ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ

СТАНДАРТ

РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

Сосуды и аппараты

НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ

Расчет на сейсмические воздействия

Издание официальное

Москва

Стандартинформ

2014

Предисловие

1    РАЗРАБОТАН Научно-техническим предприятием «Трубопровод» (ООО «НТП Трубопровод»)

2    ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 155 «Соединение трубопроводов общемашиностроительного применения»

3    УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 8 ноября 2013 г. № 1399-ст

4    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (gost.ru)

© Стандартинформ, 2014

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

II

ГОСТ Р 55722-2013

6.3    При определении нагрузок от сейсмических воздействий допускается:

-    не учитывать при расчете периодов колебаний влияние примыкающих к сосуду трубопроводов, поскольку предполагается, что масса и жесткость сосуда намного больше массы и жесткости примыкающих трубопроводов;

-    приближенно учитывать влияние фундамента и грунта при помощи корректировки периода колебаний сосуда и относительного демпфирования;

-    приближенно учитывать влияние опорной или строительной конструкции при помощи упругих связяй в горизонтальном и вертикальном направлениях;

-    рассматривать сосуд и жидкость как две независимые системы (см. 8.2.11);

-    рассматривать колебания только по линейным степеням свободы и не учитывать угловые колебания сосуда.

Если описанные допущения по какой-либо причине не применимы к рассматриваемой системе, рекомендуется проводить уточненный расчет (см. 6.17).

6.4    Если сосуд установлен непосредственно на грунте, на относительно легкой фундаментной плите при (m_s + т + mjl m_f> 0,1 или на относительно легкой и гибкой строительной или опорной конструкции при (m_s + m)lm_w> 0,1 (см. рисунок 1 в), то максимальные ускорения рассчитывают согласно 6.5 с использованием стандартных спектров ответа.

Допускается определять спектры ответа по ГОСТ 30546.1.

Рисунок 1 — Варианты установки сосуда

7

6.5 Максимальные расчетные сейсмические ускорения равны:

- для к-й формы колебаний сосуда и импульсивной массы жидкости при воздействии в горизонтальном направлении j = {X, У}:

А_]к = А^^(Т1) К,К\К₀К_А-    (1)

-для конвективной массы:

А)=А™ИТр^К1К_аК_А,    (2)

-для вертикального воздействия:

A₇=A™K_v\MT_z) к,к₀к_а

где |3(7^, P(7J), P(T_Z) — коэффициенты динамичности. При отсутствии данных сейсмического ми-крорайонйрования — согласно таблице 2;

К, — коэффициент, учитывающий допускаемые неупругие деформации, принимаемый равным

0,25;

К₀ — коэффициент, учитывающий назначение и ответственность сосудов и аппаратов, согласно таблице 1;

К' ,    — коэффициенты, зависящие от относительного демпфирования ^ и в конструкции для

импульсивной и конвективной составляющей соответственно, принимают в зависимости от относительного демпфирования согласно 6.9;

К_А — коэффициент, зависящий от сочетания расчетной сейсмической интенсивности на картах А, В и С комплекта карт ОСР-97 [2], — согласно таблице 3;

Tj _k — к-й период колебаний сосуда и импульсивной массы жидкости;

7J — период колебаний конвективной массы жидкости;

T_z — первый период колебаний сосуда с жидкостью при воздействии в вертикальной плоскости.

Таблица 2 — Значения коэффициента динамичности

Категория грунта по сейсмическим свойствам (см. таблицу 4) Период колебаний Г, с Коэффициент динамичности 1 и II Т < 0,1 (5(7) = 1+15 Т 0,1 < Т < 0,4 PCD = 2,5 Т > 0,4 p(7) = max|2,5^^;0,8j III Т < 0,1 Р(Т) = 1+15 Г 0,1 < Т < 0,8 Р(Т) = 2,5 Т > 0,8 р(Г) = тах|2,5^^-;0,8|

Таблица 3 — Коэффициент КА в зависимости от сочетаний расчетной сейсмической интенсивности на картах А, В и С комплекта карт ОСР-97

Номер сочетаний Интенсивность (в баллах MSK) на картах ОСР-97 кА ОСР-97-А ОСР-97-В ОСР-97-С 1 7 7 7 1,0 8 8 8 9 9 9 2 7 7 8 1,2 8 8 9 9 9 10 3 7 8 8 1,4 8 9 9 9 10 10 4 7 8 9 1,5 8 9 10

Примечание — При использовании результатов сейсмического микрорайонирования площадки расположения сосудов и аппаратов значение коэффициента КА принимают равным 1,0.

