 10-5 Н/мм3 (10-3
кгс/см3)
При расчете колонн должны
быть учтены следующие весовые нагрузки:
G1 - вес колонны в рабочих
условиях, включая вес обслуживающих площадок, изоляции, внутренних устройств и
рабочей среды, Н (кгс);
G2 - вес колонны при
гидроиспытании, включая вес жидкости, заполняющей колонну, Н (кгс);
G3
-
максимальная нагрузка колонны от собственного веса в условиях монтажа, Н (кгс);
G4 - минимальная нагрузка
колонны от собственного веса в условиях монтажа (после установки колонны в
вертикальное положение), Н (кгс).
Примечание. Необходимо учитывать, что нагрузка от веса воды, заполняющей колонну в
условиях испытания, действует только на нижнее днище и расчетные сечения
опорной обечайки.
2.3.1. Максимальный
изгибающий момент МG от действия эксцентрических
весовых нагрузок, в том числе от присоединяемых трубопроводов и других
нагрузок, необходимо определять для каждого расчетного сечения.
2.3.2. Изгибающие моменты MV от действия ветровых
нагрузок - по ГОСТ 24756-81.
2.3.3. Изгибающие моменты от
сейсмических воздействий МR по ГОСТ 24756-81.
При расчете колонных
аппаратов снеговые нагрузки не учитывают.
В случае необходимости
температурные напряжения определяют специальными методами расчета.
Расчет локальных напряжений
от местных нагрузок на колонне (например, трубопроводы, краны, лестницы и др.)
производят по нормативно-технической документации, утвержденной в установленном
порядке. Для этого необходимо определить общие мембранные напряжения в
соответствующих дополнительных расчетных сечениях (А-А, В-В по черт. 1) sх и sу по п. 4.1.
Расчетную температуру для
каждого элемента колонного аппарата следует определять по ГОСТ 14249-80.
Для элементов нижнего
опорного узла опорных обечаек, которые приварены к корпусу колонны и
изолированы, расчетную температуру в рабочих условиях определяют по формуле
tA = maх (tK -Dt; 20 °С), (2)
где Dt -
перепад температуры по черт. 3.
Перепад температуры в
опорной обечайке
Dt = 10 + 0,132h3
+ 0,249·10-3·h3 -
0,305·10-6·h
+ 0,934·10-10·h
Черт. 3
Расчетная температура для
условий испытания и монтажа принимается 20 °С.
Колонный аппарат необходимо
рассчитывать для следующих трех условий работы аппарата:
рабочие условия;
условия испытания;
условия монтажа.
Сочетания нагрузок для
перечисленных условий приведены в таблице
|
Индекс условий работы
|
Условия работы
|
Давление р, МПа
(кгс/см2)
|
Осевое сжимающее
усилие, Н (кгс)
|
Расчетный изгибающий
момент М, Н·мм,
(кгс·см)
|
Допускаемые напряжения,
МПа (кгс/см2)
|
|
1
|
Рабочие условия
|
p1
|
F1 = G1
|
M1 = MG + MV
В районах с сейсмичностью 7 и более баллов
принимается большее из двух значений:
M1 = MG + MV
M1 = MG + MR
|
[s]A
[s]K
[s]О
|
|
2
|
Условия испытания
|
р2; pн
|
F2 = G2
|
M2 = MG + MV
|
[s]A
|
|
3
|
Условия монтажа
|
0
|
F3 = G3
|
|
|
|
|
|
Для анкерных болтов
|
Принимается большее из двух значений:
M3 = MG + MV ;
M3 = MG + 0,8MV
|
|
|
|
|
|
|
В районах с сейсмичностью 7 и более баллов
принимается большее из трех значений:
|
|
|
|
|
|
F4 = G4
|
M3 = MG + MV
M3 = MG + 0,8MV
M3 = MG + MR ;
|
|
Примечания:
1. При расчете моментов M V
и M R
исходят
из общей весовой нагрузки в
рабочих условиях.
