Расчет стеклопластиковых емкостей по прочности, устойчивости и деформациям актуален прежде всего для подземных объектов, которые функционируют в условиях сложного напряженно-деформированного состояния под действием таких нагрузок и воздействий как: давление грунта (в том числе сейсмическое), гидростатическое давление, неравномерная осадка основания и т.д.
Стеклопластиковые подземные емкости получили широкое распространение в нашей стране, однако нормативная база их расчета и проектирования оставляет желать лучшего.
К сожалению, многие заказчики возлагают вопросы механической безопасности на производителей таких емкостей. Проблема заключается в том, что производители, как правило, на словах гарантируют надежность и безопасность, однако юридически никакой ответственности не несут.
Таким образом, можно констатировать, что привязка стеклопластиковой емкости к конкретным условиям строительства – это сфера ответственности проектировщиков заказчика.
Главная задача состоит в том, чтобы выполнить расчеты стеклопластиковой емкости по прочности, устойчивости и деформациям с учетом конкретных инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительства. По результатам расчетов делаются выводы относительно необходимости увеличения толщины стенки корпуса, усиления емкости ребрами жесткости и тд.
Практика применения стеклопластиковых емкостей показала, что игнорирование расчетного обоснования приводит таким проблемам как:
- всплытием емкости;
- потеря устойчивости корпуса;
- разрушение корпуса;
- большие деформации корпуса.
В большинстве случаев такие проблемы возникают при большой глубине заложения (более 3м) стеклопластиковой емкости, а также при наличии следующих факторов:
- гидростатическое давление;
- большие нагрузки на поверхности грунта;
- слабые грунты основания.
Нормативная база расчета стеклопластиковых емкостей
- Федеральный закон от 30 декабря 2009 г. N 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».
- ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения».
- СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия».
- СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений».
- СП 248.1325800.2016 «Сооружения подземные. Правила проектирования».
- СП 43.13330.2012 «Сооружения промышленных предприятий».
- СП 40-102-2000 «Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов. Общие требования».
- СП 40-105-2001 «Проектирование и монтаж подземных трубопроводов канализации из стеклопластиковых труб».
- СТО НОСТРОЙ 2.17.66-2012 «Освоение подземного пространства. Коллекторы и тоннели канализационные. Требования к проектированию, строительству, контролю качества и приемке работ».
- СП 45.13330.2017 «Земляные сооружения, основания и фундаменты».
- СП 296.1325800.2017 «Здания и сооружения. Особые воздействия».
- Проект ГОСТ Р «Трубопроводы промысловые из стеклопластиковых труб. Правила проектирования и эксплуатации».
- Обухов А.С., «Расчет на прочность конструкций из стеклопластиков и пластмасс в нефтеперерабатывающей и химической промышленности».
Расчет устойчивости
Тип расчетной модели: численная конечно-элементная модель механики сплошной среды.
Тип расчета: Linear Buckling – линейная потеря устойчивости.
Используемые конечные элементы (КЭ):
- грунт – КЭ типа «Solid»
- оболочка – КЭ типа «Shell»
- взаимодействие оболочки с грунтом – КЭ типа «Interface».
Модели материалов:
- грунт – Mohr-Coulomb
- конструкции резервуара — модель «Transversely Isotropic», позволяющая учесть разные свойства в радиальном и осевом направлении.
Учитываемые нагрузки:
- собственный вес – определяется автоматически в ходе расчета;
- давление грунта – определяется автоматически в ходе расчета;
- гидростатическое давление – определяется автоматически в ходе расчета;
- 4. полезная нагрузка на поверхности – 20 кПа.
Расчет по прочности и деформациям
Тип расчета: стадийный упругопластический анализ совместного НДС.
Результаты расчета (пример из отчета):
- Расчетная геометрическая модель – см. рис. 3.1-3.3.
- Расчетная конечно-элементная модель – см. рис. 3.4-3.5.
- Изополя полных перемещений – см. рис. 3.8.
- Изополя эквивалентных напряжений – см. рис. 3.9.
- Изополя пластических деформаций – рис. 3.10.
- Наибольшее напряжение 143.5 МПа – прочность обеспечена с запасом 1.46.
- Пластические деформации отсутствуют.
- Наибольший прогиб в средней части емкости 56мм (требуется усиление корпуса).
Пример выводов и рекомендаций
- Выполнен независимый расчет стеклопластиковой емкости, относящейся к объекту «Строительство очистных сооружений …», по прочности, устойчивости и деформациям.
- Расчет емкости показал, что устойчивость обеспечена с коэффициентом запаса 1.04 (что соответствует состоянию предельного равновесия), прочность обеспечена с запасом 1.46, при этом в анализируемой системе наблюдаются большие перемещения и деформации (наибольший прогиб в средней части емкости 56мм), что говорит о недостаточной жесткости и необходимости усиления.
- …
- Заметим, что выполненный производителем расчет основан на методике, которая подходит для труб, но не совсем подходит для емкостей, т.к. они работают в более сложном напряженно-деформированном состоянии. Кроме того, данный расчет очень грубо учитывает граничные и грунтовые условия, совсем не учитывает гидростатическое давление и полезную нагрузку на поверхности. Также, в данном расчета завышена толщина стенки корпуса (принято 24мм, вместо 22мм), и занижена глубина погружена емкости (принято 6.3м, вместо 6.55м).
- На основании комплексного анализа исходных данных и результатов настоящей работы можно сделать главный вывод –применение рассматриваемой стеклопластиковой емкости сопряжено с существенными рисками, особенно если учесть большую глубину заложения и отсутствие полноценного расчетного обоснования от производителя.
- Рекомендуется усилить корпус рассматриваемой стеклопластиковой емкости или получить гарантии безопасности и надежности от производителя. Кроме того, возможен переход на стальную или железобетонную емкость.
Заказать расчет стеклопластиковых емкостей по прочности, устойчивости и деформациям
Вы можете заказать проверочный или проектный расчет стеклопластиковых емкостей по прочности, устойчивости и деформациям у нас. Перечень необходимых исходных данных отправим вам по запросу.