6.6    Максимальное горизонтальное ускорение Апри землетрясении на свободной поверхности грунта интенсивностью /_site, равной 7, 8, 9 баллам, принимается равным 1,2, 4 м/с² соответственно.

6.7    Коэффициент вертикального сейсмического ускорения К_ч назначается на основе данных сейсмического микрорайонирования. Если данные отсутствуют, следует принимать равным 0,75.

6.8    Сейсмичность площадки установки сосуда /_slte в баллах по шкале MSK-64 выдает заказчик на основе данных сейсмического микрорайонирования. В районах, для которых отсутствуют карты сейсмического микрорайонирования, допускается использовать комплект карт общего сейсмического районирования [2] с учетом повышения или понижения интенсивности в зависимости от категории грунтов в соответствии с таблицей 4.

Таблица 4

Категория грунта по сейсмическим свойствам Грунт Сейсмичность площадки строительства при сейсмичности района, баллы 7 8 9 1 Скальные грунты всех видов (в том числе вечномерзлые и вечномерзлые оттаявшие) невыветрелые и слабовыветрелые; крупнообломочные плотные маловлажные грунты из магматических пород, содержащие до 30 % песчано-глинистого заполнителя; выветрелые и сильновыветрелые скальные и нескальные твердомерзлые (вечномерзлые) грунты при температуре минус 2 °С и ниже при строительстве и эксплуатации по категории 1 (сохранение грунтов основания в мерзлом состоянии) 6 7 8

9

Окончание таблицы 4

Категория грунта по сейсмическим свойствам Грунт Сейсмичность площадки строительства при сейсмичности района, баллы 7 8 9 и Скальные грунты выветрелые и сильновыветрелые, в том числе вечномерзлые, кроме отнесенных к 1 категории; крупнообломочные грунты, содержащие более 30 % песчано-глинистого заполнителя с преобладанием контактов между обломками; пески гравелистые, крупные и средней крупности плотные и средней плотности маловлажные и влажные; мелкий и пылеватый плотный и средней плотности маловлажный песок; глинистые грунты с показателем консистенции /L не более 0,5 при коэффициенте пористости е менее 0,9 для глин и суглинков и е менее 0,7 — для супесей; вечномерзлые нескальные пластично-мерзлые или сыпучемерзлые грунты, а также твердомерзлые при температуре свыше минус 2 °С при строительстве и эксплуатации по категории 1 7 8 9 in Рыхлые пески независимо от влажности и крупности; гравелистый, крупный и средней крупности плотный и средней плотности водонасыщенный песок; мелкий и пылеватый плотный и средней плотности влажный и водонасыщенный песок; глинистые грунты с показателем консистенции /L более 0,5; глинистые грунты с показателем консистенции /L менее 0,5 при коэффициенте пористости е более 0,9 для глин и суглинков и е более 0,7 — для супесей; вечномерзлые нескапьные грунты при строительстве и эксплуатации по категории II (допускается оттаивание грунтов основания) 8 9 Св. 9

6.9 Коэффициенты К|, в зависимости от коэффициента демпфирования принимают по таблице 5. Для промежуточных значений %. допускается линейная интерполяция.

При отсутствии точных данных для импульсивной составляющей относительное демпфирование |. принимают равным 0,04. Соответственно коэффициент учета демпфирования равен /<^(0,04) = 1,30, а для конвективной составляющей относительное демпфирование Ц_о принимают равным 0,005. Соответственно коэффициент учета демпфирования К^ равен /<^(0,005) = 2,16.

Если расчет осуществляют с учетом влияния основания, то относительные демпфирования |. и |_с принимают в соответствии с А.9.

Таблица 5 — Коэффициент К учитывающий относительное демпфирование

Относительное демпфирование ^ Поправочный коэффициент Kv 0,20 0,65 0,10 0,87 0,07 1,00 0,05 1,18 0,04 1,30 0,02 1,65 0,005 2,16

6.10 Для форм колебаний с периодом Т меньше 0,03 с (с частотами свыше 33 Гц) следует принимать:

Р (7-¹ *) к; = 1,0, р (7р к; = 1 д р (Т₂) к; = i ,о.

ГОСТ Р 55722-2013

6.11    Если ведется расчет сосуда, установленного в массивном многоэтажном здании (см. рисунок 1а) или на массивной многоярусной строительной конструкции, этажерке (см. рисунок 16) при (m_s + m)/m_w< 0,1, то расчет максимальных ускорений проводят с использованием поэтажных спектров ответа, полученных для этажа (яруса), на который устанавливают сосуд.