2. При расчете момента M V
исходят
из общей весовой нагрузки в условиях испытания.
3. При расчете моментов M V
и M R
исходят
из общей весовой нагрузки в условиях монтажа M V
, учитывают изоляцию.
4.1.1. Расчет напряжений
Расчет напряжений следует
проводить во всех сечениях, указанных в разделе 1, для рабочих условий (F=F1; M=M1; p=p1) и для условий монтажа (F=F3; М=М3; р=0).
4.1.2. Продольные напряжения
sx следует рассчитывать:
на наветренной стороне по
формуле (3)
sx
= 
-
+
; (3)
на подветренной стороне по
формуле (4)
sx
= 
-
-
. (4)
4.1.3. Кольцевые напряжения sy следует рассчитывать по
формуле (5)
sy
= 
(5)
4.1.4. Эквивалентные
напряжения следует рассчитывать:
на наветренной стороне по
формуле (6)
sЕ
= 
; (6)
если sx
< 0, то jТ = 1,0, если sy < 0, то jр = 1,0;
на подветренной стороне по
формуле (7)
sЕ
= 
; (7)
если sx
< 0, то jТ = 1,0, если sy < 0, то jр = 1,0.
4.1.5. Проверку условий
прочности следует проводить:
на наветренной стороне по
формуле (8)
max {|sx
|; sЕ
} £ [s]К·jТ; (8)
если sx
< 0, то jТ = 1,0;
на подветренной стороне по
формуле (9)
max {|sx
|; sЕ
} £ [s]К·jТ; (9)
если sx
< 0, то jТ = 1,0;
4.2. Проверка устойчивости
Проверку устойчивости
следует проводить для рабочих условий, условий испытания и монтажа.
4.2.1. Колонны,
работающие под внутренним избыточным давлением, и колонны, работающие без
давления.
Если толщина стенки s3 опорной обечайки меньше или
равна толщине стенки самой нижней обечайки колонны и механические свойства
материала опорной обечайки не выше соответствующих свойств материала обечайки
колонны, то расчет колонного аппарата не производят. В этом случае достаточно
провести проверку устойчивости опорной обечайки по п. 5.3. Для остальных колонн проверку устойчивости следует
проводить для каждого основного расчетного сечения по формуле (10).
1,0. (10)
Нагрузки принимают в
соответствии с таблицей.
Значения [F] и [М]
определяют по ГОСТ 14249 - 80, соответственно, для рабочих условий, условий
испытания и монтажа.
4.2.2. Колонны, работающие
под наружным давлением
Для условий испытания и
монтажа проверку устойчивости необходимо проводить в соответствии с
требованиями п. 4.2.1.
Для рабочих условий проверку
устойчивости для каждого основного расчетного сечения, следует проводить по
формуле (11)
1,0, (11)
где [р], [F], [М] - определяют
по ГОСТ 14249-80 для рабочих условий.
5.1. Расчет опорной обечайки
следует проводить для рабочих условий и для условий испытания. Расчетные
нагрузки в сечениях Z-Z (Fz = Gz; Мz) и Y-Y (FY=GY;
MY) следует принимать в
соответствии с таблицей. Для сечения Х-Х используют расчетные нагрузки
сечения Y-Y.
5.2. Проверку прочности
сварного шва, соединяющего корпус колонны с опорной обечайкой (сечение Z-Z
по черт. 1,
2),
следует проводить по формуле (12)
sx = 
·min{[s]0; [s]К} (12)
Толщина сварного шва а1
приведена на черт. 4
5.3.
Проверку устойчивости опорной обечайки в зоне отверстия (сечение Х-Х по
черт. 1,
2)
следует проводить по формуле (13)
, (13)
где
[F], [M] - определяют
по ГОСТ 14249-80;
y1, y2, y3 - коэффициенты,
определяемые соответственно по черт. 5, 6 и 7.
