Сейсмостійкість великорозмірного резервуару для зберігання метанолу

Abstract

The paper contains the methods of analytical modeling of the seismic loads at the large-sized tanks in the form of impulsive and convective hydrodynamic pressures of the liquid. Have been performed the simulation of the stress-strain state of the tank by the finite element method basis on the developed mathematical models of seismic impact. The simulation takes into account the distortion of the tank`s geometry, obtained as a result of long-term operation and reduction in the strength of tank structures due to corrosive wear. Have been considered the generally accepted foreign method for calculating seismic resistance for assessing the strength and durability of tank`s building structures. The method is adapted to the requirements of national standards. Have been revealed that the most dangerous state for the tank is seismic action with a horizontal direction cosine as a result of the analysis of possible design situations. Have been performed the numerical calculations using the proposed method of analytical modeling of seismic impact for a tank with a volume of 20 000 m3, built in the Yuzhny city, Odessa region. Have been determined the estimated height value of the excited wave, which can appear on the surface of methanol during a seismic shock. Have been proven that in order to preserve the integrity of the roof structures, as well as to ensure the seismic resistance of other structures, the filling of the tank with the product should be limited to 61% of the total design capacity. Have been verified the most overloaded sections of the shell, which are the supporting layers of the side wall, as well as the most probable limit conditions during a seismic shock (buckling). Have been developed the technological regulations for further safe operation of tank based on seismic resistance and outlined directions for further scientific research on this topic.

В статье разработана методика аналитического моделирования сейсмических воздействий на строительные конструкции крупноразмерной емкости для хранения в виде импульсивного и конвективного гидродинамических давлений жидкости. На основании разработанных математических моделей сейсмического воздействия выполнено моделирование напряженно-деформированного состояния емкости методом конечных элементов. При моделировании учтены искривления геометрии емкости, полученные вследствие длительной эксплуатации, а также, снижение прочности конструкций емкости из-за коррозионного износа. Рассмотрена общепринятая зарубежная методика расчета сейсмотсойкости для оценки прочности и долговечности строительных конструкций резервуаров. Методика адаптирована к требованиям отечественных норм. В результате анализа возможных расчетных ситуаций выявлено, что наиболее опасным состоянием для емкости является сейсмические воздействие с горизонтальным направляющим косинусом. Выполнены числовые расчеты по предложенной методике аналитического моделирования сейсмического воздействия для емкости объемом 20 000 м3, построенной в г. Южный Одесской области. Определена оценочная высота возбужденной волны, которая может возникать на поверхности метанола при сейсмическом ударе. Доказано, что для сохранения целостности конструкций крыши, а также, для обеспечения сейсмостойкости других строительных конструкций, следует ограничить наполнение резервуара продуктом на уровне 61% от общей проектной емкости. Верифицировано наиболее перегруженные участки обичайки, которыми являются приопорные слои боковой стенки, а также, наиболее вероятные предельные состояния при сейсмическом ударе (потеря устойчивости формы). Разработан технологический регламент дальнейшей безопасной эксплуатации сооружения, исходя из условий обеспечения сейсмостойкости, а также, очерчены направления дальнейших научных исследований по этой тематике.

У статті розроблена методика аналітичного моделювання сейсмічних впливів на будівельні конструкції великорозмірної ємності для зберігання метанолу у вигляді імпульсивного та конвективного гідродинамічного тисків рідини. На основі розроблених математичних моделей сейсмічного впливу виконано моделювання напружено-деформованого стану ємності методом скінчених елементів. При моделюванні враховано викривлення геометрії ємності, набутої протягом тривалої експлуатації, а також, зниження міцності конструкцій ємності внаслідок корозійних явищ. Розглянута загальноприйнята закордонна методика розрахунку сейсмостійкості для оцінки міцності і довговічності будівельних конструкцій резервуарів. Методика адаптована до вітчизняних норм. В результаті аналізу можливих розрахункових ситуацій виявлено, що найбільш небезпечним станом для ємності є сейсмічний вплив із горизонтальним напрямним косинусом. Виконані чисельні обчислення за запропонованою методикою аналітичного моделювання сейсмічного впливу для ємності обсягом 20 000 м3, що збудована у м. Южне Одеської області. Визначено оціночну висоту збуреної хвилі, яка може виникати на поверхні метанолу при сейсмічному струсі. Доведено, що для збереження цілісності конструкцій даху, а також, для забезпечення сейсмостійкості інших будівельних конструкцій, слід обмежити наповнення резервуару продуктом на рівні 61% від загальної місткості. Верифіковано найбільш напружені ділянки обичайки, якими виявилися приопорні шари бічної стінки, а також, найбільш вірогідні граничні стани при сейсмічному струсі (втрата стійкості форми). Розроблений технологічний регламент з подальшої безпечної експлуатації споруди, виходячи з умов забезпечення сейсмостійкості, а також, окреслено напрямки подальших наукових досліджень за цією тематикою.