Аналітичне моделювання напружено-деформованого стану резервуару для зберігання метанолу від технологічних та кліматичних впливів

Abstract

У статті розроблена методика аналітичного моделювання напружено-деформованого стану будівельних конструкцій великорозмірних ємностей для зберігання органічних рідин під дією кліматичних та технологічних впливів на прикладі резервуару для зберігання метанолу об`ємом 20 000 м3. При моделюванні враховано наявність дефектів і пошкоджень, накопичених спорудою протягом тривалої експлуатації, в тому числі і недосконалість форми. В результаті аналізу можливих розрахункових ситуацій виявлено, що найбільш небезпечним станом для ємності є технологічний вплив від вакууму, який може виникати при аварійному спустошенні ємності та може призвести до появи граничного стану споруди, особливо в місцях, що зазнали понаднормативних прогинів і деформацій. Верифіковано найбільш напружені та перевантажені ділянки, а також, найбільш вірогідні граничні стани. Виявлені при візуальному та інструментальному обстеженні дефекти споруди, серед яких, понаднормативні прогини елементів сферичного даху, локальні випучування фрагментів циліндричної обичайки, підтверджують вказані висновки, та, опосередковано свідчать, що споруда при експлуатації піддавалася впливам, які призвели до появи граничного стану втрати стійкості форми. Визначено залишкові коефіцієнти запасів міцності та стійкості споруди. На основі виконаних міцнісних розрахунків рекомендовано обмежити корисний об`єм заповнення резервуару до 70% номінальної місткості. Розроблений технологічний регламент з подальшої безпечної експлуатації споруди, а також, окреслено напрямки подальших наукових досліджень за цією тематикою.

В статье разработана методика аналитического моделирования напряженно-деформированного состояния строительных конструкций крупноразмерных емкостей для хранения органических жидкостей под климатическим и технологическим воздействием на примере резервуара для хранения метанола объемом 20 000 м3. При моделировании учтены дефекты и повреждения, накопленные сооружением в течение длительной эксплуатации, в том числе и несовершенство формы. В результате анализа вероятных расчетных ситуаций выявлено, что наиболее неблагоприятным и опасным для конструкций емкости являются технологические воздействия от вакуума, которые возникают при аварийном опорожнении емкости и могут привести к возникновению предельных состояний сооружения, особенно на участках, которые уже имеют сверхнормативные изгибы и деформации. Верифицированы наиболее напряженные и перегруженные участки, а также, наиболее вероятные предельные состояния. Выявленные в результате визуального и инструментального обследования дефекты сооружения, в числе которых, сверхнормативные прогибы элементов сферической крыши, локальные выпячивания фрагментов цилиндрической обичайки, подтверждают указанные выводы, и, косвенно свидетельствуют, что сооружение при эксплуатации находилось под действием неблагоприятных факторов, которые привели к появлению предельного состояния потери устойчивости формы. Определены остаточные коэффициенты запаса прочности и устойчивости сооружения. На основании выполненных прочностных расчетов рекомендовано ограничить полезный объем заполнения резервуара до 70% номинальной вместимости. Разработан технологический регламент дальнейшей безопасной эксплуатации сооружения, а также, очерчены направления дальнейших научных исследований по этой тематике.

The paper contains the analytical modeling of the stress-strain state of the structures of the large-sized tanks for storing organic liquids under the technological and climatic actions on the example of a tank for storing methanol with a volume of 20,000 m3. The modeling took into account the defects and damages accumulated by the structure during long-term operation, including the form`s imperfection. As a result of the analysis of probable design situations have been revealed that the most unfavorable and dangerous for tanks structures are technological effects vacuum which occur during emergency emptying of the tank and can lead to the occurrence of limiting states of the structure. This is especially true in areas that already have excess bends and deformations. Have been verified the most stressed and congested areas, as well as the most probable limit states. Defects of the structure were revealed as a result of visual and instrumental examination, namely, the excess deflections of the spherical roof elements, local protrusions of the cylindrical shell fragments, confirm these findings. Defects indirectly indicate that the structure during operation have been under the influence of unfavorable factors, which led to the appearance of the limiting state of loss of shape stability. Have been determined the residual safety and stability factors of the structure. Have been recommended to limit the useful volume of filling the tank to 70% of the nominal capacity based on the stress-strain calculations. Have been developed the technological regulations for further safe operation of the facility and outlined directions for further scientific research on this topic.