Товары в корзине: 0 шт Оформить заказ
Стр. 1 

79 страниц

471.00 ₽

Купить СТО СА 03.003-2009 — бумажный документ с голограммой и синими печатями. подробнее

Распространяем нормативную документацию с 1999 года. Пробиваем чеки, платим налоги, принимаем к оплате все законные формы платежей без дополнительных процентов. Наши клиенты защищены Законом. ООО "ЦНТИ Нормоконтроль"

Наши цены ниже, чем в других местах, потому что мы работаем напрямую с поставщиками документов.

Способы доставки

  • Срочная курьерская доставка (1-3 дня)
  • Курьерская доставка (7 дней)
  • Самовывоз из московского офиса
  • Почта РФ

Устанавливает нормы и методы определения расчетных усилий, а также оценки прочности и устойчивости от сейсмических воздействий для сосудов, аппаратов и резервуаров из углеродистых и легированных сталей, цветных металлов (алюминия, меди, титана и их сплавов), применяемых в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, нефтегазовой, теплоэнергетической и смежных отраслях промышленности, расположенных на площадках с сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов по шкале МSК-64.

 Скачать PDF

Оглавление

Введение

1 Область применения

2 Нормативные ссылки

3 Термины и определения

4 Обозначения и сокращения

5 Общие положения

6 Оценка сейсмостойкости сосудов, аппаратов и резервуаров

     6.1 Расчет на прочность элементов сосуда

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

     6.3 Расчет анкерных болтов

7 Вертикальные сосуды, аппараты и резервуары

     7.1 Полностью и частично заполненньий сосуд

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

     7.3 Параметры расчетной модели с учетом движения жидкости в сосуде при вертикальном воздействии

     7.4 Периоды колебаний и высота волны

     7.5 Нагрузки от сейсмических воздействий

     7.6 Нагрузки на опорные лапы, стойки, анкерные болты и фундамент

     7.7 Расчет на устойчивость опорных стоек

     7.8 Расчет обечаек и конических переходов на прочность и устойчивость

     7.9 Гидродинамическое давление от сейсмического воздействия для частично заполненного сосуда

     7.10 Гидродинамическое давление от сейсмического воздействия для полностью заполненного сосуда

     7.11 Расчет на прочность элементов сосуда, нагруженных давлением с учетом сейсмического воздействия

     7.12 Перемещения точек присоединения трубопровода к сосуду

8 Горизонтальные сосуды и аппараты

     8.1 Полностью и частично заполненный сосуд

     8.2 Параметры расчетной модели при продольном воздействии

     8.3 Параметры расчетной модели при поперечном воздействии

     8.4 Периоды колебаний и высота волны

     8.5 Дополнительные нагрузки от сейсмического воздействия

     8.6 Нагрузки и усилия от сейсмических воздействий в продольном направлении

     8.7 Нагрузки и усилия от сейсмических воздействий в поперечном и вертикальном направлениях

     8.8 Нагрузки на седловые опоры

     8.9 Нагрузки на анкерные болты

     8.10 Гидродинамическое давление от сейсмического воздействия для частично заполненного сосуда

     8.11 Гидродинамическое давление для полностью заполненного сосуда

     8.12 Расчет элементов сосуда на прочность и устойчивость

     8.13 Определение перемещений точек присоединения трубопровода к сосуду

9 Расчет систем с большим количеством степеней свободы

Приложение А. Вычисление периодов колебаний импульсивной массы

Приложение Б. Динамические характеристики фундаментов на естественном основании

Библиография

 
Дата введения23.12.2009
Добавлен в базу01.09.2013
Актуализация01.01.2019

Этот документ находится в:

Организации:

23.12.2009УтвержденРОСТЕХЭКСПЕРТИЗА53-К
22.01.2010ПринятРостехнадзор08-01-05/210
ИзданАссоциация Ростехэкспертиза2009 г.
РазработанОАО СПбАЭП
РазработанООО НТП Трубопровод
Нормативные ссылки:
Стр. 1
стр. 1
Стр. 2
стр. 2
Стр. 3
стр. 3
Стр. 4
стр. 4
Стр. 5
стр. 5
Стр. 6
стр. 6
Стр. 7
стр. 7
Стр. 8
стр. 8
Стр. 9
стр. 9
Стр. 10
стр. 10
Стр. 11
стр. 11
Стр. 12
стр. 12
Стр. 13
стр. 13
Стр. 14
стр. 14
Стр. 15
стр. 15
Стр. 16
стр. 16
Стр. 17
стр. 17
Стр. 18
стр. 18
Стр. 19
стр. 19
Стр. 20
стр. 20
Стр. 21
стр. 21
Стр. 22
стр. 22
Стр. 23
стр. 23
Стр. 24
стр. 24
Стр. 25
стр. 25
Стр. 26
стр. 26
Стр. 27
стр. 27
Стр. 28
стр. 28
Стр. 29
стр. 29
Стр. 30
стр. 30

