Нормы и методы расчета на прочность (стр. 1 )

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ
	НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ	ГОСТ Р Проект Первая редакция
Сосуды и аппараты
НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ
Расчет на сейсмические воздействия
Настоящий проект стандарта не подлежит применению до его утверждения

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 01.01.01 г. «О техническом регулировании», а правила применения стандартов организации в Российской Федерации – ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Общие положения».

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Научно-техническим предприятием «Трубопровод» ( Трубопровод»)
2 ВНЕСЕН
3 УТВЕРЖДЕН
4 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ 5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте национального органа Российской Федерации по стандартизации в сети Интернет

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения национального органа Российской Федерации по стандартизации.

Содержание

Предисловие................................................................................................................................................ II

Сведения о стандарте................................................................................................................................ II

Содержание................................................................................................................................................. III

Введение...................................................................................................................................................... V

1 Область применения........................................................................................................................... 1

2 Нормативные ссылки........................................................................................................................... 1

3 Термины и определения...................................................................................................................... 3

4 Обозначения и сокращения................................................................................................................ 4

5 Общие положения................................................................................................................................ 8

6 Оценка сейсмостойкости сосудов и аппаратов............................................................................. 16

6.1. Расчет на прочность элементов сосуда............................................................................... 16

6.2. Расчет на прочность обечаек и днищ при внешних сейсмических нагрузках на штуцер 17

6.3. Расчет анкерных болтов......................................................................................................... 18

7 Вертикальные сосуды и аппараты................................................................................................... 20

7.1. Полностью и частично заполненный сосуд.......................................................................... 21

7.2. Параметры расчетной модели с учетом движения жидкости в сосуде при горизонтальном воздействии........................................................................................................................................ 22

7.3. Параметры расчетной модели с учетом движения жидкости в сосуде при вертикальном воздействии........................................................................................................................................ 25

7.4. Периоды колебаний и высота волны..................................................................................... 26

7.5. Нагрузки от сейсмических воздействий................................................................................ 26

7.6. Нагрузки на опорные лапы, стойки, анкерные болты и фундамент.................................. 28

7.7. Расчет на устойчивость опорных стоек................................................................................ 30

7.8. Расчет обечаек и конических переходов на прочность и устойчивость........................... 31

7.9. Гидродинамическое давление от сейсмического воздействия для частично заполненного сосуда 32

7.10. Гидродинамическое давление от сейсмического воздействия для полностью заполненного сосуда................................................................................................................................................. 34

7.11. Расчет на прочность элементов сосуда, нагруженных давлением с учетом сейсмического воздействия........................................................................................................................................ 35

7.12. Перемещения точек присоединения трубопровода к сосуду............................................. 36

8 Горизонтальные сосуды и аппараты............................................................................................... 37

8.1. Полностью и частично заполненный сосуд.......................................................................... 37

8.2. Параметры расчетной модели при продольном воздействии............................................ 38

8.3. Параметры расчетной модели при поперечном воздействии............................................ 40

8.4. Периоды колебаний и высота волны..................................................................................... 40

8.5. Дополнительные нагрузки от сейсмического воздействия................................................ 42

8.6. Нагрузки и усилия от сейсмических воздействий в продольном направлении............... 43

8.7. Нагрузки и усилия от сейсмических воздействий в поперечном и вертикальном направлениях 44

8.8. Нагрузки на седловые опоры................................................................................................. 46

8.9. Нагрузки на анкерные болты.................................................................................................. 46

8.10. Гидродинамическое давление от сейсмического воздействия для частично заполненного сосуда 47

8.11. Гидродинамическое давление для полностью заполненного сосуда............................... 49

8.12. Расчет элементов сосуда на прочность и устойчивость.................................................... 49

8.13. Определение перемещений точек присоединения трубопровода к сосуду..................... 51

9 Расчет систем с большим количеством степеней свободы........................................................ 52

Приложение А Вычисление периодов колебаний импульсивной массы........................................... 57

Приложение Б Динамические характеристики фундаментов на естественном основании............. 62

Библиография............................................................................................................................................ 64

Введение

Настоящий стандарт разработан с целью повышения сейсмостойкости проектируемых, вновь изготавливаемых и реконструируемых сосудов, аппаратов и резервуаров, применяемых в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, нефтегазовой и смежных отраслях промышленности, расположенных на площадках с сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов по шкале MSK-64.