6.12    Спектры ответа (поэтажные спектры ответа) для трех различных направлений воздействия строят для места установки сосуда при помощи специализированных компьютерных программ, имеющих опцию расчета спектров ответа по результатам анализа всего здания или строительной конструкции на динамическое воздействие в виде реальных (аналоговых) или синтезированных акселерограмм.

6.13    В случае отсутствия спектров ответа в соответствии с 6.12 допускается принимать максимальные расчетные ускорения по формулам:

A'_x,_k = A'_Xk = A™2,5K_hK^KK₀K_A-    (5)

А^сх = Ау = ^3 2,5 К_Л К, К₀ К_А;    (6)

A_z = AZ2,5K_vK!_:K^K₀K_a,    (7)

где K_h, К; — коэффициенты изменения максимального ускорения от сейсмического воздействия по высоте установки сосуда z в горизонтальном и вертикальном направлении соответственно. Значения коэффициентов — согласно таблице 6.

Таблица 6 — Значения коэффициентов Kh и Кhv

Характеристика сооружения Значение коэффициента при максимальной отметке установки сосуда, z, м 10 20 30 40 К К* К К* К К„ Kh V Массивная железобетонная конструкция (см. рисунок 1а) 1,2 1,0 1,5 1,2 1,75 1,6 2,0 2,0 Пространственная стержневая конструкция, этажерка (см. рисунок 16) 1,4 1,4 1,8 1,8 2,25 2,2 3,0 3,0

Примечание — В случае затруднения при определении типа конструкции коэффициенты Kh и К* принимают как для гибких пространственных стержневых конструкций; значения коэффициентов Kh и К* при промежуточных значениях z допускается принимать методом линейной интерполяции; данная таблица применима для грунтов, имеющих модуль деформации Ed не менее 104 МПа. При Ей более 104 МПа значения коэффициентов Kh и К* следует умножить на 1,5.

6.14    При сейсмичности площадки не менее 8 баллов при грунтах категории III к значению ускорения в формулах (1), (2), (3) вводят множитель 0,7, учитывающий нелинейное деформирование грунтов при сейсмических воздействиях.

6.15    Любые полученные отклики системы (давление, усилие, напряжение, перемещение и т. д.) от различных форм колебаний системы следует суммировать как корень квадратный из суммы квадратов (ККСК) для получения полного результирующего отклика:

^Sj ⁼\^Sn ^{+ S}T2+•••+,    (S)

где S — отклик системы по к-й форме колебаний системы при воздействии в направлении j = {X, Y,Z} (как от импульсивных, так и конвективных масс).

Если учитывают только один тон колебаний импульсивной массы и один тон колебаний конвективной массы, полный отклик системы вычисляют по формуле

Si=Pl+Sl_:

где Syj и S_jc — импульсивный и конвективный отклики системы сейсмическое воздействие в направлении j = {X, У} соответственно.

6.16 Полный отклик S вычисляют по формуле

S = max (S^ + S_x + S_z; S_st + S_Y + S_z)    (10)

где S_x, S_Y и S_z — отклики системы на компоненты землетрясения вдоль осей X, У и Z соответственно. Отклики должны быть не только одноименными, но и полученными для одних и тех же точек системы;

S_st — отклик от статических воздействий в рабочих условиях.

Знак «+» принимают в каждом конкретном расчете таким образом, чтобы обеспечить наиболее невыгодные условия нагружения.

При вычислении откликов от статических воздействий расчетные нагрузки умножают на коэффициенты сочетаний, принимаемые по таблице 7.

Таблица 7 — Коэффициенты сочетаний нагрузок

Вид нагрузки Значение коэффициента сочетания Постоянные (масса сосуда, изоляции и содержимого в оборудовании) 0,9 Временные длительные (масса жидкости, внутреннее давление) 0,8 Кратковременные 0,5

Примечание — Температурные климатические воздействия, ветровые нагрузки и динамические воздействия от оборудования при этом не учитывают.

6.17 При выполнении расчета зданий и сооружений, моделируемых совместно с сосудами и аппаратами, руководствуются требованиями [3]. При этом не полностью заполненные сосуды с жидкостью рекомендуется моделировать в виде систем с конвективной и импульсивной массой, характеристики которых определяют согласно настоящему стандарту.

