КАРКАСЫ СТАЛЬНЫЕ ПАРОВЫХ СТАЦИОНАРНЫХ КОТЛОВ

НОРМЫ РАСЧЕТА

РТМ 108.031.09—83

Издание официалы

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ указанием Министерства энергетического машиностроения от 18.02.83 № В В-002/1333

ИСПОЛНИТЕЛИ: Л. С. МАРКМАН (руководителькомплексной темы); Г. А. СЕР-ГАЧЕВ; Г. Я. СОБОЛЕВА; И. Я. ХАРХУРИМ, канд. техи. наук; В. В. КОСТАРЕВ, канд. техн. наук; А. Ю. ЩУКИН; В. А. ВЕТОШКИН; М. В. ОЛЕНБЕРГ; Л. А. БОРОДИН, канд. техн. наук (руководитель темы); П. М. ИСАЕВ (руководитель темы);

п. н. жосов

© Научно-производственное объединение по последованию и проектированию энергетического оборудования им. И. И. Ползунова (НПО ЦКТГП. 1984.

для центра масс подвешенной конструкции

TJ |*е — Т] i^ic,

2 ^mk^ik + M_cx_lc

2 ^тЬ-ХJh + М_СХ f_c -г

ft

k=l, 2,.. .,п.

Для котлов опертой конструкции т),* определяется по СНиП 11-7-81.

3.13.    Горизонтальные сейсмические нагрузки допускается определять, используя в . динамической модели сооружения подвесной котел — каркас упрощенную модель каркаса, при -условии, что жестко-стные характеристики элементов каркаса в местах присоединения связей не менее чем в 5 раз превосходят жесткость горизонтальных связей.

3.14.    Упрощенная консольно-стержневая модель каркаса содержит лишь одну массу Мк, приведенную к уровню потолочного перекрытия (черт. 3).

м —    • е S '

Положение этой системы при свободных колебаниях определяется тремя обобщенными координатами: горизонтальным перемещением приведенной массы каркаса, горизонтальным перемещением центра масс подвешенной конструкции и углом ее поворота вокруг этого центра. Для определения частот и форм собственных колебаний сооружения каркас — котел можно составить следующую систему алгебраических уравнений третьего порядка:

(#п    Xi_c    -f-    cli 4~ cl₁₃Xj_n = 0;

^ai\X_ic + (#22    4"    ^aizX_ln    =    0;

#31    + #32ft 4" (#33 — -Mft¹"?) X_in = 0.

Коэффициенты системы вычисляются по формулам:

^а"=тг+2^с"'^:

#22 — QI 0 + ~) 4“ "Г ^ ^ V ~~

с-1

А    п

#зз =    4"    ^ СцеУе +    М_к = ^ ^ткУк    ’

“    с-1    А—1

и

#23 — #32⁼    ^    (/    —    /_с)

с-1

#,2 -#2, =-[<? 17 4- 2 ^

А

#13 = #31 = — /    4-    ^    j    •

Величина ук (А= 1, 2,... ,е,... ,п) определяется по формуле

Ук=Ук/Уп,

где ук — смещение k-\i (k=\, 2узловой массы модели каркаса при собственных колебаниях его по первой форме.

При равномерном распределении масс каркаса по высоте допускается:

принимать за ijk соответствующее абсолютное перемещение k-ro узла модели каркаса от действия единичной горизонтальной силы, приложенной на уровне потолочного перекрытия; частоту собственных колебаний каркаса ыа определять по формуле

2 Заказ 23>

3.15. Значения горизонтальных перемещений сосредоточенных масс каркаса и центра масс котла для каждой формы колебаний определяются по формулам

Xik

S_№ .

О 9

тк^ш i

Х_и =

М_со>

2 » I

при k= 1, 2,..., п.

3.16. Угол поворота подвешенной конструкции вокруг ее центра масс определяется по формуле

VlXic

Хи ’

где Xic и чр{ определяются по п. 3.10.

3.17. Расчетные усилия В горизонтальных связях между котлом и каркасом формуле

^при e=\,2,...,h.

определяются по

3.18. Сосредоточенные усилия, передаваемые через горизонтальные связи, для каждой формы колебаний определяются по формуле

Р ie•— CoeAie»

где е= 1, 2, ...,/i;

А_)е — значение деформации горизонтальной связи для каждой формы колебаний.

Значение А,_е. определяется из выражения

Ate ⁼ Yie Х{е ПрИ б ⁼ 1, 2, , . . , /I,

где Yie и X_ie — значения перемещений концов связи, примыкающих к котлу и каркасу соответственно; определяются по формулам

Уи = Х1_С+(1е-1)Ы *1е = -^Ч-

m_e<»i

3.19.    Горизонтальное усилие, передаваемое через подвески на уровне потолочного перекрытия, для каждой формы колебаний находится по формуле

s» = -¥-(y,b-xj,

где    Y_lb    — X_1с — lf₍ — перемещение верха котла;

Х,„= —^,J— — перемещение верхней массы каркаса.

т_лч>1

3.20.    Вертикальные нагрузки при горизонтальном сейсмическом воздействии Рц (1, 2...../—но

мер условной подвески), обусловленные вращательным движением котла вокруг центра масс и приложенные к потолочному перекрытию.в точках расположения условных подвесок, определяются для i-го тона собственных колебаний сооружения по формуле

Pij = ajC₉)<$i.