Стандарт предназначен для организаций, осуществляющих проектирование сосудов, аппаратов и резервуаров, а также проектирование строительных конструкций и фундаментов под сосуды, аппараты и резервуары.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Сосуды и аппараты

Нормы и методы расчета на прочность

Расчет на сейсмические воздействия

Vessels and apparatus. Stress analysis code. Seismic analysis.

Дата введения ___________________

1  Область применения

Настоящий стандарт устанавливает нормы и методы определения расчетных усилий, а также оценки прочности и устойчивости от сейсмических воздействий для сосудов и аппаратов из углеродистых и легированных сталей, цветных металлов (алюминия, меди, титана и их сплавов), применяемых в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, нефтегазовой, теплоэнергетической и смежных отраслях промышленности, расположенных на площадках с сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов по шкале MSK-64. Стандарт не распространяется на теплообменники, аппараты колонного типа и резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов.

Настоящий стандарт применяется совместно со сборником стандартов
ГОСТ Р 52857.

2  Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты и нормативные документы :

ГОСТ Р Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Определение расчетных усилий для аппаратов колонного типа от ветровых нагрузок и сейсмических воздействий

ГОСТ Р Сосуды и аппараты. Аппараты колонного типа. Нормы и методы расчета на прочность

ГОСТ Р Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия

ГОСТ Р 52857.1-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования

ГОСТ Р 52857.2-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек

ГОСТ Р 52857.3-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Укрепление отверстий в обечайках и днищах при внутреннем и внешнем давлениях. Расчет на прочность обечаек и днищ при внешних статических нагрузках на штуцер

ГОСТ Р 52857.4-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений

ГОСТ Р 52857.5-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет обечаек и днищ от воздействия опорных нагрузок

ГОСТ Р 52857.6-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность при малоцикловых нагрузках

ГОСТ Р 52857.7-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Теплообменные аппараты

ГОСТ Р 52857.8-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Сосуды и аппараты с рубашками

ГОСТ Р 52857.9-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Определение напряжений в местах пересечений штуцеров с обечайками и днищами при воздействии давления и внешних нагрузок на штуцер

ГОСТ Р 52857.10-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Сосуды и аппараты, работающие с сероводородными средами

ГОСТ Р 52857.11-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Метод расчета на прочность обечаек и днищ с учетом смещения кромок сварных соединений, угловатости и некруглости обечаек

Примечание - при пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов и классификаторов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте национального органа Российской Федерации по стандартизации в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться замененным (измененным) документом. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3  Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1.  акселерограмма: Зависимость ускорения колебаний от времени.

3.2.  акселерограмма землетрясения: Акселерограмма на свободной поверхности грунта при землетрясении.

3.3.  акселерограмма поэтажная: Ответная акселерограмма для отдельных высотных отметок сооружения, на которых установлен сосуд.

3.4.  воздействие: Явление, вызывающее внутренние силы в элементах конструкций сосудов, аппаратов и резервуаров (изменение температуры стенок, деформация основания, сейсмические и др. явления).

3.5.  категория сейсмостойкости: Категория сосуда, зависящая от степени опасности (риска), возникающего при достижении предельного состояния сосуда для здоровья и жизни граждан, имущества физических или юридических лиц, экологической безопасности окружающей среды.

3.6.  ККСК: Корень квадратный из суммы квадратов.

3.7.  корпус сосуда: Соединенные между собой обечайки и днища (крышки) сосуда

3.8.  линейно-спектральный метод анализа: Метод расчета на сейсмостойкость, в котором значения сейсмических нагрузок определяются по спектрам ответа в зависимости от частот и форм собственных колебаний сосуда или сооружения.

3.9.  метод динамического анализа: Метод расчета на воздействие в форме акселерограмм колебаний грунта в основании сосуда или сооружения путем численного интегрирования уравнений движения.

3.10.  МКЭ: Метод конечных элементов.