Для особо ответственных зданий и сооружений, моделируемых совместно с сосудами и аппаратами, проводят два расчета — расчет на проектное землетрясение (ПЗ) и максимальное расчетное землетрясение (MP3). Расчеты, соответствующие MP3, выполняют во временной области с использованием инструментальных или синтезированных акселерограмм.

Для особо ответственных сосудов, в том числе нестандартной формы и конструкции, выходящих за рамки условий применения настоящего стандарта, дополнительно применяют другие более точные методы динамического моделирования сейсмического воздействия на конструкции. В этом случае расчет прочности и/или устойчивости проводят методами динамической теории упругости с использованием инструментальных или синтезированных акселерограмм на отметке установки изделий. При необходимости учитывают поведение жидкости со свободной поверхностью, влияние опорных конструкций и фундамента, а также примыкающих к сосуду трубопроводов.

7 Оценка сейсмостойкости сосудов и аппаратов

7.1    Расчет на прочность элементов сосуда

7.1.1    При расчете сосуда с учетом дополнительных нагрузок и давления от сейсмического воздействия в качестве допускаемых напряжений принимают значения [а] и [ст]_м, определяемые согласно ГОСТ Р 52857.1 и ГОСТ Р 52857.10 для рабочих условий.

Примечание — Поскольку сейсмическое воздействие носит кратковременный характер, то для расчетных температур, при которых учитывают ползучесть материалов при определении допускаемого напряжения [о], допускается не учитывать R^^ и R_p10/10„_л. Но при этом для углеродистых, низколегированных, ферритных, аустенитно-ферритных, мартенситных сталей и сплавов на железоникелевой основе R_e/t, Р_р02Л, Р_р10Л умножают на коэффициент 0,8.

7.1.2    Коэффициент запаса устойчивости при сейсмическом воздействии п_у принимают равным 2,4.

7.1.3    Расчет на прочность элементов сосуда и укрепления отверстий в обечайках и днищах с учетом дополнительного гидродинамического давления и нагрузок от сейсмических воздействий проводят 12

ГОСТ P 55722—2013

в соответствии с ГОСТ Р 52857.2 — ГОСТ Р 52857.4, ГОСТ Р 52857.8, ГОСТ Р 52857.11. При этом расчетное избыточное давление определяют согласно 8.11.5 и 9.12.7.

Полная нагрузка от давления со стороны рабочей среды на стенки и днища сосуда в условиях землетрясения включает в себя:

-    гидростатическую нагрузку и нагрузку от действия избыточного внутреннего или наружного давления;

-    импульсивную составляющую гидродинамического давления;

-    конвективную составляющую гидродинамического давления;

-    гидродинамическое давление от вертикального воздействия.

7.1.4    Расчет обечаек и конических переходов на прочность и устойчивость проводят согласно

8.8.1 и 9.12.1 с учетом положений 7.1.1 и 7.1.2.

7.1.5    Вертикальные сосуды на площадках сейсмичностью не менее 7 баллов следует устанавливать на не менее чем три опоры.

7.1.6    Расчет на прочность обечаек и днищ от воздействия опорных нагрузок проводят в соответствии с ГОСТ Р 52857.5 с учетом требований 7.1.1. При этом расчетное усилие F, для вертикальных сосудов вычисляют в соответствии с 8.6.3; для горизонтальных сосудов опорные нагрузки ^определяют по 9.8.

7.1.7    Расчет на прочность седловых опор и фундамента при действии нагрузок F* проводят по [4].

7.1.8    Проверку несущей способности анкерных болтов, крепящих опоры вертикальных и горизонтальных сосудов, на растяжение и на сдвиг проводят в соответствии с 7.3.2—7.3.5.

7.1.9    Для предотвращения выплескивания жидкости из вертикального сосуда без крышки высота налива h должна быть ограничена:

h<h₀- max(cf™^ах, d™^х).    (11)

7.1.10 Проверку общей устойчивости опорных стоек сосуда проводят в соответствии с 8.7.1.

7.2 Расчет на прочность обечаек и днищ при внешних сейсмических нагрузках на штуцер

Проверку прочности мест пересечения штуцеров с обечайками и днищами при действии давления и внешних нагрузок на штуцер с учетом сейсмических воздействий проводят согласно ГОСТ Р 52857.3 и ГОСТ Р 52857.9 с учетом требований 7.1.1. При этом расчетное избыточное давление определяют согласно 8.11.5 и 9.12.7, а нагрузки на штуцер определяют из расчета примыкающих трубопроводов с учетом сейсмических воздействий в следующей последовательности:

-    вычисляют максимальные перемещения штуцера от сейсмических воздействий Д™^х, Д ™^ах, Д™^ах согласно 8.12, 9.13.1 и 9.13.2;

-    проводят расчет трубопровода по методам строительной механики с учетом заданных сейсмических перемещений штуцера Д ™^х, Д ™^ах, Д ™^ах и других статических и сейсмических воздействий в соответствии с требованиями соответствующих нормативных документов;

-    вычисляют нагрузки с учетом сейсмических воздействий на штуцер сосуда от трубопровода.