При расчете подвесок должна учитываться дополнительная нагрузка, определяемая по формуле

3.21.    При ф*>0 силы Рц, приложенные к потолочному перекрытию слева от вертикальной линии, проходящей через центр тяжести С (см. черт. 1), направлены вниз; силы Рц, приложенные справа от вертикали, направлены вверх. При ср,<0 направление силы Р,_; следует принимать противоположным.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК ОТ ВЕРТИКАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ СЕЙСМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

4.1.    При определении нагрузки от вертикальной составляющей сейсмического воздействия допускается учитывать только первую форму колебаний.

4.2.    Значение нагрузки от вертикальной составляющей сейсмического воздействия допускается определять по формуле

S„ = (M_c + m_n)gA$k\.

4.3. Частоту колебаний подвешенной конструкции допускается определять по формуле

_gCjCa (Afc + т„) (Ci -+• Cs)

f

где Ct — жесткость потолочного перекрытия;

С_г — суммарная жесткость пружин условных-подвесок; Сг= 2 C<tj-

В предварительных расчетах допускается жесткость потолочного перекрытия определять по формуле

п _400 (M_c + m_n)g ----,

S_n распределяется по

где L — пролет хребтовой балки потолочного перекрытия.

Сч *

4.4. Нагрузка от вертикальной составляющей сейсмйческого воздействия точкам расположения условных подвесок по формуле

P«J =

5. ПРИВЕДЕНИЕ СЕЙСМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК К УЗЛАМ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ

5.1 Приведение нагрузок от сейсмического воздействия к узлам расчетной схемы осуществляется в порядке, обратном построению динамической модели. На черт. 4 изображена динамическая модель каркаса с приложенными силами от сейсмического воздействия.

5.2. При переходе от динамической модели каркаса к его расчетной схеме сейсмические нагрузки должны быть распределены между узлами и элементами схемы:

горизонтальная сейсмическая нагрузка Sn, — в каждом этаже по узлам пропорционально значениям сосредоточен--ных узловых масс;

вертикальные сосредоточенные силы Pij — в каждом ряду подвесок по точкам приложения вертикальных сосредоточенных сил от подвешенной конструкции пропорционально жесткостям пружин подвесок;

усилия со стороны.горизонтальных связей — в каждом этаже по узлам присоединения реальных связей пропорционально их жесткостям;

горизонтальное усилие 5ц, — на уровне потолочного перекрытия по точкам расположения подвесок пропорционально значениям расчетных усилий натяжения подвесок;

вертикальные силы Р_п) от вертикальной составляющей сейсмического воздействия — на уровне потолочного перекрытия по точкам расположения подвесок пропорционально значениям расчетных усилий натяжения подвесок.

В котлах, опирающихся на каркас, учитываются только горизонтальные нагрузки S_fft.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Рекомендуемое

МЕТОДЫ ПОВЕРОЧНОГО РАСЧЕТА СЕЙСМОСТОЙКОСТИ КАРКАСОВ

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    В настоящем приложении изложены методы, позволяющие произвести анализ сейсмостойкости каркасов котлов на основе использования инструментальных записей землетрясения.

1.2.    Сейсмическое воздействие может быть задано набором акселерограмм и (или) спектров ответа поврем компонентам.

Акселерограммой называется таблично или графически заданная зависимость ускорения при динамическом (сейсмическом) воздействии от времени.

Спектром ответа называется зависимость абсолютных значений максимальных ответных ускорений линейного осциллятора (системы с одной степенью свободы) при воздействиях, заданных акселерограммами, от периода (частоты) его собственных колебаний при фиксированном затухании.

Затухание "в осцилляторе характеризуется постоянной затухания k, которую для каркасов котлов следует принимать равной 0,05.

1.3.    Горизонтальные составляющие сейсмических воздействий следует считать направленными, вдоль продольной и поперечной осей конструкции.

1.4.    Если вертикальная составляющая не задана, ее следует принимать равной половине от наибольшей из горизонтальных составляющих.

1.5.    При отсутствии инструментальных записей землетрясений, соответствующих условиям данной площадки, допускается использовать обобщенные и синтезированные характеристики сейсмического воздействия (акселерограммы и спектры ответа).

1.6.    Проверку прочности следует производить:

для основных несущих элементов каркаса — колонн, балок потолочного перекрытия — в соответствии с указаниями раздела 4 настоящего РТМ;

для элементов раскосных систем, ферм жесткости и ригелей, не несущих оборудование, — по временному сопротивлению в соответствии с указаниями СНиП 11-23-81.

Если величина расчетного напряжения в наклонных элементах раскосных систем составляет более 80% временного сопротивления, то необходимо определить возможные деформации всей конструкции с учетом неупругих-деформаций в указанных элементах.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЕЙСМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК В СООРУЖЕНИИ КОТЕЛ - КАРКАС С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ ЗАПИСЕЙ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ ПО ЛИНЕЙНО-СПЕКТРАЛЬНОМУ МЕТОДУ

2.1.    Настоящая методика определения сейсмических нагрузок рекомендуется для стационарных котлов с любой конструктивной схемой.

2.2.    Линейно-спектральный метод позволяет определять сейсмические нагрузки по спектру ответа в зависимости от частот и форм собственных колебаний конструкции.