3.11.  осциллятор линейный: Линейная колебательная система с одной степенью свободы, характеризуемая определенным периодом собственных колебаний и затуханием (демпфированием).

3.12.  отклик: Ответная реакция конструкции (перемещение, ускорение, внутреннее усилие, нагрузка на опору и т. д.) на сейсмическое возмущение.

3.13.  площадка установки сосуда: Территория, на которой размещается сосуд. Или территория, на которой установлено сооружение, внутри которого устанавливается сосуд.

3.14.  район размещения сосуда: Территория, включающая площадку размещения сосуда, на которой возможны сейсмические явления, способные оказать влияние на безопасность эксплуатации сосуда.

3.15.  сейсмическое микрорайонирование: Комплекс специальных работ по прогнозированию влияния особенностей приповерхностного строения, свойств и состояния пород, характера их обводненности, рельефа на параметры колебаний грунта площадки.

Примечание: под приповерхностной частью разреза понимается верхняя толща пород, существенно влияющая на приращение интенсивности землетрясения.

3.16.  сейсмичность площадки установки сосуда: Интенсивность возможных сейсмических воздействий на площадке установки сосуда, измеряемая в баллах по шкале MSK-64.

3.17.  сейсмостойкость сосуда: Свойство сосуда сохранять при землетрясении способность выполнять заданные функции в соответствии с проектом.

3.18.  сосуд: Под этим термином в данном стандарте понимается сосуд, аппарат или резервуар.

3.19.  спектр коэффициентов динамичности: Безразмерный спектр, полученный делением значений спектра ответа на максимальное ускорение грунта.

3.20.  спектр ответа: Совокупность абсолютных значений максимальных ответных ускорений линейного осциллятора при заданном акселерограммой воздействии с учетом собственной частоты и параметра демпфирования осциллятора.

3.21.  спектр ответа поэтажный: Совокупность абсолютных значений максимальных ответных ускорений линейного осциллятора при заданном поэтажной акселерограммой воздействии.

3.22.  стержень: (в строительной механике) тело, длина которого во много раз превосходит характерные размеры его поперечного сечения.

3.23.  стержневая система: (в строительной механике) несущая конструкция, состоящая из стержней, соединённых между собой в узлах.