РОСТЕХЭКСПЕРТИЗА

Нормативные документы межотраслевого применения по вопросам промышленной безопасности и охраны недр

СТО-СА-03.003-2009

СОСУДЫ И АППАРАТЫ Нормы и методы расчета на прочность Расчет на сейсмические воздействия

Второе издание

Издание официальное

МОСКВА

2009

РОСТЕХЭКСПЕРТИЗА

Нормативные документы межотраслевого применения по вопросам промышленной безопасности и охраны недр

СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ

СТО-СА-03.003-2009

СОСУДЫ И АППАРАТЫ

НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ

Расчет на сейсмические воздействия

Второе издание Издание официальное

Москва 2009

4    ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

В настоящем документе применены следующие обозначения и сокращения:


А),и


А)


Az


%ог


а)(Т)


acj(T)


D

g

G

h

hi


-    максимальное расчетное сейсмическое ускорение fc-й формы колебаний сосуда и импульсивной массы жидкости при воздействии землетрясения в направлении j = {X,Y,Z} (п. 5.8,

5.15) , м/с2

-    максимальное расчетное сейсмическое ускорение конвективной массы жидкости при воздействии землетрясения в направлении j~{X,Y,Z) (п. 5,8, 5.15), м/с2

-    максимальное расчетное сейсмическое ускорение сосуда с жидкостью при воздействии землетрясения в вертикальном направлении (п. 5.8, 5.15), м/с2

-    максимальное горизонтальное ускорение при землетрясении на свободной поверхности грунта (п. 5.9), м/с2

-    спектры ответа при воздействии землетрясения в направлении j = {XyYyZ} коэффициента демпфирования £ = 0.04 (п.

5.16) , м/с2

-    спектры ответа при воздействии землетрясения в направлении j = {X,Y,Z} коэффициента демпфирования %с =0.005 (п.

5.16) , м/с2

-    внутренний диаметр обечайки, мм

-    максимальная высота волны жидкости при воздействии по направлению j = {X,Y} (п. 7.4.4, 8.4.4), мм

-    модуль упругости материала сосуда при расчетной температуре, МПа

-    модуль деформации грунта, МПа

-    модуль упругости (объемного сжатия) жидкости, МПа

-    Расчетное усилие, действующее на i-ю опору, Н

-    дополнительная вертикальная нагрузка от воздействия по направлению Z (п. 7.5.5), Н

-    максимальная расчетная перерезывающая сила от сейсмического воздействия (п. 7.5.4)

-    ускорение свободного падения. Принимается g =10 м/с2

-    вес пустого сосуда и жидкости G = (ms + m)g , Н

-    высота жидкости в сосуде, мм

-    высота приложения равнодействующей импульсивной составляющей гидродинамического давления жидкости с учетом давления на днище сосуда, мм

-    высота приложения равнодействующей импульсивной составляющей гидродинамического давления жидкости без


К

учета давления на днище сосуда, мм;

- высота приложения равнодействующей конвективной составляющей гидродинамического давления жидкости с уче-

К

том давления на днище сосуда, мм - высота приложения равнодействующей конвективной составляющей гидродинамического давления жидкости без

к

учета давления на днище сосуда, мм - высота центра тяжести пустого сосуда (без жидкости), дополнительных обустройств и изоляции, мм

^site

- сейсмичность площадки установки сосуда, в баллах по шкале MSK-64 (п. 5.10)

1<р

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

«с

- жесткость пружины конвективной массы (п. 7.2,8, 8.2.10, 8.3.4), Н/мм

к,

- коэффициент, учитывающий допускаемые неупругие деформации (п. 5.13)

Ку

- коэффициент вертикального сейсмического ускорения грунта (п. 5.11)

Kw,x > Kw,r > Kw,Z

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

Кх

Kz

-    жесткость сдвига фундамента в грунте (прил. Б), Н/мм;

-    жесткость вертикального перемещения фундамента в грунте (прил. Б), Н/мм;

К,

к* лгс

J Jvy/

-    жесткость поворота фундамента в грунте (прил. Б), Н-мм;