2.3.    Сейсмическая сила, действующая по направлению't-й обобщенной координаты и соответствующая j-й форме собственных колебаний системы, определяется по формуле

S₀ =

Здесь та — диагональный коэффициент матрицы масс;

ij)j — ускорение, определяемое по кривым спектра ответа для частоты ю/,

Ф., — постоянная /-й формы колебаний;

Хц — компоненты вектора смещения узлов динамической модели {Я},- при колебаниях по /-й форме.

П

2] ^mu^xU ^cos ч Ф. ₌ *=!_

1    п    >

«=1

где си— угол между направлениями сейсмического воздействия н направлением i-й обобщенной координаты.

PTM Т08.031.09—83 Стр. 13

2.4. Величина определяется из решения частотного уравнения

Д(<оД =0,

где Д — определитель системы алгебраических уравнений

Здесь [С] и [М] — матрицы жесткости и масс динамической модели.

2.5. Относительные (размерные) перемещения узлов расчетной модели в направлении обобщенных координат по каждой /-й форме колебаний определяются по формуле

Sij

*9 «

2.6. Для оценки конструкции по допускаемым перемещениям расчетное значение перемещения в направлении /-й обобщенной координаты рекомендуется определять по формуле

*,= ■/§ Xlr

2.7. Описанная методика реализована в программном комплексе STADIAS, разработанном НПО ЦКТИ.

Возможности данного комплекса позволяют также определять внутренние усилия в элементах динамической модели. При анализе сейсмостойкости с его'помощью допускается приводить напряжения, полученные в плоских моделях для каждой компоненты воздействия, к элементам пространственной расчетной схемы, вычисляя полное внутреннее усилие по формуле

N. = yNl + Nl + Nl,

где N_x, N_v, N_z — внутренние усилия от каждой компоненты.

Дальнейшая оценка прочности производится в соответствии с требованиями данного РТМ.

3. МЕТОД ДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

3.1.    Настоящая методика рекомендуется для применения при анализе сейсмостойкости каркасов стационарных котлов, в конструкции которых имеются элементы с нелинейными характеристиками (демпферы, амортизаторы) и (или) допускаются неупругие деформации отдельных ее элементов при динамическом воздействии.

3.2.    Метод динамического анализа (МДА) позволяет исследовать во времени поведение сооружения каркас — котел при землетрясении, описываемом набором акселерограмм (до трех — по числу компонентов). В результате для каждого момента времени могут быть определены перемещения узлов, внешние нагрузки и внутренние усилия в элементах динамической модели. При соблюдении необходимых условий моделирования указанные параметры, вычисленные по МДА, будут достаточно точно соответствовать реальным при воздействии данного типа.

3.3.    При расчете по МДА могут использоваться ранее построенные динамические модели, к соответствующим узлам которых присоединяются элементы с нелинейными характеристиками.

Схемы и характеристики наиболее распространенных из таких элементов приведены в таблице.

3.4.    Динамический анализ систем с конечным числом степеней свободы при заданном произвольном воздействии на опорах (акселерограмме) может производиться методами численного интегрирования системы дифференциальных уравнении вида

\М\ \Х\ + [С] {*1 + {/?) =-4(0[Л*1 {cosа],

где !#) — вектор реактивных сил от дополнительных (нелинейных) связен системы;

.{cos а) —вектор направляющих косинусов;

•h(t) — ускорение сейсмического воздействия.

Соответствующая система конечно-разностных уравнений имеет вид

{**₊1| =2 |А,| - \Х_к -il -М\ [М]--Н[С] \Х_к\ + %_к[М] {cosа! + {/?„!),

где {A*_ij, {A_ft(, {A*+i)—векторы относительных перемещений для моментов времени к— 1, k\ik+\ соответственно; {/?*)—вектор реактивных сил, действующих в направлении обобщенных координат системы в момент времени к. Он представляет собой сумму реакций в элементах с нелинейными характеристиками.

Характеристики нелинейных элементов расчетной модели

Тип элемента Схемауыодели Диаграмма Аналитическая зависимость Амортизатор Cl Ч Сз д у Я = С,у + СзУ* + Сэ>з \..R = Ciy 2.    /? = С,у + СзУ3 3.    R = С2 у» + СзУ3 */1 г Г У Демпфер 1 V У R Г*! Jr =2 // у^ж1 R = b J у Г sign у § Элемент сухого трения Fmp '^-ЛЛгтяп 9 1 i1 J* / /1 f 1 ^ Fтр» СтрУ ^ Fтр* Стру, — />< СТрУ < FTp; — ^тр* ^тРУ ^ ^тр -- i / \/ Fmpftmp J ~?mp У Упругий упор Су а><*г У А, а, /Vе /? = 0, Л, < у < а2; Су (у - а2), у > а2, Су (у - а,), у < а, «2 У b;tc в Су

Примечание, у — относительное перемещение узлов расчетной модели, между которыми расположен нелинейный элемент, в направлении его линии действия; b — коэффициент сопротивления демпфера.

Вектор {А"*} для каждого момента времени определяется шаговым методом.

3.5.    Результирующий вектор внешних сил, действующий на узлы системы в направлении .обобщенных координат, в любой момент времени k определяется по формуле

(/%) = IQ {**}•

3.6.    По вычисленному значению вектора {F/,) определяются внутренние усилия и напряжения в сечениях основных упругих связей модели, которые описаны матрицей [С].

