Расчет допускаемых нагрузок на патрубки врезок в стенку резервуара

5.23.1 Максимальные значения нагрузок на патрубки определяются в виде комбинаций трех усилий (5.23.4). Значения сосредоточенных усилий со стороны патрубков, возникающих от гидростати­ческого давления в резервуаре, осадок основания и температурных воздействий, уточняются при технологическом проектировании и предоставляются заказчиком.

5.23.2 Проверка прочности выполняется для сварных швов крепления обечайки патрубка к стенке и усиливающему листу, а также для участков стенки, примыкающих к усиливающему листу.

5.23.3 Требования настоящего подраздела распространяются на врезки с размерами, регламентированными в 6.8, и со значениями условных диаметров патрубков D _у, соответствующими области, выделенной на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 — Область допустимых значений условных диаметров патрубков D _у

5.23.4 Нагрузки на патрубок задаются в виде комбинаций трех усилий (рисунок 5.4): радиальной силы вдоль оси патрубка кН, изгибающего момента в вертикальной плоскости кН·м, и изгибающего момента в горизонтальной плоскости кН·м. На рисунке 5.4 показаны положительные направления усилий.

Рисунок 5.4 — Нагрузки на патрубок врезки в стенку резервуара

5.23.5 Допускаемыми являются такие комбинации нагрузок, которые обеспечивают несущую способность сварных швов по предельным состояниям и попадают в область для врезки с соответ­ствующими размерами (рисунок 5.5). Область допускаемых нагрузок получают в результате расчета конечно-элементной модели, включающей стенку, окрайку днища, патрубок, усиливающий лист и все швы в зоне врезки. Моделирование осуществляется с применением трехмерных конечных элементов и обеспечивает многослойную разбивку по толщине стенки, патрубка и сварных швов. Методика получения границы области допускаемых нагрузок приведена в 5.23.6.

Рисунок 5.5 — Область допускаемых нагрузок на патрубок

5.23.6 Размеры области допускаемых нагрузок (см. рисунок 5.5) определяются по формуле

(5.33)

где i = 1…4;

. (5.34)

Максимально допустимое значение M_{С max} момента при определяется по формуле

(5.35)

где R — определяется по 5.21.8 для

5.23.7 Коэффициент l определяется в зависимости от момента из условий:

если < , (5.36)

если . (5.37)

5.23.8 Безразмерные коэффициенты e _{1 i} , e _{2 i} и e _{3 i} в зависимости от высоты налива резервуара H
и условного прохода патрубка D _у приведены в таблице 5.12.

Таблица 5.12

Н, м	i	D у100	D у300	D у600
e 1 i	e2 i	e3 i	e1 i	e2 i	e3 i	e1 i	e2 i	e3 i
		0,36	–0,74	1,58	0,50	–1,00	4,90	0,70	0,20	3,10
	2,93	–5,48	11,03	1,83	–3,38	20.25	1,13	4,88	–3,75
	–1,19	0,98	–10,19	–1,78	2,19	–17,63	–1,16	–2,38	–16,88
	0,36	–0,70	1,50	0,60	–1,16	3,96	0,70	–0,50	4,30
	–0,34	0,62	–1,42	–0,62	1,62	–5,70	–0,70	–0,10	–3,10
		0,18	–0,12	0,82	1,00	–2,00	5,20	0,40	8,00	–3,50
	1,05	–1,73	8,63	3,00	–4,65	19,80	1,02	13,43	–10,73
	–1,35	1,06	–7,81	–2,63	2,50	–16,25	–2,01	–6,81	–11,81
	0,18	–0,12	0,78	1,10	–2,60	4,90	1,70	–4,50	15,10
	–0,18	0,13	–0,86	–1,00	2,10	–5,50	–0,90	–3,30	–3,60
		0,43	–0,53	0,97	2,00	–3,70	5,50	1,86	3,50	–0,70
	1,43	–0,53	6,98	5,63	–10,13	21,30	7,43	–12,83	23,70
	–3,56	5,56	–10,13	–7,13	10,63	–18,38	–8,13	17,69	–37,50
	0,45	–0,60	0,96	2,10	–3,40	3,80	3,02	–6,60	14,70
	–0,41	0,47	–0,96	–2,00	3,50	–5,44	–1,16	–7,00	4,90

5.23.9 Если предусмотрена термообработка узла врезки, то в формулах (5.33) и (5.35) следует принять , в противном случае

5.23.10 Для учета циклического характера приложения нагрузок используется коэффициент , который зависит от условного количества циклов налива (слива) продукта n_c и определяется следующим соотношением:

(5.38)

если , принимают

Параметры В ₁ и В ₂, МПа, назначаются по таблице 5.13.

Таблица 5.13	В мегапаскалях
Стали	В 1	В 2
Углеродистые
Низколегированные
Аустенитные коррозионностойкие

В таблице 5.13 используется предел выносливости для числа циклов n_c = 106, определяемый для 4-й группы элементов конструкций (СНиП II-23, таблица 83*) и коэффициента асимметрии, равного нулю. Для расчета допускаемых нагрузок на патрубок следует принять = 204 МПа.

Единичным наливом (сливом) продукта следует считать технологическую операцию, при которой уровень налива (слива) изменяется не менее чем на 0,5 H.

5.23.11 Комбинация фактических нагрузок на патрубок является допустимой, если точка с координатами построенная на графике рисунка 5.5, располагается внутри многоугольника.

5.23.12 Комбинация фактических нагрузок на патрубок является недопустимой при выполнении любого из условий:

— точка с координатами построенная на графике рисунка 5.5, располагается за пределами многоугольника;

— многоугольник на рисунке 5.5 вырождается в точку (a ₁ = a ₂ = a ₃ = a ₄ = 0).

5.23.13 Допускаемые нагрузки на патрубки со значением D _y, отличающимся от приведенного
в таблице 5.12, получают интерполяцией.

5.23.14 Возможны два варианта применения методики расчета по 5.23.6 – 5.23.13. Первый вариант предполагает проверку несущей способности врезки на действие заданных комбинаций фактических нагрузок Второй вариант позволяет получить область допускаемых значений для последующей проверки любых комбинаций нагрузок. В этом случае предварительно задается набор значений момента в интервале от 0 до M_{С max}, а затем для каждого из этих значений вычисляются границы области, представленной на рисунке 5.5. Полученный набор многоугольников и представляет область допускаемых значений нагрузок на патрубок.

5.23.15 Для врезок с параметрами, выходящими за пределы указанной в 5.23.3 области
(см. рисунок 5.3), допускаемые нагрузки на патрубки определяются конечно-элементным расчетом. Требования к расчетной модели приведены в 5.23.6. Критерием несущей способности врезки является условие , т. е. максимальная деформация сварного шва e не должна превышать предельно допустимую деформацию этого шва

5.23.16 Деформация сварного шва определяется как удлинение (укорочение) любой из сторон поперечного сечения сварного шва, отнесенное к ее первоначальному размеру. Предельно допустимая деформация шва определяется по формуле

(5.39)

5.23.17 Пример расчета допускаемых нагрузок на патрубок приведен в приложении К.