-    коэффициенты, учитывающие демпфирование в конструкции соответственно для импульсивной и конвективной составляющей (п. 5.12)

т

тс

mf

Ш{

Щ

-    полная масса жидкости, кг

-    конвективная масса жидкости, кг

-    масса фундамента, кг

-    импульсивная масса жидкости, кг

-    масса пустого сосуда (без жидкости), дополнительных обустройств и изоляции, кг

mw

- масса опорной или строительной конструкции (постамента, здания). Включает в себя как массу самой конструкции, так и массу другого установленного на данной конструкции обо

М

рудования, кг

- расчетный изгибающий момент от статических нагрузок (от примыкающих трубопроводов и т.д.) в сечении, где расположены опорные узлы, Н*мм

© Ассоциация «Ростехэкспертиза», 2009

© Научно-техническое предприятие Трубопровод (ООО «НТП Трубопровод»), 2009

11

-    дополнительный изгибающий момент в обечайке от воздействия по направлению у = {Х,У}, Н*мм

Ms:

M)

-    дополнительный опрокидывающий момент от воздействия по направлению j = {Х9У} , Нмм

-    количество опор сосуда

-    количество 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

-    Расчетное поперечное усилие от статических нагрузок (от примыкающих трубопроводов и т.д.) в сечении, где расположены опорные узлы, Н

Rs

s

T

-    сдвигающая сила, действующая на анкерные болты сосуда во время сейсмического воздействия (п. 7.5.6, 8.9.6), 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 = {XJ}, с

?z

z

m

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

-    вертикальная координата, отсчитываемая от нижней точки сосуда, мм

-    спектр коэффициентов динамичности (табл. 5.1 [20])

-    коэффициент трения опоры об основание, при отсутствии более точных данных принимается // = 0.25.

p

Ps

-    плотность жидкости в сосуде, кг/мм3

£b tc* $

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

¥

[cr]

[^]бет

Mb

-    относительное вязкое демпфирование, в долях от критического (п. 5.12)

-    коэффициент приведения распределенной массы стержня к сосредоточенной массе (в зависимости от типа концевых закреплений) (п. А.8)

-    допускаемые напряжения при расчетной температуре,МПа)

-    допускаемое напряжение бетона на сжатие,МПа)

-    допускаемое напряжение для анкерных болтов,МПа)

5 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

5.1    Сосуды, аппараты и резервуары (далее просто «сосуды»), рассчитываемые по настоящему стандарту, должны отвечать требованиям статической прочности согласно [1] -г- [11]. Расчет аппаратов колонного типа проводится по [13] и [15]. Расчет вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов проводится по [26].

5.2    Для определения дополнительных нагрузок от сейсмических воздействий на сосуды используется линейно-спектральный метод расчета. При землетрясении инерционная нагрузка на сосуды и их напряженно-деформированное состояние определяются с помощью спектров коэффициентов динамичности (спектров ответа) и величин максимальных сейсмических ускорений. Для этого используется метод модальной суперпозиции, при котором любой искомый отклик системы (усилие, перемещение, нагрузка на опору или крепление и т.д.) представляется некоторой комбинацией соответствующих модальных откликов.

5.3    При расчете нагрузок в условиях землетрясения для частично заполненных жидкостью сосудов рассматриваются совместные колебания жидкости и сосуда. Для этого используется подход, при котором выделяются импульсивная и конвективная составляющие вынужденного движения жидкости при горизонтальном сейсмическом воздействии. При этом корпус сосуда считается неде-формируемым.

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;

5.4    При определении нагрузок от сейсмических воздействий используется ряд допущений:

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

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

-    влияние опорной или строительной конструкции (постамента) учитывается приближенно: она заменяется упругими связями в горизонтальном и вертикальном направлениях;

-    сосуд и жидкость рассматриваются как две независимые системы (см. п. 7.2.11);

-    рассматриваются колебания только по линейным степеням свободы, угловые колебания сосуда не учитываются;

В случае если описанные допущения по какой-либо причине не применимы к рассматриваемой системе, рекомендуется проводить уточненный расчет (см. п. 5.21).

5.5    Задание на расчет сейсмостойкости сосуда должно включать следующие данные:

-    категория сейсмостойкости рассчитываемого сосуда согласно п. 5.6 настоящего стандарта;

-    сейсмичность площадки строительства Isi/e согласно п. 5.10 настоящего стандарта;

-    параметры, необходимые для определения жесткостей

Kw z опорной конструкции (постамента) и ее массу mw в случае, если сосуд,

установлен на строительной или опорной конструкции. Если сосуд, установлен одновременно на строительной и опорной конструкции, то вычисляются общие жесткости опорной и строительной конструкции.