7.3 Расчет анкерных болтов

7.3.1    Если R^s = 0 и F_b = 0, диаметр анкерных болтов принимают конструктивно.

7.3.2    Если горизонтальные (сдвигающие) усилия в плоскости сопряжения опоры сосуда с фундаментом воспринимаются за счет сил трения, то усилие предварительной затяжки каждого болта, необходимое для восприятия горизонтальных сил, вычисляют по формуле

_Р_кR*

‘ л_ьц’

где R^s — сдвигающая сила от сейсмического воздействия, действующая на анкерные болты опоры и определяемая согласно 8.5.6, 9.9.6;

к — коэффициент стабильности затяжки, принимаемый по таблице 8; п_ь — число болтов на одной опоре.

13

ГОСТ P 55722—2013

Содержание

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

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

3    Термины и определения...............................................................2

4    Обозначения.........................................................................3

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

6    Расчетные нагрузки...................................................................6

7    Оценка сейсмостойкости сосудов и аппаратов............................................12

7.1    Расчет на прочность элементов    сосуда..............................................12

7.2    Расчет на прочность обечаек и днищ при внешних сейсмических нагрузках на штуцер.......13

7.3    Расчет анкерных болтов...........................................................13

8    Вертикальные сосуды и аппараты......................................................15

8.1    Полностью и частично заполненный сосуд...........................................17

8.2    Параметры расчетной модели с учетом движения жидкости в сосуде при горизонтальном

воздействии.....................................................................17

8.3    Параметры расчетной модели с учетом движения жидкости в сосуде при вертикальном

воздействии.....................................................................20

8.4    Периоды колебаний и высота волны.................................................21

8.5    Нагрузки от сейсмических воздействий..............................................21

8.6    Нагрузки на опорные лапы, стойки, анкерные болты и фундамент........................23

8.7    Расчет на устойчивость опорных стоек...............................................24

8.8    Расчет обечаек и конических переходов на прочность и устойчивость.....................25

8.9    Гидродинамическое давление от сейсмического воздействия частично заполненного

сосуда.........................................................................26

8.10    Гидродинамическое давление от сейсмического воздействия полностью заполненного

сосуда........................................................................27

8.11    Расчет на прочность элементов сосуда с учетом сейсмического воздействия..............28

8.12    Перемещения точек присоединения трубопровода к сосуду............................29

9    Горизонтальные сосуды и аппараты....................................................30

9.1    Полностью и частично заполненный сосуд...........................................30

9.2    Параметры расчетной модели при продольном воздействии.............................30

9.3    Параметры расчетной модели при поперечном воздействии.............................32

9.4    Периоды колебаний и высота волны.................................................33

9.5    Дополнительные нагрузки от сейсмического воздействия...............................34

9.6    Нагрузки и усилия от сейсмических воздействий, действующих в продольном направлении. . .34

9.7    Нагрузки и усилия от сейсмических воздействий в поперечном и вертикальном

направлениях...................................................................35

9.8    Нагрузки на седловые опоры.......................................................37

9.9    Нагрузки на анкерные болты.......................................................37

9.10    Гидродинамическое давление от сейсмического воздействия частично заполненного

сосуда........................................................................38

9.11    Гидродинамическое давление для полностью заполненного сосуда......................39

9.12    Расчет элементов сосуда на прочность и устойчивость................................40

9.13    Определение перемещений мест присоединения трубопровода к сосуду.................41

Приложение А (рекомендуемое)    Вычисление периодов колебаний импульсивной массы..........42

Приложение Б (рекомендуемое) Динамические характеристики фундаментов на естественном

основании...............................................................46

Библиография........................................................................48

ГОСТ Р 55722-2013

8.1    Полностью и частично заполненный сосуд

8.1.1    Полностью заполненным считают сосуд, для которого выполняется условие h/h₀ > 0,95 [/?, h₀ — высота налива и общая высота условного сосуда соответственно (см. рисунок 3)]; в противном случае сосуд считают частично заполненным.

8.1.2    Пустым считают сосуд, для которого выполняется условие hlh₀ < 0,05.