4  Обозначения и сокращения

	-	максимальное расчетное сейсмическое ускорение k-й формы колебаний сосуда и импульсивной массы жидкости при воздействии землетрясения в направлении (см. 5.8, 5.15), м/с2
	-	максимальное расчетное сейсмическое ускорение конвективной массы жидкости при воздействии землетрясения в направлении (см. 5.8, 5.15), м/с2
	‑	максимальное расчетное сейсмическое ускорение сосуда с жидкостью при воздействии землетрясения в вертикальном направлении (см. 5.8, 5.15), м/с2
	‑	максимальное горизонтальное ускорение при землетрясении на свободной поверхности грунта (см. 5.9), м/с2
	‑	спектры ответа при воздействии землетрясения в направлении для импульсивной массы жидкости (см. 5.16), м/с2
	‑	спектры ответа при воздействии землетрясения в направлении для конвективной массы жидкости (см. 5.16), м/с2
	‑	внутренний диаметр обечайки, мм
	‑	максимальная высота волны жидкости при воздействии по направлению (см.7.4.4, 8.4.4), мм
	‑	модуль упругости материала сосуда при расчетной температуре, МПа
	‑	модуль деформации грунта, МПа
	‑	модуль упругости (объемного сжатия) жидкости, МПа
	‑	Расчетное усилие, действующее на i-ю опору, Н
	‑	дополнительная вертикальная нагрузка от воздействия по направлению (см. 7.5.5), Н
	‑	максимальная расчетная перерезывающая сила от сейсмического воздействия (см. 7.5.4)
	‑	ускорение свободного падения. Принимается =10 м/с2
	‑	вес пустого сосуда и жидкости , Н
	‑	высота жидкости в сосуде, мм
	‑	высота приложения равнодействующей импульсивной составляющей гидродинамического давления жидкости с учетом давления на днище сосуда, мм
	‑	высота приложения равнодействующей импульсивной составляющей гидродинамического давления жидкости без учета давления на днище сосуда, мм
	‑	высота приложения равнодействующей конвективной составляющей гидродинамического давления жидкости с учетом давления на днище сосуда, мм
	‑	высота приложения равнодействующей конвективной составляющей гидродинамического давления жидкости без учета давления на днище сосуда, мм
	‑	высота центра тяжести пустого сосуда (без жидкости), дополнительных обустройств и изоляции, мм
	‑	сейсмичность площадки установки сосуда, в баллах по шкале MSK-64 (см. 5.10)
	‑	момент инерции подошвы фундамента относительно горизонтальной оси, перпендикулярной плоскости колебаний и проходящей через центр тяжести подошвы, м4
	‑	жесткость связи конвективной массы (см. 7.2.8, 8.2.10, 8.3.4), Н/мм
	‑	коэффициент, учитывающий допускаемые неупругие деформации (см. 5.13)
	‑	коэффициент вертикального сейсмического ускорения грунта (см. 5.11)
, ,	‑	жесткость на сдвиг по осям X и Y и жесткость на растяжение сжатие по вертикальной оси Z опорной конструкции или строительной конструкции (постамента), Н/мм
	‑	жесткость сдвига фундамента в грунте (прил. Б), Н/мм
	‑	жесткость вертикального перемещения фундамента в грунте (прил. Б), Н/мм
	‑	жесткость поворота фундамента в грунте (прил. Б), Н·мм
,	‑	коэффициенты, учитывающие демпфирование в конструкции соответственно для импульсивной и конвективной составляющей (см. 5.12)
	‑	полная масса жидкости, кг
	‑	конвективная масса жидкости, кг
	‑	масса фундамента, кг
	‑	импульсивная масса жидкости, кг
	‑	масса пустого сосуда (без жидкости), дополнительных обустройств и изоляции, кг
	‑	масса опорной или строительной конструкции (постамента, здания). Включает в себя как массу самой конструкции, так и массу другого установленного на данной конструкции оборудования, кг
	‑	расчетный изгибающий момент от статических нагрузок (от примыкающих трубопроводов и т. д.) в сечении, где расположены опорные узлы, Н·мм
	‑	дополнительный изгибающий момент в обечайке от воздействия по направлению , Н·мм
	‑	дополнительный опрокидывающий момент от воздействия по направлению , Н·мм
	‑	количество опор сосуда
	‑	количество анкерных болтов на одной опоре
	‑	расчетное внутреннее (или наружное) избыточное давление, МПа
	‑	гидродинамическое давление на стенки и днище сосуда при вертикальном воздействии землетрясения, МПа
	‑	гидростатическое давление на стенки и днище сосуда, МПа
	‑	Расчетное поперечное усилие от статических нагрузок (от примыкающих трубопроводов и т. д.) в сечении, где расположены опорные узлы, Н
	‑	сдвигающая сила, действующая на анкерные болты сосуда во время сейсмического воздействия (см. 7.5.6, 8.9.6), Н
	‑	исполнительная толщина стенки сосуда, мм
	‑	период собственных колебаний, с
	‑	период собственных колебаний импульсивной массы при воздействии землетрясения в направлении , с
	‑	период собственных колебаний конвективной массы жидкости при воздействии землетрясения в направлении , с
	‑	период собственных колебаний сосуда с жидкостью от воздействия в вертикальном направлении, с
	‑	вертикальная координата, отсчитываемая от нижней точки сосуда, мм
	‑	спектр коэффициентов динамичности (табл. 1 СНиП II-7-81)
		коэффициент трения опоры об основание, при отсутствии более точных данных принимается
	‑	плотность жидкости в сосуде, кг/мм3
	‑	плотность материала, из которого изготовлен сосуд, кг/мм3
, ,	‑	относительное вязкое демпфирование, в долях от критического (см. 5.12)
	‑	коэффициент приведения распределенной массы стержня к сосредоточенной массе (в зависимости от типа концевых закреплений) (см. А.8)
	‑	допускаемые напряжения при расчетной температуре, МПа)
	‑	допускаемое напряжение бетона на сжатие, МПа)
	‑	допускаемое напряжение для анкерных болтов, МПа)

5  Общие положения