-    спектры ответа для трех различных направлений воздействия а1х(Т), ау{Т), alz(T) , асх(таг(т) и в зависимости от коэффициентов демпфирования

и в соответствии с п. 5.16 настоящего стандарта;

-    геометрические характеристики и масса фундамента (А , /^,    ),    тип

основания (песок, супесь, суглинок, глина, крупноблочный грунт), модуль деформации грунта Ed (если сосуд установлен на слабых грунтах).

5.6    При расчете на сейсмические воздействия устанавливаются три категории сосудов в зависимости от требований к их сейсмостойкости:

-    категория Is - сосуды, которые сохраняют свою работоспособность во время и после расчетного землетрясения. Функционирование сосуда не прерывается или частично прерывается во время сейсмического воздействия, но восстанавливается после прекращения сейсмического воздействия без вмешательства персонала. Сосуды, функционирование которых необходимо во время сейсмического воздействия для обеспечения безопасности эксплуатации и предотвращения развития аварийных ситуаций, например, сосудов, предназначенных для систем пожаротушения.

-    категория IIs - сосуды, которые могут иметь незначительные повреждения и сбой в работе во время расчетного землетрясения; после землетрясения работоспособность изделий восстанавливается самостоятельно или в результате незначительного вмешательства эксплуатационного персонала. Сосуды, обеспечивающие выполнение противоаварийных мероприятий и восстановление технологического процесса после прохождения сейсмического воздействия;

-    категория Ills - сосуды, которые могут иметь значительные повреждения и сбой в работе во время расчетного землетрясения. После землетрясения работоспособность изделий восстанавливается в результате ремонта.

Сосуды, которые при разрушении могут вызвать повреждение сосудов или оборудования более высокой категории сейсмостойкости, следует относить к категории тех сосудов, которые они могут повредить.

Принадлежность сосудов к той или иной категории сейсмостойкости определяется проектом и данными заводов-изготовителей.

При соответствующем обосновании Заказчик вправе повысить требования к сейсмостойкости оборудования (отнести сосуд к категории с меньшим номером).

5.7 Если сосуд установлен непосредственно на грунте, на относительно легкой фундаментной плите при (ms + т + mw)hnf > 0.1 или на относительно легкой

Рисунок 5.1 Варианты установки сосуда



и гибкой строительной или опорной конструкции при (ms + m)/mw >0.1) (рис. 5.1, в), то расчет максимальных ускорений производится согласно п. 5.8 с использованием стандартных спектров ответа.

5.8 Максимальные расчетные сейсмические ускорения равны:

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

4л = P(Tj'k)KiK'v ;    (5.1)

-    для конвективной массы

Acj=AZrfi(Tf)K,K‘;    (5.2)

- для вертикального воздействия

Az=A^Kvfi(Tz)K1Ki¥i    (5.3)

где J3(Tjk), P{Tj), fi{Tz) - коэффициенты динамичности. При отсутствии данных сейсмического микрорайонирования принимаются по табл. 5.1 [20];

Kj - коэффициент, учитывающий допускаемые неупругие деформации, определяется согласно п. 5.13;

Ку, Ку - коэффициенты, зависящие от относительного демпфирования в конструкции § и %с соответственно для импульсивной и конвективной составляющей, принимаются в зависимости от относительного демпфирования согласно п. 5.12;

Tj k - А>й период колебаний сосуда и импульсивной массы жидкости при воздействии вдоль оси j = {Х,У};

Tj - период колебаний конвективной массы жидкости при воздействии вдоль оси j = {x,y};

Т2 - первый период колебаний сосуда с жидкостью при воздействии вдоль оси Z.

Таблица 5.1

Стандартные значения коэффициента динамичности

Категория грунта по сейсмическим свойствам (табл. 5.3)

Период колебаний, Т, сек

Коэффициент динамичности

I и II

Т <0.1 с

Р(Т) = 1 + 157’

0.1 < 71 < 0.4 с

Р(Т) = 2.5

Т > 0.4 с

/?(Г) = шах|2.5^;0.8|

III

Г <0.1 с

Р(Т) = 1 + 15Г

0.1 <Т <0.8 с

Р(Т) = 2.5

Т >0.8 с

Р(Т) = тах|г.5^^; 0.в|

5.9    Максимальное горизонтальное ускорение при землетрясении на свободной поверхности грунта интенсивностью Isite = 7, 8, 9 баллов принимается соответственно Л/^* = 1.0, 2.0,4.0 м/с2.

