ГОСТ 24757-81 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Аппараты колонного типа

СОСУДЫ И АППАРАТЫ.
АППАРАТЫ КОЛОННОГО ТИПА

НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ

ГОСТ 24757-81
(СТ СЭВ 1645-79)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПОСТАНДАРТАМ

Москва

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ПостановлениемГосударственного комитета СССР по стандартам от 15 мая 1981 г. № 2411 сроквведения установлен

с01.07.81

Несоблюдение стандарта преследуется по закону

Настоящий стандартраспространяется на аппараты колонного типа по ГОСТ 24305-80. Стандарт устанавливаетметоды расчета на прочность колонных аппаратов, работающих под действиемвнутреннего, избыточного или наружного давления, собственного веса и изгибающихмоментов от ветровых нагрузок или сейсмических воздействий, а также изгибающихмоментов, возникающих от действия ветровых нагрузок.

Стандарт полностьюсоответствует СТ СЭВ 1645-79.

1. РАСЧЕТНЫЕСЕЧЕНИЯ

1.1. При расчете колонногоаппарата устанавливаются следующие основные расчетные сечения:

поперечные сечения корпуса колонны,переменные по толщине стенки или диаметру (I-I, II-II, ..., Z-Z почерт. 1);для аппаратов постоянного сечения (по диаметру и толщине стенки) - только поперечное сечение вместе присоединения опорной обечайки;

поперечное сечение в местеприсоединения опорной обечайки к корпусу колонны (Z-Z по черт. 1, 2);

поперечное сечение опорнойобечайки в местах расположения отверстий (X-X почерт. 1,2);

поперечное сечение в местеприсоединения опорного кольца (Y-Y почерт. 1,2).

Расчетные сечения колонногоаппарата

Черт. 1

Цилиндрические опорныеобечайки

Черт.2

Примечание. Черт. 1 и 2 не определяют конструкцию и приведены только дляуказания расчетных размеров.

1.2. Для расчета местныхнагрузок следует рассмотреть дополнительные расчетные сечения (А-А, В-В по черт. 1).

Термины, использованные встандарте, и их условные обозначения приведены в справочном приложении.

2.РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ И РАСЧЕТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА

2.1. Расчетные давления

2.1.1. Расчетное давление p₁ в рабочих условиях длякаждого расчетного сечения и пробное давление р₂,измеряемое в верхней части колонны, - по ГОСТ 14249-80.

2.1.2. Гидростатическоедавление р_н во время гидроиспытания колонны в вертикальномположении необходимо определять для каждого расчетного сечения по формуле

p_Н = g·(Н-х₀). (1)

Для воды g = 10^-5 Н/мм³ (10^-3кгс/см³)

2.2. Нагрузки от собственного веса.

При расчете колонн должныбыть учтены следующие весовые нагрузки:

G₁ - вес колонны в рабочихусловиях, включая вес обслуживающих площадок, изоляции, внутренних устройств ирабочей среды, Н (кгс);

G₂ - вес колонны пригидроиспытании, включая вес жидкости, заполняющей колонну, Н (кгс);

G₃-максимальная нагрузка колонны от собственного веса в условиях монтажа, Н (кгс);

G₄ - минимальная нагрузкаколонны от собственного веса в условиях монтажа (после установки колонны ввертикальное положение), Н (кгс).

Примечание. Необходимо учитывать, что нагрузка от веса воды, заполняющей колонну вусловиях испытания, действует только на нижнее днище и расчетные сеченияопорной обечайки.

2.3. Расчетные изгибающие моменты

2.3.1. Максимальныйизгибающий момент М_G от действия эксцентрическихвесовых нагрузок, в том числе от присоединяемых трубопроводов и другихнагрузок, необходимо определять для каждого расчетного сечения.

2.3.2. Изгибающие моменты M_V от действия ветровыхнагрузок - по ГОСТ 24756-81.

2.3.3. Изгибающие моменты отсейсмических воздействий М_R по ГОСТ 24756-81.

2.4. Снеговые нагрузки.

При расчете колонныхаппаратов снеговые нагрузки не учитывают.

2.5. Температурные нагрузки.

В случае необходимоститемпературные напряжения определяют специальными методами расчета.

2.6. Местные нагрузки.

Расчет локальных напряженийот местных нагрузок на колонне (например, трубопроводы, краны, лестницы и др.)производят по нормативно-технической документации, утвержденной в установленномпорядке. Для этого необходимо определить общие мембранные напряжения всоответствующих дополнительных расчетных сечениях (А-А, В-В по черт. 1) s_х и s_у по п. 4.1.

2.7. Расчетная температура

Расчетную температуру длякаждого элемента колонного аппарата следует определять по ГОСТ 14249-80.

