Расчет подземного резервуара

Расчет подземного резервуара должен выполняться с использованием геотехнических расчетных подходов в нелинейной постановке, в противном случае необходимо учитывать риски возникновения аварийных ситуаций вследствие недостаточно точного учета работы конструктивной системы.

Исходные данные к расчету подземного резервуара

Расчет подземного резервуара рассмотрим на конкретном примере. К нам обратился Заказчик со следующей проблемой/задачей: подземные стальные цилиндрические резервуары  РГСп-100 (см. рис. 1) в процессе эксплуатации пришли в негодность по причине потери устойчивости оболочки (см. рис. 2).

Заказчиком предоставлены следующие исходные данные для выполнения расчета подземного резервуара:

  • техническое задание на проектирование резервуара РГСп-100;
  • исходная расчетная модель резервуара РГСп-100 в формате SCAD Office;
  • чертежи конструктивных решений резервуара РГСп-100;
  • схема расположения резервуаров;
  • фотоснимки, отражающие фактическое техническое состояние несущих конструкций резервуара РГСп-100.
Расчет подземного резервуара
Рис. 1

Как видно из рис. 2, потеря устойчивости оболочки произошла между кольцами жесткости. Наблюдается местная потеря устойчивости формы.

Конструкция рассматриваемого резервуара показана на рис. 3. Максимальное разряжение в корпусе – 0,07 МПа. Плотность материала хранения (нефтепродуктов) – 788 кг/м3. Обратная засыпка – крупнообломочный дресвяный грунт.

подземные стальные цилиндрические резервуары РГСп-100
Рис. 3

Важно заметить, что резервуар был рассчитан в рамках проектирования, т.е. толщина оболочки  и другие параметры определены расчетом.

Расчет был выполнен в программе SCAD Office. Согласно результатам этого расчета прочность и устойчивость обеспечены.

Расчетная схема представлена на рис. 4. Как известно, SCAD Office позволяет достаточно точно моделировать строительные конструкции, однако эта программа не заточена для моделирования совместной работы грунтового массива с подземными конструкциями.

Расчет подземного резервуара в SCAD Office
Рис. 4

Независимый расчет подземного резервуара

После возникновения аварийной ситуации Заказчик заказал у нас независимый расчет с целью установления причин произошедшего. 

Для решения поставленной задачи был выполнен нелинейный анализ потери устойчивости методом конечных элементов в 3D постановке с полным моделированием всех несущих конструкций.

Расчет подземного резервуара выполнен с учетом следующих нагрузок и  воздействий:

  1. собственный вес – определяется автоматически в ходе расчета;
  2. давление грунта – определяется автоматически в ходе расчета;
  3. гидростатическое давление – определяется автоматически в ходе расчета (уровень воды принят на отметке, соответствующей дневной поверхности грунтового массива);
  4. разряжение (вакуум) – 84 кПа (расчетное значение).

Расчетная модель подземного стального цилиндрического резервуара  РГСп-100 представлена на рис. 5.

В результате расчета подземного резервуара установлены формы потери устойчивости (рис.  6-8) и значения коэффициента запаса по устойчивости.

Расчет устойчивости подземного резервуара
Рис. 6 - Первая форма
Расчет устойчивости подземного резервуара
Рис. 7 - Вторая форма
Расчет устойчивости подземного резервуара
Рис. 8 - Третья форма

Из анализа рис. 9-10 можно установить качественное совпадение форм потери устойчивости:

— кольца жесткости выполняют свою функцию, и не теряют устойчивость;

— и там, и там, теряют устойчивость участки листов между кольцами жесткости, причем листы сгибаются не радиусно, а сегментами, разделяемыми продольными ребрами жесткости;

— сами продольные ребра жесткости также теряют устойчивость как по факту, так и по результатам расчета.

Расчет подземного резервуара
Рис. 9 - По факту
2. Расчет общей и местной устойчивости конструкций резервуара
Рис. 10 - По расчету

Помимо расчета устойчивости был выполнен упругопластический расчет напряженно-деформированного состояния с целью установления слабых мест конструктивной системы подземного резервуара.

Выводы и рекомендации

Расчет подземного резервуара выполнен в соответствии с техническим заданием и на основании предоставленных исходных данных. Из комплексного анализа результатов работы можно сделать следующие основные выводы и рекомендации:

  1. Расчет напряженно-деформированного состояния конструктивной системы показал, что прочность несущих конструкций резервуара РГСп-100 достаточна для восприятия проектных нагрузок.
  2. Расчет общей и местной устойчивости конструкций резервуара показал, что общая устойчивость системы обеспечена, а местная устойчивость оболочки – не обеспечена.
  3. При совокупном воздействии (расчетная стадия №3) давления грунта, гидростатического давления и разряжения (вакуума), наблюдается местная потеря устойчивости участков оболочки между кольцами жесткости. Расчетный коэффициент запаса устойчивости на этой стадии составляет 0.9. Фактическая форма потери устойчивости качественно совпадает с расчетной формой.
  4. Рекомендуется уточнить конструктивные решения рассматриваемого резервуара, после чего повторно выполнить анализ устойчивости несущих конструкций резервуара.

Выполним расчет подземного резервуара на высоком техническом уровне с учетом любых условий строительства.

Копирование на этом сайте запрещено.

error: Content is protected !!