5.10    Сейсмичность площадки установки сосуда Isite в баллах по шкале MSK-64 выдается заказчиком на основе данных сейсмического микрорайонирования. В районах, для которых отсутствуют карты сейсмического микрорайонирования, допускается использовать комплект карт общего сейсмического районирования территории Российской Федерации ОСР-97, утвержденных Российской академией наук с учетом повышения или понижения интенсивности в зависимости от категории грунтов в соответствии с таблицей 5.3 [20].

5.11    Коэффициент вертикального сейсмического ускорения Kv назначается на основе данных сейсмического микрорайонирования. Если данные отсутствуют, следует принимать Kv ~ 0.7 .

5.12    Коэффициенты К1¥ , в зависимости от коэффициента демпфирования принимаются по таблице 5.2. Для промежуточных значений £ допускается линейная интерполяция.

При отсутствии точных данных для импульсивной составляющей относительное демпфирование принимается £ = 0.04 . Соответственно коэффициент

учета демпфирования равен    (0.04)    =    1.30    ,    а для конвективной состав

ляющей относительное демпфирование принимается £с = 0.005 . Соответственно коэффициент учета демпфирования равен К£ =    (0.005) = 2.16 .

Если расчет производится с учетом влияния основания, то относительное демпфирование £ и £с принимается в соответствии с п. А.9.

Таблица 5.2

Коэффициенты, учитывающие относительное демпфирование

Относительное демпфирование £

Поправочный коэффициент К¥{%)

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

Таблица 5.3

Категория грунта по сейсмическим свойствам

Грунты

Сейсмичность площадки строительства при сейсмичности района, баллы

7

8

9

I

Скальные грунты всех видов (в том числе вечномерзлые и вечномерзлые оттаявшие) невыветрелые и слабовыветрелые; крупнообломочные грунты плотные маловлажные 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 принципу I (сохранение грунтов основания в мерзлом состоянии)

6

7

8

II

Скальные грунты выветрелые и сильновыветрелые, в том числе вечномерзлые, кроме отнесенных к I категории; крупнообломочные грунты, за исключением отнесенных к I категории; пески гравелистые, крупные и средней крупности плотные и средней плотности маловлажные и влажные; пески мелкие и пылеватые плотные и средней плотности маловлажные; глинистые грунты с показателем консистенции IL < 0,5 при коэффициенте пористости е < 0,9 для глин и суглинков и е < 0,7 - для супесей; вечномерзлые нескальные грунты пластичномерзлые или сыпуче мерзлые, а также твердомерзлые при температуре выше минус 2 °С при строительстве и эксплуатации по принципу I

7

8

9

III

Пески рыхлые независимо от влажности и крупности; пески гравелистые, крупные и средней крупности плотные и средней плотности водонасыщенные; пески мелкие и пылеватые плотные и средней плотности влажные и водонасыщенные; глинистые грунты с показателем консистенции IL > 0,5; глинистые грунты с показателем консистенции IL < 0,5 при коэффициенте пористости е > 0,9 для глин и суглинков и е > 0,7 - для супесей; вечномерзлые нескальные грунты при строительстве и эксплуатации по принципу II (допускается оттаивание грунтов основания)

8

9

>9

5.13    Коэффициенты, учитывающие допускаемые неупругие деформации принимаются:

-    для сосудов, отнесенных к категории сейсмостойкости Is

Kj - 0.625 ;    (5.4)

-    для сосудов, отнесенных к категории сейсмостойкости IIs

*/= 0.5;    (5.5)

-    для сосудов, отнесенных к категории сейсмостойкости Ills

Kj= 0.25.    (5.6)

5.14    Для форм колебаний с периодом Т меньше 0.03 сек (с частотами выше 33 Гц) следует принимать:

1.0, /?(77)^-1.0, ЯГГ>4=1.0.    (5.7)

5.15    Если ведется расчет сосуда, установленного в массивном многоэтажном здании (рис. 5.1, а) или на массивной многоярусной строительной конструкции, этажерке (рис. 5.1, б) при (тЛ. + m)imw < 0.1, то расчет максимальных ускорений производится с использованием поэтажных спектров ответа, полученных для этажа (яруса), на котором устанавливается сосуд.