Для элементов нижнегоопорного узла опорных обечаек, которые приварены к корпусу колонны иизолированы, расчетную температуру в рабочих условиях определяют по формуле

t_A = maх (t_K -Dt; 20 °С), (2)

где Dt -перепад температуры по черт. 3.

Перепад температуры вопорной обечайке

Dt = 10 + 0,132h₃+ 0,249·10^-3·h₃ -0,305·10^-6·h + 0,934·10^-10·h

Черт. 3

Расчетная температура дляусловий испытания и монтажа принимается 20 °С.

3.СОЧЕТАНИЕ НАГРУЗОК

Колонный аппарат необходиморассчитывать для следующих трех условий работы аппарата:

рабочие условия;

условия испытания;

условия монтажа.

Сочетания нагрузок дляперечисленных условий приведены в таблице

Примечания:

1. При расчете моментов M _V и M _R исходятиз общей весовой нагрузки врабочих условиях.

2. При расчете момента M _Vисходятиз общей весовой нагрузки в условиях испытания.

3. При расчете моментов M _V и M _R исходятиз общей весовой нагрузки в условиях монтажа M _V, учитывают изоляцию.

4.КОРПУС КОЛОННОГО АППАРАТА

4.1. Стенка колонного аппарата должна бытьрассчитана на прочность и устойчивость.

4.1.1. Расчет напряжений

Расчет напряжений следуетпроводить 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 напряженияs_x следует рассчитывать:

на наветренной стороне поформуле (3)

s_x= -+; (3)

на подветренной стороне поформуле (4)

s_x= --. (4)

4.1.3. Кольцевые напряжения s_y следует рассчитывать поформуле (5)

s_y= (5)

4.1.4. Эквивалентныенапряжения следует рассчитывать:

на наветренной стороне поформуле (6)

s_Е= ; (6)

если s_x < 0, то j_Т = 1,0, если s_y < 0, то j_р = 1,0;

на подветренной стороне поформуле (7)

s_Е= ; (7)

если s_x< 0, то j_Т = 1,0, если s_y < 0, то j_р = 1,0.

4.1.5. Проверку условийпрочности следует проводить:

на наветренной стороне поформуле (8)

max {|s_x |; s_Е} £ [s]_К·j_Т; (8)

если s_x< 0, то j_Т = 1,0;

на подветренной стороне поформуле (9)

max {|s_x |; s_Е} £ [s]_К·j_Т; (9)

если s_x< 0, то j_Т = 1,0;

4.2. Проверка устойчивости

Проверку устойчивостиследует проводить для рабочих условий, условий испытания и монтажа.

4.2.1. Колонны,работающие под внутренним избыточным давлением, и колонны, работающие бездавления.

Если толщина стенки s₃ опорной обечайки меньше илиравна толщине стенки самой нижней обечайки колонны и механические свойстваматериала опорной обечайки не выше соответствующих свойств материала обечайкиколонны, то расчет колонного аппарата не производят. В этом случае достаточнопровести проверку устойчивости опорной обечайки по п. 5.3. Для остальных колонн проверку устойчивости следуетпроводить для каждого основного расчетного сечения по формуле (10).

1,0. (10)

Нагрузки принимают всоответствии с таблицей.

Значения [F] и [М]определяют по ГОСТ 14249 - 80, соответственно, для рабочих условий, условийиспытания и монтажа.

4.2.2. Колонны, работающиепод наружным давлением

Для условий испытания имонтажа проверку устойчивости необходимо проводить в соответствии стребованиями п. 4.2.1.

Для рабочих условий проверкуустойчивости для каждого основного расчетного сечения, следует проводить поформуле (11)

1,0, (11)

где [р], [F], [М] - определяютпо ГОСТ 14249-80 для рабочих условий.

5. РАСЧЕТОПОРНОЙ ОБЕЧАЙКИ

5.1. Расчет опорной обечайкиследует проводить для рабочих условий и для условий испытания. Расчетныенагрузки в сечениях Z-Z (F_z = G_z; М_z) и Y-Y (F_Y=G_Y;M_Y) следует принимать всоответствии с таблицей. Для сечения Х-Х используют расчетные нагрузкисечения Y-Y.

5.2. Проверку прочностисварного шва, соединяющего корпус колонны с опорной обечайкой (сечение Z-Zпо черт. 1,2),следует проводить по формуле (12)

s_x = ·min{[s]₀; [s]_К} (12)

Толщина сварного шва а₁приведена на черт. 4

5.3.Проверку устойчивости опорной обечайки в зоне отверстия (сечение Х-Х почерт. 1,2)следует проводить по формуле (13)

, (13)

где[F], [M] - определяютпо ГОСТ 14249-80;

y_1, y_2, y₃ - коэффициенты,определяемые соответственно по черт. 5, 6 и 7.