Если в сечении Х-Х
несколько отверстий, то расчет следует проводить для наибольшего из отверстий
по формуле (13)
при условии, что для остальных отверстий коэффициенты y1 и y2 более 0,95. Если не
соблюдены условия y1 > 0,95 и y2 > 0,95, то проверку
устойчивости необходимо проводить по формуле (13) при
где A, W, Ys - соответственно площадь,
наименьший момент сопротивления и координата центра тяжести наиболее
ослабленного поперечного сечения.
5.4. Если в опорной обечайке
есть кольцевой шов, то проверку следует проводить по формуле (14)
sx = 
(14)
где:y1, y2, y3 - коэффициенты,
определяемые соответственно по черт. 5, 6 и 7.
Если кольцевой шов находится
вне зоны отверстий, то коэффициенты
y1 = y2 = 1,0 и y3 = 0.
Узлы соединения опорной
обечайки с корпусом колонны
Черт. 4
Черт.
5
Черт.
6
Черт.
7
6.1. Расчет нижнего опорного
узла следует проводить для рабочих условий и для условий испытания. Расчетные
нагрузки Fy и My принимают в соответствии с разд. 5.
6.2. Ширина опорного кольца
Ширина нижнего опорного
кольца b1 устанавливается конструктивно, при этом необходимо
соблюдать условие формулы (15)
b1 ³ b1R = 
(15)
Выступающая ширина нижнего
опорного кольца должна удовлетворять условию
2d2 + 30 мм £ b2 £ 
b1. (16)
6.3. Напряжение сжатия в
бетоне следует рассчитывать по формуле (17)
sбет = [s]бет·
(17)
6.4. Напряжение в сварном
шве нижнего опорного кольца.
Для опорного кольца в
исполнении А (черт. 8) рассчитывают по формуле (18)
sх = 
(18)
Для опорных колец в
исполнениях В, С, D (черт. 8) проверку по формуле (18)
проводить не следует.
6.5. Толщину нижнего,
опорного кольца в исполнениях А, В, С, D следует рассчитывать по формуле (19)
s4 ³ max
(19)
|
где c1=
|
1,0 - для опорного кольца исполнения А
по черт. 9
- для опорных колец исполнений В, С, D
|
Для опорного кольца
исполнения А толщину s4 дополнительно следует
проверить по формуле (20)
s4 ³ 
+ с. (20)
Если по формуле (19) или
(20)
будет получена величина s4 > 2s3 следует применять
конструкции нижнего опорного узла исполнений С или D.
6.6.
Толщину верхнего опорного элемента - кольца следует рассчитывать по формуле (21)
s5 ³ max
(21)
где c2 - коэффициент, определяемый
по черт. 10
6.7.
Толщина ребра
s7 = max
(22)
|
где c3=
|
2,0 - для исполнений
опорного узла В и D (черт. 8)
1,0 - для исполнения
опорного узла С (черт. 8)
|
Для конструкции ребер с
соотношением 
> 20 ребра необходимо
дополнительно проверять на устойчивость.
6.8.
Нагрузки стенки опорной обечайки от верхнего опорного элемента-кольца.
Местное напряжение изгиба
следует рассчитывать по формуле (23)
(23)
где c4 - коэффициент, определяемый
по черт. 11.
Для опорного узла исполнения
С вместо b4 принимается b5, a для исполнения D
(b6 +b7).
Проверку следует проводить
по формуле (24)
s1x £ [s]п, (24)
где [s]п - предельное напряжение
изгиба принимается по действующей нормативно-технической документации.
6.9. Высота нижнего опорного
узла исполнений С и D.
Исполнения
опорного узла
Черт. 8
Высоту h1
опорного узла при выполнении условия b2 = b5, следует определять по
формуле (25)
h1
(25)
при s5 » 2s3
Черт.
9
Черт. 10
Черт. 11
c5 = 1+ c7, c6 = 1 + 2c7
c7 = 
Толщины s5, s7 и s3
необходимо рассчитывать дополнительно соответственно по пп. 6.6, 6.7 и 6.8.