Максимальные расчетные ускорения равны:

-    для /с-й формы колебаний сосуда и импульсивной массы жидкости в направлении j - {X, Y)

4*=a‘ATU'>Ki'>    (5.8)

-    для конвективной массы для направлений j = {XJ}

~ aj(Tj)Kj;    (5.9)

-    для вертикального направления воздействия

A2^aiz{Tz)Kl.    (5.10)

5.16    Спектры ответа (поэтажные спектры ответа) для трех различных направлений воздействия строятся для точки 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 с коэффициентом демпфирования осциллятора:

-    для агх(Т), а'у(Т), 4(Г) равного £ = 0.04 ;

-    для асх(Т), ау(Т) равного £=0.005.

5.17    В случае отсутствия спектров ответа в соответствии с п. 5.16 допускается принимать максимальные расчетные ускорения по формулам:

ПРЕДИСЛОВИЕ

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. №184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения стандартов организации в Российской Федерации -ГОСТ Р 1.4-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Стандарты организаций. Общие положения».

Сведения о стандарте организации

1    РАЗРАБОТАН    Научно - техническим предприятием Трубопровод

(ООО «НТП Трубопровод»)

2    ВНЕСЕН    Научно - техническим предприятием Трубопровод

(ООО «НТП Трубопровод»)

3    УТВЕРЖДЕН    1 Протоколом № 26 заседания Научно-технического

Совета ЗАО «ИПН» и ООО «НТП Трубопровод» от 17.11.2009 г.

2 Протоколом № 3 заседания научно-технического Совета Российской Ассоциации Экспертных организаций техногенных объектов повышенной опасности «РОСТЕХЭКСПЕРТИЗА» от 22.12.2009 г.

4    ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В Приказом от 23.12.2009 г. № 53-К Генерального

ДЕЙСТВИЕ    директора    Российской Ассоциации Экспертных ор

ганизаций техногенных объектов повышенной опасности «РОСТЕХЭКСПЕРТИЗА», с 23.12.2009 г.

5    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6    СОГЛАСОВАН    с    Федеральной    службой    по экологическому, техно

логическому и атомному надзору (Ростехнадзором), письмо № 08-01-05/210 от 22.01.2010 г.

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен без письменного разрешения Ассоциации «Ростехэкс-

пертиза».

Подписано в печать 15.04.2010. Формат 60x90/16. Тираж 500 экз.

Отпечатано ООО «НАВИГАТОР», 111141, г. Москва, ул. Плеханова, д.7 оф. 405 Тел.: 978-41-74, 672-32-84, 978-41-73

ISBN 978-5-9901793-3-2_

© Ассоциация «Ростехэкспертиза», 2009 © Научно-техническое предприятие Трубопровод (ООО «НТП Трубопровод»), 2009

^.k-4,k=AZ?'2.5-KhKIKi¥-

(5.11)

Асх=А^А%?-2.5-КнгКу,

(5.12)

Az = AZ1-2.5-КуК[ К,•<;

(5.13)

где Kh, Ky - коэффициенты изменения максимального ускорения от сейсмического воздействия по высоте установки сосуда z в горизонтальном и вертикальном направлении соответственно. Значения коэффициентов принимаются согласно таблице 5.4 [29].

Таблица 5.4

Коэффициенты Kh и Ку

Характеристика сооруже-ния

Максимальная отметка установки сосуда

z~10m

z=20 м

z=30m z=40m

Ч

Ч

4

Ч

к*

ч

Ку

Массивная железобетонная конструкция (рис. 5.1, а)

1.2

1.0

1.5

1.2

1.75

1.6

2.0

2.0

Пространственная стержневая конструкция, постамент, этажерка (рис. 5.1,6)

1.4

1.4

1.8

1.8

2.25

2.2

3.0

3.0

Примечания:

- в случае затруднения при определении типа конструкции коэффициенты


Kh и Ку принимаются как для гибких пространственных стержневых конструкций;

-    значения коэффициентов Kh и Ку при промежуточных значениях z допускается принимать методом линейной интерполяции;

-    таблица применима для грунтов, имеющих модуль деформации Ed > \04МПа. При Ed <104 МПа значения коэффициентов Kh и Ку следует умножить на 1.5.

5.18    При сейсмичности площадки 8 баллов и более при грунтах III категории (см. табл. 5.3) к значению ускорения Af™ в формулах 5,1, 5.2, 5.3 вводится множитель 0.7, учитывающий нелинейное деформирование грунтов при сейсмических воздействиях [20].