8.1.3    При расчете на горизонтальное воздействие (J = {X, Y}) сосуд считают полностью заполненным, если высота волны d₎^max (см. 8.4.4 ) в два раза превышает воздушный зазор до крышки сосуда (см. рисунок 4а):

ф^тах > 2(/?₀ - /?).    (18)

8.1.4 Если сосуд является полностью заполненным, для кожухотрубчатых теплообменных аппаратов, а также в случае если используют специальные конструктивные меры для «гашения» волны, принимают, что вся масса жидкости участвует в импульсивном движении:

т_с = 0, т, = т, h_{ =h] = |    (19)

Рисунок 4 — Расчетная модель недеформируемого цилиндрического сосуда с жидкостью, имеющей свободную поверхность

8.2 Параметры расчетной модели с учетом движения жидкости в сосуде при горизонтальном воздействии

8.2.1 Идеализированная динамическая расчетная модель недеформируемого цилиндрического сосуда с жидкостью, которая имеет свободную поверхность, при горизонтальных колебаниях показана на рисунках 5 и рисунке 6а. Массу жидкости условно разделяют на две части — импульсивную и конвективную. Импульсивная составляющая соответствует связанным (синфазным) колебаниям оболочки сосуда и некоторой части содержащейся в нем жидкости. Конвективная составляющая соответствует низкочастотным колебаниям оставшейся части жидкости относительно оболочки сосуда.

Импульсивная масса жидкости m_t жестко связана со стенками сосуда и находится на высоте h. от нижней точки сосуда, а конвективная масса т_с связана со стенками сосуда через некоторую конечную жесткость и находится на высоте h_c от нижней точки сосуда.

17

Введение

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

Настоящий стандарт предназначен для организаций, осуществляющих проектирование сосудов и аппаратов, а также проектирование строительных конструкций и фундаментов под сосуды и аппараты.

IV

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 — 2014—05—01

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 (далее — сосуды) из углеродистых и легированных сталей, цветных металлов (алюминия, меди, титана и их сплавов), применяемых в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, нефтегазовой и смежных отраслях промышленности, работающих под внутренним избыточным давлением, вакуумом или наружным давлением и расположенных на площадках с сейсмичностью 7—9 баллов по шкале MSK-64.

Настоящий стандарт не распространяется на трубы и трубные решетки кожухотрубчатых теплообменных аппаратов, аппараты колонного типа и вертикальные резервуары.

Настоящий стандарт применяют совместно с ГОСТ Р 52857.1—ГОСТ Р 52857.11.

2    Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 51273 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Определение расчетных усилий для аппаратов колонного типа от ветровых нагрузок и сейсмических воздействий

ГОСТ Р 51274 Сосуды и аппараты. Аппараты колонного типа. Нормы и методы расчета на прочность

ГОСТ Р 52857.1 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования ГОСТ Р 52857.2 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек

ГОСТ Р 52857.3 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 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений

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

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

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

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

Издание официальное

ГОСТ Р 52857.9 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 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Сосуды и аппараты, работающие с сероводородными средами

ГОСТ Р 52857.11 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

ГОСТ 30546.1 Общие требования к машинам, приборам и другим техническим изделиям и методы расчета их сложных конструкций в части сейсмостойкости

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять 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    поэтажная акселерограмма: Ответная акселерограмма для отдельных высотных отметок сооружения, на которых установлен сосуд.

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

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

3.6    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.

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

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

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

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

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

3.12    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 — Приповерхностная часть разреза — верхняя толща пород, существенно влияющая на приращение интенсивности землетрясения.

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

2

ГОСТ Р 55722-2013

3.14    сейсмостойкость сосуда: Свойство сосуда сохранять при землетрясении прочность и герметичность, а также способность выполнять заданные функции в соответствии с проектом.

3.15    сосуд: Под этим термином в настоящем стандарте понимается сосуд или аппарат.

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

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

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

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

3.20    стержневая система (в строительной механике): Несущая конструкция, состоящая из стержней, соединенных между собой в узлах.