Если в сечении Х-Хнесколько отверстий, то расчет следует проводить для наибольшего из отверстийпо формуле (13)при условии, что для остальных отверстий коэффициенты y₁ и y₂ более 0,95. Если несоблюдены условия y₁ > 0,95 и y₂ > 0,95, то проверкуустойчивости необходимо проводить по формуле (13) при

где A, W, Y_s - соответственно площадь,наименьший момент сопротивления и координата центра тяжести наиболееослабленного поперечного сечения.

5.4. Если в опорной обечайкеесть кольцевой шов, то проверку следует проводить по формуле (14)

s_x = (14)

где:y_1, y_2, y₃ - коэффициенты,определяемые соответственно по черт. 5, 6 и 7.

Если кольцевой шов находитсявне зоны отверстий, то коэффициенты

y₁ = y₂ = 1,0 и y₃ = 0.

Узлы соединения опорнойобечайки с корпусом колонны

Черт. 4

Черт.5

Черт.6

Черт.7

6.РАСЧЕТ НИЖНЕГО ОПОРНОГО УЗЛА

6.1. Расчет нижнего опорногоузла следует проводить для рабочих условий и для условий испытания. Расчетныенагрузки F_y и M_y принимают в соответствии с разд. 5.

6.2. Ширина опорного кольца

Ширина нижнего опорногокольца b₁ устанавливается конструктивно, при этом необходимособлюдать условие формулы (15)

b₁ ³ b_1R = (15)

Выступающая ширина нижнегоопорного кольца должна удовлетворять условию

2d₂ + 30 мм £ b₂ £ b₁. (16)

6.3. Напряжение сжатия вбетоне следует рассчитывать по формуле (17)

s_бет = [s]_бет· (17)

6.4. Напряжение в сварномшве нижнего опорного кольца.

Для опорного кольца висполнении А (черт. 8) рассчитывают по формуле (18)

s_х = (18)

Для опорных колец висполнениях 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)

Для опорного кольцаисполнения А толщину s₄ дополнительно следуетпроверить по формуле (20)

s₄ ³ + с. (20)

Если по формуле (19) или(20)будет получена величина s₄ > 2s₃ следует применятьконструкции 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, определяемыйпо черт. 10

6.7.Толщина ребра

s₇ = max (22)

Для конструкции ребер ссоотношением > 20 ребра необходимодополнительно проверять на устойчивость.

6.8.Нагрузки стенки опорной обечайки от верхнего опорного элемента-кольца.

Местное напряжение изгибаследует рассчитывать по формуле (23)

(23)

где c₄ - коэффициент, определяемыйпо черт. 11.

Для опорного узла исполненияС вместо b₄ принимается b₅, a для исполнения D(b₆ +b₇).

Проверку следует проводитьпо формуле (24)

s_1x £ [s]_п, (24)

где [s]_п - предельное напряжениеизгиба принимается по действующей нормативно-технической документации.

6.9. Высота нижнего опорногоузла исполнений С и D.

Исполненияопорного узла

Черт. 8

Высоту h₁опорного узла при выполнении условия b₂ = b₅, следует определять поформуле (25)

h₁ (25)

при s₅ » 2s₃

Черт.9

Черт. 10

Черт. 11

c₅ = 1+ c₇, c₆ = 1 + 2c₇

c₇ =

Толщины s₅, s₇ и s₃необходимо рассчитывать дополнительно соответственно по пп. 6.6, 6.7 и 6.8.

7.РАСЧЕТ АНКЕРНЫХ БОЛТОВ

Расчет прочности анкерныхболтов следует производить для рабочих условий и условий монтажа.

7.1. Число анкерных болтов пустанавливают конструктивно, при этом

п = 4, 6, 8, 10, 12, 16...далее кратно 4.

7.2. Внутренний диаметррезьбы анкерных болтов для колонн, устанавливаемых на бетонных фундаментах,следует определять по формуле (26)

d₂ ³ c₈+ c, (26)

где c₈ - коэффициент, определяемыйпо черт. 12.

Для условий монтажа F_Y = 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 бытьне более 12.