3.7.    Для анализа сейсмостойкости каркасов котлов по МДА могут быть использованы программы SEISM-180 и SEISM-282, разработанные НПО ЦКТИ.

PTM 108.031.09—83 Стр. 15

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Рекомендуемое

РЕКОМЕНДАЦИИ ДО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ВЕТРОВЫХ НАГРУЗОК НА КАРКАСЫ КОТЛОВ

1.    Нагрузки, возникающие в элементах каркаса котла от ветрового воздействия на сооружение каркас — котел, имеют статическую и динамическую составляющие, которые определяются в соответствии с рекомендациями раздела 6 СНиП П-6-74 «Нагрузки и воздействия» и настоящего РТМ.

Для определения динамической составляющей ветровой нагрузки используется динамическая модель сооружения, построенная на принципах, изложенных в разделе 2 и приложениях 1 и 6.

2.    При определении статической составляющей ветровой нагрузки сооружение каркас — котел с опертым или подвешенным котлом рассматривается как здание повышенной или большой этажности, прямоугольное в плане. Значения коэффициентов лобового сопротивления для этого случая определяются по таблице в зависимости от отношений Н/В и 1/В. Здесь Н — высота здания; / — его ширина, т. е. размер в направлении потока; В — длина наветренной грани сооружения.

Значения коэффициентов для промежуточных величин отношений 1/В и Н/В допускается определять линейной интерполяцией.

3.    Статическую составляющую ветровой нагрузки для всех типов котлов следует определять в предположении, что ветровой напор действует на всю площадь, ограниченную контуром наветренной стены каркаса. При этом сооружение разбивается по высоте на ряд участков, соответствующих этажам используемой динамической модели. Равнодействующая нормативной статической составляющей ветровой нагрузки, вычисленная для половины верхнего и нижнего соседних с уровнем участков (Qhu) 1 • прикладывается в виде сосредоточенных сил Р = 0,5 в узлы угловых колонн, располо

женных на этом уровне.

4.    Нормативное значение динамической составляющей ветровой нагрузки определяется для каждой формы колебаний сооружения как инерционная сила и прикладывается к соответствующим узлам динамической модели. Для сооружений каркас — котел с простой конструктивной схемой и равномерным распределением масс по высоте допускается учитывать только I форму колебаний.

5.    Для котлов опертого типа инерционная сила, приложенная к узлу динамической модели сооружения с номером /, при колебаниях сооруженияпо i-й форме определяется' по формуле

= tnfcPhj',

где    nij — узловая масса динамической модели;

|ь v — коэффициенты, определяемые в соответствии с указаниями пп. 6.12, 6.14 СНиП П-6-74;

T)ij — приведенное ускорение /-й узловой массы.

Приведенное ускорение г],₃- (в м/с²) определяется по формуле

Г

2 XikQnk''^xk

где ца — коэффициент пульсации скоростного напора для уровня k-ro узла динамической модели, принимаемый по табл. 9 СНиП П-6-74; Xi_Jt X_ih — параметры, описанные в обязательном приложении 1.

6.    Нормативное значение динамической составляющей для котлов. опертого типа q* (в кгс/см²) при учете только первой формы собственных колебаний допускается определять по формуле п. 6.17 СНиП П-6-74.

7.    Динамическая составляющая ветровой нагрузки в сооружении подвесной котел — каркас определяется только для котла.

Величина инерционной силы, приложенной к центру масс котла, при колебаниях по t-й форме определяется по^Ърмуле

0Ьу = (А*с+ 0,3^)^,

где М_с и М_к — массы котла и каркаса соответственно; остальные параметры описаны в п. 5 настоящего приложения.

Приведенное ускорение тр_с определяется по формуле

о,\х_1с 2 *«*<?!>* + о,9^_с2

. t=i_ *-Г

*-1

где Xi_C—параметр, описанный в обязательном приложении 1.

8.    Абсолютные значения перемещений сосредоточенных масс каркаса и центра масс котла для каждой формы колебаний определяются по формулам п. 3.15 обязательного приложения 1 с заменой сейсмических нагрузок на соответствующие инерционные, вызванные ветровым воздействием.

9.    Дополнительные вертикальные сосредоточенные силы Pij (/=1, 2..... п    —    номера    условных

подвесок), приложенные к. потолочному перекрытию в точках расположения условных подвесок, определяются для t-ro тона собственных колебаний сооружения по формуле

n Qtaj^et^aJ

1

где е,- — расстояние по вертикали между линией действия инерционной силы, приложенной к котлу, и его центром масс.

При вычислении этих усилий следует воспользоваться указаниями пп. 3.20 и 3.21 обязательного приложения 1.

10. Расчетные усилия в горизонтальных связях между котлом и каркасом определяются по формулам пп. ,3.17 и 3..18, а горизонтальное усилие, передаваемое через подвески л а потолочное перекрытие,— по формуле п. 3.19 обязательного приложения 1 с заменой в этих формулах сейсмических нагрузок на .инерционные от ветрового воздействия.

РТМ 108.031.09—8? Стр. 17

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Справочное

ПРИМЕР ПОСТРОЕНИЯ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ КАРКАСА

В качестве примера рассматривается построение расчетной схемы каркаса подвесного котла Т-образной компоновки в сейсмостойком исполнении.