Расчет прочности анкерных
болтов следует производить для рабочих условий и условий монтажа.
7.1. Число анкерных болтов п
устанавливают конструктивно, при этом
п = 4, 6, 8, 10, 12, 16...
далее кратно 4.
7.2. Внутренний диаметр
резьбы анкерных болтов для колонн, устанавливаемых на бетонных фундаментах,
следует определять по формуле (26)
d2 ³ c8
+ c, (26)
где c8 - коэффициент, определяемый
по черт. 12.
Для условий монтажа FY = F4
Примечание. Если величина 
> 1,0, то (27)
число болтов должно быть:
не менее 4 при М24 - для колонн диаметром D1<1400 мм;
не менее 6 при М30 - для колонн диаметром 1400 мм <D1£2200 мм;
при D1>2200 мм болты диаметром М36 мм устанавливают с шагом 1200 мм, но во всех случаях число болтов должно быть
не более 12.
Черт. 12
Справочное
а1 - толщина сварного шва в месте
приварки опорной обечайки (черт. 4), мм (см);
а2 - толщина сварного шва в месте
приварки опорной обечайки к нижнему кольцу (черт. 9), мм (см);
b1 - ширина нижнего опорного
кольца (черт. 8),
мм (см);
b1R - расчетная ширина нижнего
опорного кольца, мм (см);
b2
- выступающая
ширина нижнего опорного кольца (черт. 8), мм (см);
b3
- длина
укрепляющего штуцера (черт. 5), мм (см);
b4
- длина
верхнего опорного элемента (черт. 8), мм (см);
b5
- ширина
верхнего опорного элемента (черт. 8), мм (см);
b6 - минимальное расстояние между
двумя смежными ребрами (черт. 8), мм (см);
b7 - максимальное расстояние между
двумя смежными ребрами (черт. 8), мм (см);
с - сумма всех прибавок к расчетным
толщинам стенок;
d1
- средний
диаметр укрепляющего элемента (черт. 5), мм (см);
d2
- внутренний
диаметр резьбы анкерного болта, мм (см);
е1- диаметр окружности, вписанной
в шестигранник гайки анкерного болта, мм (см);
е2 - расстояние между анкерным
болтом и опорной обечайкой (черт. 8), мм (см);
h1 - высота опорного узла (черт. 2 и 8), мм (см);
h2
- высота фундамента (черт. 1, 2), мм
(см);
h3
- высота
опорной обечайки (черт. 1, 2), мм (см);
n -
число анкерных болтов;
p1 - расчетное давление в рабочих условиях, измеряемое на
высоте Х0 (внутреннее избыточное давление р >
0 или наружное давление р < 0), МПа (кгс/см2);
p2
- пробное давление, измеряемое
в верхней части колонны, МПа (кгс/см2);
pн - гидростатическое давление в условиях испытания,
измеряемое на высоте х0, МПа (кгс/см2);
[р] - допускаемое
наружное давление, МПа (кгс/см);
s1 - исполнительная толщина стенки колонны в соответствующем
расчетном сечении (черт. 1), мм (см);
s2
-
исполнительная толщина стенки нижнего днища колонны (черт. 1, 2), мм
(см);
s3
-
исполнительная толщина стенки опорной обечайки (черт. 1, 2), мм (см);
s4
-
исполнительная толщина нижнего опорного кольца (черт. 8), мм (см);
s5
-
исполнительная толщина верхнего опорного элемента (черт. 8), мм
(см);
s6
-
исполнительная толщина укрепляющего штуцера (черт. 5), мм (см);
s7
-
исполнительная толщина ребра (черт. 8), мм (см);
tA - расчетная температура
опорного узлов рабочих условиях, °С;
tК - расчетная температура нижнего
днища колонны в рабочих условиях, °С;
х0 - высота расчетного сечения над
поверхностью земли (черт. 1), мм (см);
Аб - площадь поперечного сечения