4 Обозначения

В настоящем стандарте применены следующие обозначения:

А — площадь подошвы фундамента, м²;

A'_Jk — максимальное расчетное сейсмическое ускорение к-й формы колебаний сосуда и импульсивной массы жидкости при воздействии землетрясения в направленииу={Х, Y,Z},

м/с²;

A^cj— максимальное расчетное сейсмическое ускорение конвективной массы жидкости при воздействии землетрясения в направлении j = {X, У}, м/с²;

A_z — максимальное расчетное сейсмическое ускорение сосуда с жидкостью при воздействии землетрясения в вертикальном направлении, м/с²;

AZ* — максимальное горизонтальное ускорение при землетрясении на свободной поверхности грунта, м/с²;

а) (7) — спектры ответа при воздействии землетрясения в направлении j = {X, Y, Z} для импульсивной массы жидкости, м/с²;

a^cj(T) — спектры ответа при воздействии землетрясения в направлении j = {X, У) для конвективной массы жидкости, м/с²;

D — внутренний диаметр обечайки, мм;

ф^тах - максимальная высота волны жидкости при воздействии сейсмической нагрузки по направлению у = {X, У}, мм;

Е — модуль упругости материала сосуда при расчетной температуре, МПа;

E_d — модуль деформации грунта, МПа;

Е_ь — модуль упругости (объемного сжатия) жидкости, МПа;

F, — расчетное усилие, действующее на /-ю опору, Н;

F| — дополнительная вертикальная нагрузка от воздействия сейсмической нагрузки по направлению Z, Н;

F_h^s — максимальная расчетная перерезывающая сила от сейсмического воздействия сейсмической нагрузки, Н;

д — ускорение свободного падения, равное 10 м/с²;

G — масса пустого сосуда и жидкости, равная (m_s + т)д, Н;

h — высота жидкости в сосуде, мм;

h. — высота приложения равнодействующей импульсивной составляющей гидродинамического давления жидкости с учетом давления на днище сосуда, мм;

3

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 устройств и изоляции, мм;

сейсмичность площадки установки сосуда, баллы по шкале MSK—64;

момент инерции подошвы фундамента относительно горизонтальной оси, перпендикулярной к плоскости колебаний и проходящей через центр тяжести подошвы, м⁴;

коэффициент, зависящий от сочетания расчетной сейсмической интенсивности на картах А, В и С комплекта карт ОСР-97;

коэффициент, учитывающий назначение и ответственность сосудов и аппаратов; коэффициент, учитывающий допускаемые неупругие деформации; жесткость связи конвективной массы, Н/мм; коэффициент вертикального сейсмического ускорения грунта;

жесткость на сдвиг по осям X и У и жесткость на растяжение, сжатие по вертикальной оси Z опорной конструкции или строительной конструкции (постамента), Н/мм;

жесткость сдвига фундамента в грунте, Н/мм;

жесткость вертикального перемещения фундамента в грунте, Н/мм;

жесткость поворота фундамента в грунте, Н мм;

коэффициенты, учитывающие демпфирование в конструкции для импульсивной и конвективной составляющей соответственно;

полная масса жидкости, кг;

конвективная масса жидкости, кг;

масса фундамента, кг;

импульсивная масса жидкости, кг;

масса пустого сосуда (без жидкости), дополнительных устройств и изоляции, кг;

масса опорной или строительной конструкции. Включает в себя как массу самой конструкции, так и массу другого установленного на данной конструкции оборудования, кг;

расчетный изгибающий момент от статических нагрузок в сечении, где расположены опорные узлы, Н мм;

дополнительный изгибающий момент в обечайке от воздействия сейсмической нагрузки по направлению j = {X, У}, Н мм;

дополнительный опрокидывающий момент от воздействия сейсмической нагрузки по направлению j = {X, У}, Нмм;

число опор сосуда;

число 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;

ГОСТ Р 55722-2013

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, Н;

исполнительная толщина стенки сосуда, мм; период собственных колебаний, с;

период собственных колебаний импульсивной массы при воздействии землетрясения в направлении j = {X, У}, с;

период собственных колебаний конвективной массы жидкости при воздействии землетрясения в направлении j = {X, У} , с;

период собственных колебаний сосуда с жидкостью от воздействия в вертикальном направлении, с;

вертикальная координата, отсчитываемая от нижней точки сосуда, мм; спектр коэффициентов динамичности;

коэффициент трения опоры об основание, равный 0,25 при отсутствии более точных данных;

плотность жидкости в сосуде, кг/мм³;

плотность материала, из которого изготовлен сосуд, кг/мм³;

относительное вязкое демпфирование, доля от критического;

коэффициент приведения распределенной массы стержня к сосредоточенной массе (в зависимости от типа концевых закреплений);

допускаемые напряжения при расчетной температуре, МПа;

допускаемое напряжение бетона на сжатие, МПа;

допускаемое напряжение для анкерных болтов, МПа.