План расположения колонн

Как видно из черт. 1—5 каркас состоит из четырех несущих вертикальных рам, расположенных на осях I—IV, содержащих по цять колонн, объединенных вверху потолочным перекрытием. По высоте колонны в рамах и рамы между собой связаны системой горизонтальных и наклонных связей. Для увеличения жесткости каркаса при сейсмических воздействиях несущие рамы в шести уровнях связаны горизонтальными замкнутыми фермами.

Черт. 3. иллюстрирует переход от конструктивной Схемы одной из несущих рам к расчетной на основании рекомендаций раздела 2 настоящего РТМ. При разработке расчетной схемы рамы и карг каса в целом необходимо учитывать, что горизонтальные фермы образуют жесткие диски на своих уровнях, в результате чего каркас оказывается расчлененным на ряд этажей. Это позволяет внести упрощения в расчетную схему в соответствии с рекомендациями п. 2.3 настоящего РТМ, аннулировать горизонтальные элементы, расположенные между этажами и работающие на местные нагрузки, заменить системы связей в каждом этаже на эквивалентные раскосы. В частности, для рамы, изображенной на черт. 3, указанные мероприятия проведены между отметками 37 930 и'55 340.

Нагрузки, действовавшие на аннулированные горизонтальные элементы, приведены к колоннам в виде реактивных усилий в узлах соединения.

На черт. 4 изображены конструктивная и расчетная схемы фермы жесткости на отметке 20 000; ферма предназначена для перераспределения между рамами горизонтальных нагрузок от сейсмических воздействий. При переходе к расчетной схеме она заменяется эквивалентной рамой, геометрические характеристики элементов которой определяются в соответствии с рекомендациями справочного приложения 5.

3 Заказ 23:

УДК 621.181:624.94 (083.74)    Группа    Е    21

РУКОВОДЯЩИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

КАРКАСЫ СТАЛЬНЫЕ ПАРОВЫХ СТАЦИОНАРНЫХ КОТЛОВ НОРМЫ РАСЧЕТА

Указанием Министерства энергетического машиностроения от 18.02.83 № ВВ-002/1333 срок действия

с 01.07.83

_ДП ^П1^П7,99-//V с '■ С/'Л.у&г.'г. Ау / -    г

Настоящий руководящий технический материал (РТМ) распространяется на каркасы стационар-ных паровых и водогрейных котлов и содержит требования и рекомендации по расчету несущих элементов при статических и динамических воздействиях.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Каркасом стационарного котла называется несущая металлическая конструкция, воспринимающая нагрузки от массы стационарного котла и другие нагрузки, определенные требованиями ОСТ 108.031.107—78, и обеспечивающая требуемое взаимное расположение элементов котла.

1.2.    Каркас должен быть рассчитан на прочность и устойчивость при основном и особых сочетаниях нагрузок, регламентированных ОСТ 108.031.107—78.

1.3.    Расчет при особом сочетании с учетом сейсмических нагрузок (определение сейсмостойкости) производится для каркасов котлов, устанавливаемых на площадках с расчетной сейсмичностью 7 и более баллов по шкале МСК-64.

1.4.    В случае необходимости при согласии организации, проектирующей каркас, допускается передавать на него нагрузки от перекрытий зданий, станционных трубопроводов, котельно-вспомогательного и другого оборудования.

1.5.    Для расчета каркаса на действие статических и приведенных к ним динамических нагрузок составляется расчетная схема, учитывающая пространственное расположение его элементов.

Определение перемещений и внутренних усилий в элементах расчетной схемы следует производить на электронно-вычислительных машинах (ЭВМ) с использованием программ расчета пространственных конструкций (специализированных или универсальных).

1.6.    При расчете каркаса в предположении упругих деформаций элементов допускается определять внутренние усилия от каждого нагружения в отдельности и затем суммировать их в сочетаниях. При'учете неупругих деформаций определение внутренних усилий возможно только от суммарной нагрузки для каждого сочетания.

1.7.    Для каркасов серийных котлов должны быть оговорены условия их применения с указанием учтенных в расчете типов сочетаний нагрузок. Применение ранее запроектированных каркасов для работы в других условиях без поверочных дополнительных расчетов запрещается.

1.8.    Величины всех нагрузок, кроме нагрузок от сейсмического и ветрового воздействий, определяются в соответствии с указаниями ОСТ 108.031.107—78.

При нахождении сил трения следует принимать: коэффициент трения скольжения 0,3, коэффициент трения качения 0,1.

Стр. 2 РТМ I0e.03l.09—83

1.9.    Определение нагрузок от динамических (сейсмических и ветровых) воздействий следует производить в соответствии с требованиями настоящего РТМ.

Действие этих нагрузок допускае&я учитывать раздельно в направлениях продольной, поперечной и вертикальной осей сооружения. Для определения указанных нагрузок составляется специальная расчетная схема — динамическая модель сооружения.

1.10.    Исходными данными для проведения расчета на сейсмостойкость являются: расчетная сейсмичность (в баллах), категория грунта площадки строительства, а также в случае необходимости инструментальные записи землетрясений и основанная на них другая информация. Исходные данные согласовываются с генпроектировщиком при составлении технического задания на проектирование.

1.11.    Нагрузки от сейсмических воздействий (сейсмические нагрузки) для всех типов котлов как опертых на каркас, так и подвесных, следует определять по методике, изложенной в обязательном приложении 1.