Черт. 12

ПРИЛОЖЕНИЕ

Справочное

УСЛОВНЫЕОБОЗНАЧЕНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В РАСЧЕТНЫХ ФОРМУЛАХ

а₁ - толщина сварного шва в местеприварки опорной обечайки (черт. 4), мм (см);

а₂ - толщина сварного шва в местеприварки опорной обечайки к нижнему кольцу (черт. 9), мм (см);

b₁ - ширина нижнего опорногокольца (черт. 8),мм (см);

b_1R - расчетная ширина нижнегоопорного кольца, мм (см);

b₂- выступающаяширина нижнего опорного кольца (черт. 8), мм (см);

b₃- длинаукрепляющего штуцера (черт. 5), мм (см);

b₄- длинаверхнего опорного элемента (черт. 8), мм (см);

b₅- ширинаверхнего опорного элемента (черт. 8), мм (см);

b₆ - минимальное расстояние междудвумя смежными ребрами (черт. 8), мм (см);

b₇ - максимальное расстояние междудвумя смежными ребрами (черт. 8), мм (см);

с - сумма всех прибавок к расчетнымтолщинам стенок;

d₁- среднийдиаметр укрепляющего элемента (черт. 5), мм (см);

d₂- внутреннийдиаметр резьбы анкерного болта, мм (см);

е₁- диаметр окружности, вписаннойв шестигранник гайки анкерного болта, мм (см);

е₂ - расстояние между анкернымболтом 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- высотаопорной обечайки (черт. 1, 2), мм (см);

n -число анкерных болтов;

p₁ - расчетное давление в рабочих условиях, измеряемое навысоте Х₀ (внутреннее избыточное давление р >0 или наружное давление р < 0), МПа (кгс/см²);

p₂- пробное давление, измеряемоев верхней части колонны, МПа (кгс/см²);

p_н - гидростатическое давление в условиях испытания,измеряемое на высоте х₀, МПа (кгс/см²);

[р] - допускаемоенаружное давление, МПа (кгс/см);

s₁ - исполнительная толщина стенки колонны в соответствующемрасчетном 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);

t_A - расчетная температураопорного узлов рабочих условиях, °С;

t_К - расчетная температура нижнегоднища колонны в рабочих условиях, °С;

х₀ - высота расчетного сечения надповерхностью земли (черт. 1), мм (см);

А_б - площадь поперечного сеченияанкерного болта по внутреннему диаметру резьбы, мм² (см²);

D₁ - внутренний диаметр колонны в соответствующемрасчетном 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 анкерныхболтов (черт. 1и 2),мм (см);

F - расчетное осевое сжимающее усилие в соответствующем,расчетном сечении на высоте х₀, Н (кгс) (без учетанагрузок, возникающих от внутреннего избыточного или наружного давления);

F₁ - в рабочих условиях;

F₂ - в условиях испытания;

F₃ - в условиях монтажа;

[F] - допускаемое осевоесжимающее усилие, Н (кгс);

G - нагрузка от собственного веса, определяемая надсоответствующим расчетным сечением на высоте х₀, Н (кгс);

G₁- врабочих условиях;

G₂ - в условиях испытания;

G₃ - в условиях монтажа(максимальная нагрузка от собственного веса);

G₄- вусловиях монтажа (минимальная нагрузка от собственного веса);

Н - общая высота колонны отповерхности земли (черт. 1), мм (см);

М - расчетный изгибающий момент всоответствующем расчетном сечении на высоте х₀, Н·мм(кгс·см);

М_G -изгибающиймомент от действия эксцентрических весовых нагрузок в соответствующем расчетномсечении на высоте х₀, Н·мм (кгс·см);

M_V - изгибающий момент отдействия ветровых нагрузок в соответствующем расчетном сечении на высоте х₀,Н·мм (кгс·см);

М_R -расчетныйизгибающий момент от сейсмических воздействий в соответствующем расчетномсечении на высоте х₀, Н·мм (кгс·см);

M₁, M_G, M_V, M_R - в рабочих условиях;

M₂, M_G, M_V, M_R - в условиях испытания;

M₃, M_G, M_V, M_R - в условиях монтажа (без изоляции);

M₄, M_G, M_V, M_R - в условиях монтажа (с изоляцией);

[М] - допускаемый изгибающиймомент, Н·мм (кгс·см);

g- удельный вес испытательной среды при гидроиспытании, Н/мм³ (кгс/см³);

c₁, c₂, c₃, c₄, c₅, c₆, c₇, c₈ - коэффициенты;

s_х -продольные напряжения, МПа (кгс/см²);

s_y - кольцевые напряжения, МПа(кгс/см²);

s_E -эквивалентное напряжение, МПа (кгс/см²);

s _бет - напряжение бетона на сжатие, МПа (кгс/см²);

s_1х- местное напряжение изгиба в опорной обечайке, МПа (кгс/см²);

[s]_А - допускаемое напряжение для соответствующего элементаопорного 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 - вусловиях испытания и монтажа;

[s]_В - допускаемое напряжение в анкерных болтах по строительнымнормам 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);

j_р -коэффициент прочности продольного сварного шва;

j_т -коэффициент прочности кольцевого сварного шва;

j_s - коэффициент прочностисварного шва, присоединяющего опорную обечайку к корпусу колонны (черт. 4);

y₁ y₂ y₃ -коэффициенты;

Dt - перепад температуры в опорной обечайке, °С.

СОДЕРЖАНИЕ