5.19    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.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................5

1    ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ..........................................................................6

2    НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ........................................................................6

3    ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ..................................................................8

4    ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ........................................................10

5    ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ..............................................................................13

6    ОЦЕНКА СЕЙСМОСТОЙКОСТИ СОСУДОВ, АППАРАТОВ И

РЕЗЕРВУАРОВ.........................................................................................................23

6.1 Расчет на прочность элементов сосуда    23

6.2    Расчет на прочность обечаек и днищ при внешних сейсмических

нагрузках на штуцер    24

6.3    Расчет анкерных болтов    25

7    ВЕРТИКАЛЬНЫЕ СОСУДЫ, АППАРАТЫ И РЕЗЕРВУАРЫ...........28

7.1    Полностью и частично заполненный сосуд    29

7.2    Параметры расчетной модели с учетом движения жидкости в сосуде

при горизонтальном воздействии    30

7.3    Параметры расчетной модели с учетом движения жидкости в сосуде

при вертикальном воздействии    33

7.4    Периоды колебаний и высота волны    33

7.5    Нагрузки от сейсмических воздействий    34

7.6    Нагрузки на опорные лапы, стойки, анкерные болты и фундамент 36

7.7    Расчет на устойчивость опорных стоек    38

7.8    Расчет обечаек и конических переходов на

прочность и устойчивость    39

7.9    Гидродинамическое давление от сейсмического воздействия для

частично заполненного сосуда    40

7.10    Гидродинамическое давление от сейсмического воздействия для

полностью заполненного сосуда    42

7.11    Расчет на прочность элементов сосуда, нагруженных давлением с

учетом сейсмического воздействия    43

7.12    Перемещения точек присоединения трубопровода к сосуду    44

8    ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ СОСУДЫ И АППАРАТЫ..................................46

8.1    Полностью и частично заполненный сосуд    46

8.2 Параметры расчетной модели при продольном воздействии    47

8.3 Параметры расчетной модели при поперечном воздействии    48

8.4    Периоды колебаний и высота волны    49

8.5    Дополнительные нагрузки от сейсмического воздействия    50

8.6    Нагрузки и усилия от сейсмических воздействий в продольном

направлении    51

8.7    Нагрузки и усилия от сейсмических воздействий в поперечном и

вертикальном направлениях    52

8.8    Нагрузки на седловые опоры    54

8.9 Нагрузки на анкерные болты    54

8.30 Гидродинамическое давление от сейсмического воздействия для частично заполненного сосуда    56

8.11    Г идродинамическое давление для полностью заполненного сосуда 5 7

8.12    Расчет элементов сосуда на прочность и устойчивость    5    8

8.13    Определение перемещений точек присоединения

трубопровода к сосуду    60

9 РАСЧЕТ СИСТЕМ С БОЛЬШИМ КОЛИЧЕСТВОМ СТЕПЕНЕЙ

СВОБОДЫ.................................................................................................................61

ПРИЛОЖЕНИЕ А ВЫЧИСЛЕНИЕ ПЕРИОДОВ КОЛЕБАНИЙ

ИМПУЛЬСИВНОЙ МАССЫ.................................................................................66

ПРИЛОЖЕНИЕ Б ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ФУНДАМЕНТОВ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ...............................72

БИБЛИОГРАФИЯ...............................................................................................74

4

© Ассоциация «Ростехэкспертиза», 2009

© Научно-техническое предприятие Трубопровод (ООО «НТП Трубопровод»), 2009

ВВЕДЕНИЕ

Настоящий стандарт разработан с целью повышения сейсмостойкости проектируемых, вновь изготавливаемых и реконструируемых сосудов, аппаратов и резервуаров, применяемых в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, нефтегазовой и смежных отраслях промышленности, расположенных на площадках с сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов по шкале MSK-64.

Стандарт предназначен для специалистов, осуществляющих проектирование сосудов, аппаратов и резервуаров, а также проектирование строительных конструкций и фундаментов под сосуды, аппараты и резервуары.

Рекомендован Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзором) к использованию в качестве нормативного документа межотраслевого применения.

Настоящий стандарт разработан ООО «НТП Трубопровод». Разработка выполнена авторским коллективом в составе:

А.Н. Краснокутский, А.В. Матвеев - ООО «НТП Трубопровод»,

А.В. Петренко - ОАО «СПбАЭП».

Общая редакция:

А.З. Миркин, Л.Р. Кабо, В.Я. Магалиф - ООО «НТП Трубопровод»,

А.А. Шаталов - Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор).