1.12.    Для котлов подвесного типа паропроизводнтельностью свыше 800 т/ч и высотой более 50 м при расчетной сейсмичности 8 баллов и выше следует производить поверочный, расчет каркаса на сейсмостойкость с использованием инструментальных записей. Соответствующие методики приведены в рекомендуемом приложении 2.

1.13.    Рекомендации по определению ветровых нагрузок содержатся в рекомендуемом приложении 3.

1.14.    Температурные воздействия для полуоткрытых установок котла следует учитывать в расчетах, если разность температур соседних параллельных элементов каркаса превышает 50°С.

2. РАСЧЕТНАЯ СХЕМА

2.1.    Под расчетной схемой каркаса котла следует понимать систему соединенных в узлах стержневых, пластинчатых и других элементов, отражающую с необходимой точностью деформационные и геометрические свойства реальной конструкции, условия ее закрепления н нагружения статически приложенными силами.

Если оси стержневых элементов конструкции, соединенных в узле, лежат в параллельных плоскостях (т. е. не пересекаются в одной точке) и расстояние между ними превышает 1/5 длины меньшего элемента, то в расчетную схему следует вводить жесткие элементы — вставки, имитирующие физические размеры узла.

2.2.    Расчетная схема строится на основе конструктивной схемы, исходя из предположений и допущений о работе конструкции и ее элементов, позволяющих упростить ее конфигурацию и выявить основные несущие элементы.

Пример построения расчетной схемы каркаса приведен в справочном приложении. 4.

2.3.    При построении расчетной схемы допускается:

использовать симметрию конструкции, рассматривая 1/2 или 1/4 (при двоякой симметрии) ее части;

уменьшать число прикладываемых нагрузок за счет объединения близко расположенных сил или введения статических эквивалентов группы сил;

уменьшать количество элементов путем замены отдельных частей конструкции (ферм, раскосных систем) их эквивалентами, исключая вспомогательные элементы с незначительной несущей способностью или работающие только на местные нагрузки.

Под местной понимается нагрузка, непосредственно не учитываемая в расчетной схеме. Рекомендации по разработке стер.жиевых эквивалентов ферм жесткости приведены в справочном приложении 5.

2.4.    Расчет исключаемых элементов на действующие на них нагрузки следует производить отдельно от общего расчета каркаса.

2.5.    Перекрытие и горизонтальные фермы жесткости, расположенные на разных уровнях по высоте каркаса, допустимо рассматривать при составлении расчетных схем как жесткие междуэтажные диски, понимая под этажом часть каркаса, заключенную между соседними дисками.

2.6.    В расчетной схеме допускается учитывать несущую способность газоплотной обшивки, вводя эквивалентные пластинчатые или раскосные элементы. Включать в расчетную схему каркаса обмуровку и поверхности нагрева запрещается.

2.7.    При отсутствии специальных конструктивных мероприятий, обеспечивающих шарнирное закрепление или упругое защемление элементов каркаса в узлах и его опорных узлов в основании, их закрепление предполагается в расчетной схеме жестким.

2.8.    Условия нагружения реализуются в расчетной схеме в виде сосредоточенных нагрузок в узлах и распределенных и сосредоточенных нагрузок на элементы. Нагрузки (кром$ местных), приложенные к исключаемым элементам, должны быть приведены к остающимся; если закрепление балочных элементов в узле жесткое, то вместе с сосредоточенными реактивными силами должны прикладываться и моменты.

2.9.    Нагрузки от динамических воздействий, полученные в динамической модели, приводятся к узлам и элементам основной расчетной схемы п включаются в статический расчет каркаса котла.

3. ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СООРУЖЕНИЯ КАРКАС—КОТЕЛ

3.1.    Динамическая модель сооружения каркас — котел представляет собой специальный вариант расчетной схемы, достаточно полно отражающий основные инерционные и жесткостные его свойства. По реакции модели на заданное внешнее возмущение оцениваются параметры соответствующей реакции реального сооружения.

3.2.    Динамическая модель рассматриваемой системы состоит в общем случае из двух связанных подсистем — динамических моделей каркаса и котла. Могут рассматриваться пространственные, плоские и консольные динамические модели.

3.3.    Пространственная динамическая модель каркаса может быть получена непосредственно из расчетной схемы путем сосредоточения ее масс в узлах. В схемах с этажной структурой указанные узлы рекомендуется располагать на междуэтажных уровнях. В эти же узлы приводятся массы опертого котла и другого оборудования.

Пространственные динамические модели следует использовать в тех случаях, когда существует возможность значительных общих крутильных колебаний каркаса (для протяженных в плане конструкций с существенной асимметрией и неравномерным распределением масс).

3.4.    Плоская динамическая модель для каждого горизонтального направления строится путем условного совмещения параллельных рам пространственной модели. При этом жесткостные характеристики элементов и узловые массы плоской модели определяются, как суммы соответствующих параметров, совпадающих при наложении элементов и узлов.

3.5.    Консольная динамическая модель — наиболее простой тип моделей — представляет собой условный стержень, на оси которого располагаются сосредоточенные массы в количестве, равном числу этажей плоской модели.

Величина каждой массы численно равна сумме масс, расположенных на соответствующем междуэтажном уровне плоской модели. Матрица жесткости такого стержня может быть получена на основе рассмотрения плоской модели при условии, что узлы, расположенные на каждом междуэтажном уровне, соединены нерастяжимыми связями и, следовательно, имеют одинаковые горизонтальные смещения..