анкерного болта по внутреннему диаметру резьбы, мм2 (см2);
D1 - внутренний диаметр колонны в соответствующем
расчетном сечении (черт. 1), мм (см);
D2
- максимальный диаметр колонны
(включая изоляцию) (черт. 1), мм (см);
D3 - внутренний диаметр опорной обечайки (черт. 1 и 2) мм (см); у конических обечаек D3
-
внутренний диаметр в соответствующем исследуемом расчетном сечении;
D4
- диаметр окружности анкерных
болтов (черт. 1
и 2),
мм (см);
F - расчетное осевое сжимающее усилие в соответствующем,
расчетном сечении на высоте х0, Н (кгс) (без учета
нагрузок, возникающих от внутреннего избыточного или наружного давления);
F1 - в рабочих условиях;
F2 - в условиях испытания;
F3 - в условиях монтажа;
[F] - допускаемое осевое
сжимающее усилие, Н (кгс);
G - нагрузка от собственного веса, определяемая над
соответствующим расчетным сечением на высоте х0, Н (кгс);
G1
- в
рабочих условиях;
G2 - в условиях испытания;
G3 - в условиях монтажа
(максимальная нагрузка от собственного веса);
G4
- в
условиях монтажа (минимальная нагрузка от собственного веса);
Н - общая высота колонны от
поверхности земли (черт. 1), мм (см);
М - расчетный изгибающий момент в
соответствующем расчетном сечении на высоте х0, Н·мм
(кгс·см);
МG -
изгибающий
момент от действия эксцентрических весовых нагрузок в соответствующем расчетном
сечении на высоте х0, Н·мм (кгс·см);
MV - изгибающий момент от
действия ветровых нагрузок в соответствующем расчетном сечении на высоте х0,
Н·мм (кгс·см);
МR -
расчетный
изгибающий момент от сейсмических воздействий в соответствующем расчетном
сечении на высоте х0, Н·мм (кгс·см);
M1, MG
, MV
, MR
- в рабочих условиях;
M2, MG
, MV
, MR
- в условиях испытания;
M3, MG
, MV
, MR
- в условиях монтажа (без изоляции);
M4, MG
, MV
, MR
- в условиях монтажа (с изоляцией);
[М] - допускаемый изгибающий
момент, Н·мм (кгс·см);
g
- удельный вес испытательной среды при гидроиспытании, Н/мм3 (кгс/см3);
c1, c2, c3, c4, c5, c6, c7, c8 - коэффициенты;
sх -
продольные напряжения, МПа (кгс/см2);
sy - кольцевые напряжения, МПа
(кгс/см2);
sE -
эквивалентное напряжение, МПа (кгс/см2);
s бет - напряжение бетона на сжатие, МПа (кгс/см2);
s1х
- местное напряжение изгиба в опорной обечайке, МПа (кгс/см2);
[s]А - допускаемое напряжение для соответствующего элемента
опорного узла, МПа (кгс/см2);
[s]К - допускаемое напряжение для корпуса колонны, МПа (кгс/см2);
[s]О - допускаемое напряжение для опорной обечайки, МПа (кгс/см2);
[s]А
, [s]К
, [s]О
- в рабочих условиях;
[s]А
, [s]К
, [s]О
- в
условиях испытания и монтажа;
[s]В - допускаемое напряжение в анкерных болтах по строительным
нормам при соответствующем сочетании нагрузок, МПа (кгс/см2);
[s]бет - допускаемое напряжение бетона на сжатие, МПа (кгс/см2);
[s]п - предельное напряжение изгиба, МПа (кгс/см2);
jр -
коэффициент прочности продольного сварного шва;
jт -
коэффициент прочности кольцевого сварного шва;
js - коэффициент прочности
сварного шва, присоединяющего опорную обечайку к корпусу колонны (черт. 4);
y1 y2 y3 -
коэффициенты;
Dt - перепад температуры в опорной обечайке, °С.
СОДЕРЖАНИЕ