5 Общие положения

5.1    Сосуды и аппараты должны отвечать требованиям прочности согласно ГОСТ Р 52857.1— ГОСТ 52857.11. Расчет аппаратов колонного типа проводят по ГОСТ Р 51273 и ГОСТ Р 51274. Расчет вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов проводят по СТО-СА-03-002 [1].

5.2    Задание на расчет сейсмостойкости сосуда должно включать в себя:

-    назначение сосуда согласно таблице 1;

-    сейсмичность площадки строительства /_site согласно 6.8;

-    параметры, необходимые для определения жесткостей K_wx, K^_Y, K^_z опорной конструкции и ее массы m_w в случае, если сосуд установлен на строительной или опорной конструкции. Если сосуд установлен одновременно на строительной и опорной конструкциях, то вычисляют общие жесткости опорной и строительной конструкций;

-    спектры ответа для трех направлений воздействия а_х(7), а'_у(7), a'_z(T), а^сх(Т), a^cY(T), в зависимости от коэффициентов демпфирования ^ и £_с в соответствии с 6.12;

-    геометрические характеристики и массу фундамента (А, /, m_f), тип основания (песок, супесь, суглинок, глина, крупноблочный грунт), модуль деформации грунта E_d (если сосуд установлен на слабых грунтах).

5

Таблица 1 — КоэффициентК0, определяемый назначением сосуда

Рабочая среда Группа рабочей среды Вместимость сосуда или аппарата, м3 Произведение максимального допустимого рабочего давления на вместимость, МПам3 Максимально допустимое рабочее давление, МПа Ко Газ 1 До 0,001 Св. 100 Св. 0,001 Св. 0,1 2,0 2 До 0,001 Св. 300 Св. 0,001 Св. 0,3 Св. 0,4 1 До 0,001 Св. 20 до 100 включ. Св. 0,001 Св. 0,02 до 0,1 включ. 2 До 0,001 Св. 100 до 300 включ. 1,5 Св. 0,001 Св. 0,1 до 0,3 включ. Св. 0,07 до 0,4 включ. Жидкость 1 Св. 0,001 Св. 50 Газ 1 Св. 0,001 Св. 0,0025 до 0,02 включ. Св. 0,07 2 Св. 0,001 Св. 0,005 до 0,1 включ. Св. 0,07 Жидкость 1 До 0,001 Св. 50 1,0 Св. 0,001 Св. 0,02 Св. 0,07 до 50 включ. 2 До 0,01 Св. 100 Св. 0,01 Св. 1 Св. 0,07 Все остальные сосуды и аппараты 0,75 Примечания 1    В группу рабочей среды 1 входят рабочие среды, состоящие из воспламеняющихся, окисляющих, горючих, взрывчатых, высокотоксичных и токсичных газов, жидкостей и паров в однофазном состоянии, а также их смесей. Группа 2 включает в себя все прочие рабочие среды, которые не отнесены к группе 1. 2    Если сосуд или аппарат при разрушении может вызвать повреждение сосудов или оборудования, относящихся к более высокой степени ответственности по назначению, его следует относить к той же степени ответственности, к которой относится сосуд или оборудование, которые он может разрушить.

6 Расчетные нагрузки

6.1    Для определения дополнительных нагрузок от сейсмических воздействий на сосуды используют линейно-спектральный метод расчета. При землетрясении инерционную нагрузку на сосуды и их напряженно-деформированные состояния определяют с помощью спектров коэффициентов динамичности (спектров ответа) и значений максимальных сейсмических ускорений. Для этого используют метод модальной суперпозиции, при котором любой искомый отклик системы (усилие, перемещение, нагрузка на опору и т. д.) представляется некоторой комбинацией соответствующих модальных откликов.

6.2    При расчете нагрузок в условиях землетрясения для частично заполненных жидкостью сосудов рассматривают совместные колебания жидкости и сосуда. Для этого используют подход, при котором выделяются импульсивная и конвективная составляющие вынужденного движения жидкости при горизонтальном сейсмическом воздействии. При этом корпус сосуда считается недеформируемым.

Импульсивная составляющая соответствует связанным (синфазным) колебаниям корпуса сосуда и некоторой части содержащейся в нем жидкости. Конвективная составляющая соответствует низкочастотным колебаниям оставшейся части жидкости относительно корпуса сосуда. Таким образом, учитываются как минимум две формы колебаний для каждого из горизонтальных направлений (одна форма описывает импульсивную составляющую и одна — конвективную) и, по крайней мере, одна форма колебаний в вертикальном направлении.

6