Пример построения динамической модели каркаса показан в справочном приложении 6.

3.6.    Для определения нагрузок от динамических воздействий по каждому из трех взаимно перпендикулярных, направлений в отдельности допустимо использовать плоские и консольные динамические модели каркасов,

3.7.    Б динамической мрдели сооружения подвесной котел — каркас подвешенную конструкцию допускается рассматривать как жесткое недеформируемое тело, связанное с потолочным перекрытием параллельными подвесками одинаковой длины.

Массовый момент инерции определяется относительно оси, проходящей через его центр масс.

3.8.    При построении плоской модели реальная система подвесок заменяется несколькими условными подвесками эквивалентной жёсткости.

3.9.    Потолочное перекрытие моделируется изгибаемым элементом эквивалентной жесткости. При расчетах на горизонтальное воздействие допускается принимать элемент абсолютно жестким.

3.10.    Если между котлом и каркасом установлены горизонтальные упругие связи или демпфирующие устройства, то в динамической модели в соответствующих уровнях вводятся элементы с эквивалентными характеристиками.

4. ПРОВЕРКА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ КАРКАСА И ЕГО ЭЛЕМЕНТОВ

4.1.    Проверку несущей способности элементов каркаса котла следует производить по СНиП П-23-81 с учетом указаний данного РТМ на основании величин внутренних усилий в элементах и перемещений в узлах расчетной схемы.

4.2.    Расчет каркаса котла на все виды нагружений с проверкой несущей способности и подбором размеров сечений основных элементов с учетом обязательных положений данного РТМ, требований СНиП П-23-81 и СНиП II-7-81 может быть произведен по специализированной программе «Конструкция», разработанной НПО ЦКТИ. Пример расчета каркаса котла по программе «Конструкция» приводится в справочном приложении 7.

Примеры определения сейсмических нагрузок различными методами даны в справочном приложении 8.

4.3.    Расчетные характеристики материалов и соединений следует принимать по СНиП П-23-81.

4.4.    По степени ответственности и условиям эксплуатации элементы каркасов котлов, кроме фа-сонок ферм, относятся ко второй группе стальных конструкций по классификации СНиП П-23-81, фа-сонки ферм относятся к первой группе.

4.5.    Расчет конструкций сооружения на основные и особые сочетания нагрузок с учетом сейсмических воздействий выполняется в соответствии с требованиями СНиП П-7-81 и настоящего РТМ.

В случае особых сочетаний нагрузок с учетом действия реактивных усилий предохранительных клапанов или сейсмического воздействия, помимо коэффициентов условий работы, принимаемых в со-

Стр. 4    PTM_J08.03I.09—83-

ответствни с требованиями настоящего РТМ, должен вводиться дополнительно коэффициент условий работы /Пир, определяемый по. СНиП 11-7-81.

4.6. Определение величшр внутренних усилий или напряжений в элементах каркаса при учете вертикальной и одной из горизонтальных составляющих сейсмического воздействия следует производить по формуле

n = ym²f+ ^Nl-

4.7.    Усилие или напряжение в элементах каркаса от горизонтальной составляющей сейсмического воздействия N_T определяется по формуле.

iV_r=)/M-

Суммирование йроизводится по числу форм колебаний i, учитываемых в расчете и соответствующих частотам не выше 30 Гц.

4.8.    Усилие или напряжение в элементах каркаса от вертикальных нагрузок при сейсмическом воздействии N_в определяется по формуле

^=/:s«+wLj,

где Ni —усилие или напряжение при колебаниях по i-й форме от вертикальной составляющей ^в сейсмического воздействия;

yV/_rB—усилие или напряжение при колебаниях по г-й форме от вертикальной нагрузки, которая возникает от горизонтальной составляющей сейсмического воздействия.

Суммирование производится по числу форм i, учитываемых в расчете.

4.9.    Консольно расположенные конструкции, несущие оборудование, рассчитываются на вертикальную сейсмическую нагрузку в соответствии с указаниями СНиП 11-7-81 для конструкций данного типа.

4.10.    Коэффициенты-условий работы элементов каркаса котла принимаются:

у_с = 0,9— для колонн, ригелей рам, элементов ферм, балок потолочного перекрытия, основных опорных балок и шлаковых бункеров; у_с =1,0 — для всех остальных расчетных элементов.

4.11.    Элементы, вошедшие в расчетную схему, рассчитываются как работающие в составе всей конструкции и отдельно на действие местных нагрузок (если они имеются).

Конструкции, замененные эквивалентами рассчитываются на действие внутренних усилий, определенных для эквивалента, и на местные нагрузки.

4.12.    Расчетные длины колонн рамных каркасов и других сжатых элементов следует принимать по СНиП 11-23-81.

Расчетные длины участков колонн следует принимать равными расстоянию между узлами, если концевые сечения участков соединены с междуэтажными дисками или ригелями, удовлетворяющими условиям, предъявляемым к элементам, уменьшающим расчетную длину, или если данный участок является элементом рамно-связевой системы.

4.13.    Ригели, связывающие колонну с рамно-связевон системой, должны быть проверены на действие условной перерезывающей силы в соответствии с СНиП 11-23-81.

4.14.    Расчет элементов потолочного перекрытия с учетом развития пластических деформаций не допускается.