СТО-С А'ОЗ -003-2009

СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ «РОССИЙСКАЯ АССОЦИАЦИЯ ЭКСПЕРТНЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ ТЕХНОГЕННЫХ ОБЪЕКТОВ ПОВЫШЕННОЙ ОПАСНОСТИ «РОСТЕХЭКСПЕРТИЗА»

Нормативные документы межотраслевого применения по вопросам промышленной безопасности и охраны недр

СОСУДЫ И АППАРАТЫ НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ Расчет на сейсмические воздействия

Дата введения 23 декабря 2009 г.

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящий стандарт устанавливает нормы и методы определения расчетных усилий, а также оценки прочности и устойчивости от сейсмических воздействий для сосудов, аппаратов и резервуаров из углеродистых и легированных сталей, цветных металлов (алюминия, меди, титана и их сплавов), применяемых в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, нефтегазовой, теплоэнергетической и смежных отраслях промышленности, расположенных на площадках с сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов по шкале MSK-64. Стандарт не распространяется на теплообменники, аппараты колонного типа [13], [15] и резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов [26].

Настоящий стандарт применяется совместно со сборником стандартов

[1МП].

2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие нормативные и технические документы:

ГОСТ Р 52857.1-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования

ГОСТ Р 52857.2-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек

ГОСТ Р 52857.3-2007 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

© Ассоциация «Ростехэкспертиза», 2009

ГОСТ P 52857.4-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений

ГОСТ Р 52857.5-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет обечаек и днищ от воздействия опорных нагрузок

ГОСТ Р 52857.6-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность при малоцикловых нагрузках

ГОСТ Р 52857.7-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Теплообменные аппараты

ГОСТ Р 52857.8-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Сосуды и аппараты с рубашками

ГОСТ Р 52857.9-2007 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 52857.10-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Сосуды и аппараты, работающие с сероводородными средами

ГОСТ Р 52857.11-2007 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 Р 51273-99 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Определение расчетных усилий для аппаратов колонного типа от ветровых нагрузок и сейсмических воздействий

ГОСТ Р 51274-99 Сосуды и аппараты. Аппараты колонного типа. Нормы и методы расчета на прочность

ГОСТ Р 52630-2006 Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия

ГОСТ 30546.1-98 Общие требования к машинам, приборам и другим техническим изделиям и методы расчета их сложных конструкций в части сейсмостойкости

СНиП И-7-81*. Строительство в сейсмических районах СНиП 2.02.05-87 Фундаменты машин с динамическими нагрузками СНиП 2.09.03-85 Сооружения промышленных предприятий СНиП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений

СП 50-101-2004 Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений

ПБ 03-576-03 Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением

МДС 31-4.2000 Пособие по проектированию анкерных болтов для крепления строительных конструкций и оборудования (к СНиП 2.09.03-85).

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов по соответствующим указателям, составленным на 1 января текущего года и информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться замененным (измененным) документом. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

© Ассоциация «Ростехэкспертиза», 2009 © Научно-техническое предприятие Трубопровод (ООО «НТП Трубопровод»), 2009

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    акселерограмма поэтажная: Ответная акселерограмма для отдельных высотных отметок сооружения, на которых установлен сосуд.

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

3.5    категория сейсмостойкости: Категория сосуда, зависящая от степени опасности (риска), возникающего при достижении предельного состояния сосуда для здоровья и жизни граждан, имущества физических или юридических лиц, экологической безопасности окружающей среды.

3.6    ККСК: Корень квадратный из суммы квадратов.

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

3.8    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.

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

3.10    МКЭ: Метод конечных элементов.

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

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

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

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

3.15    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: под приповерхностной частью разреза понимается верхняя толща пород, существенно влияющая на приращение интенсивности землетрясения.

© Ассоциация «Ростехэкспертиза», 2009 © Научно-техническое предприятие Трубопровод (ООО «НТП Трубопровод»), 2009

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

3.17    сейсмостойкость сосуда: Свойство сосуда сохранять при землетрясении способность выполнять заданные функции в соответствии с проектом.

3.18    сосуд: Под этим термином в данном стандарте понимается сосуд, аппарат или резервуар.

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

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

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

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

3.23    стержневая система: (в строительной механике) несущая конструкция, состоящая из стержней, соединённых между собой в узлах.

9

© Ассоциация «Ростехэкспертиза», 2009

© Научно-техническое предприятие Трубопровод (ООО «НТП Трубопровод»), 2009