Балки, не вошедшие в расчетную схему, следует рассматривать, как шарнирно-опертые однопролетные с коэффициентом условии работы у_с=1.

4.15.    Фермы жесткости каркаса должны быть рассчитаны дополнительно как отдельные конструкции на действие условных перерезывающих горизонтальных сил, определяемых по СНиП 11-23-81. Эти силы прикладываются одновременно во всех узлах соединения ферм с промежуточными колоннами; при этом узлы, соответствующие угловым колоннам, рассматриваются как неподвижные.

4.16.    Перемещения каркаса котла от расчетных нагрузок не должны превышать по колоннам в горизонтальном направлении на высоте от обреза фундамента н поэтажно значения Я/500 (Я— высота от обреза фундамента или высота этажа).

При сейсмических воздействиях значения допустимых перемещений каркаса котла могут быть увеличены в горизонтальном направлении до Я/400.

4.17.    Перемещения каркаса здания котельного помещения в горизонтальном направлении от расчетных нагрузок при совмещении несущих конструкций стационарных котлов со строительными конструкциями не должны превышать на уровне низа хребтовых балок значений Я/700 (Я — расстояние от обреза фундамента до низа хребтовой балки).

При сейсмических воздействиях значения допустимых перемещений каркаса здания в горизонтальном направлении могут быть увеличены до Я/500.

РТМ-ЛШШ.09—83 Стр^ 5

4.18.    Относительные прогибы элементов каркаса котла от расчетных нагрузок не должны превышать:

1/400 — для главных (хребтовых) балок н ригелей потолочного перекрытия; ригелей, несущих барабаны котла, в вертикальном и горизонтальном направлениях при двухопорной конструкции;

.1/300 — для ригелей и балок водяного экономайзера;-ригелей рам, несущих обмуровку, в вертикальном направлении;

1/250 — для второстепенных балок потолочного перекрытия; ригелей рам, несущих обмуровку, в горизонтальном направлении;

1/200 — для ригелей рам, не несущих обмуровки, в вертикальном и горизонтальном направлениях; ригелей и балок трубчатых воздухоподогревателей.

4.19.    Гибкость элементов каркаса котла не должна превышать значений, приведенных в таблице.

Элементы конструкций	Рекомендуемые значения гибкости	Максимальная допустимая гибкость
Основные колонны	40—80	120
Элементы несущих вертикальных и горизонтальных ферм жесткости, сжатые вертикальные связи	100	120
Второстепенные сжатые связи и поддерживающие элементы	150	200
Растянутые связи н подвески	200	300

4.20. При отсутствии горизонтальных неуравновешенных нагрузок (ветровых, сейсмических и др.) пли незначительных их величинах каркас котла должен быть проверен на одновременное действие условных перерезывающих сил, определяемых по формуле

Q|_>M = 0,01

где Q/_vci — условная перерезывающая сила, приложенная в верхней отметке i-й колонны;

N_t—продольная сила в t'-й колонне; п — количество сжатых колонн.

Эта проверка может быть заменена расчетом на общую устойчивость каркаса от вертикальных нагрузок.

Стр. 6 РТМ 108.031.09—83

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Обязательное

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЕЙСМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Настоящая методика предназначена для определения сейсмических нагрузок на каркасы стационарных котлов, опирающихся на собственный каркас, и котлов подвесной конструкции, имеющих горизонтальные связи между котлом и каркасом или свободно подвешенных к потолочному перекрытию. Данная методика может быть применена для определения сейсмических нагрузок на несущую конструкцию стационарных котлов, совмещенную со строительными конструкциями котельного помещения, при условии, что динамическая модель этого сооружения может быть составлена в соответствии с требованиями настоящего РТМ.

1.2.    Нагрузки от горизонтальной составляющей сейсмического воздействия на сооружение каркас— котел определяются и учитываются раздельно в двух, взаимно перпендикулярных направлениях— вдоль продольной и поперечной осей каркаса.

1.3.    Нагрузки от вертикальной составляющей сейсмического воздействия определяются независимо от горизонтальной составляющей с помощью специальной динамической модели.

2. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ш_{ — частота собственных колебаний системы по 1-й форме;

Х_и—горизонтальное перемещение центра масс подвешенной конструкции при колебаниях по 1-й форме;

tp, — угловое перемещение подвешенной конструкции вокруг центра масс при колебаниях по i-й форме; т_и т.р ..., Щ, ..., т_п — сосредоточенные массы каркаса;

1, 2, 3,..., k,..., п — номер сосредоточенной массы каркаса (индекс п всегда относится к верхней массе, сосредоточенной на уровне потолочного перекрытия);

X_ik—горизонтальное перемещение k-й сосредоточенной массы каркаса при колебаниях по 1-й форме;

—частота собственных колебаний каркаса по первой форме;

1„ — длина подвески;

I — расстояние от верхней кромки котла до его центра масс;

1_е — расстояние от верхней кромки котла до уровня горизонтальной связи е\

Uj—расстояние по горизонтали от центра масс подвешенной конструкции до /-й условной подвески;

1,2,...,/ — номер условной подвески;

Со*—суммарная жесткость горизонтальных связей между котлом и каркасом в е-м этаже;

е~\, 2,..., А; А<«;

Q — вес подвешенной конструкции котла;

М_с — масса подвешенной конструкции котла;

0—момент инерции подвешенной конструкции относительно ее центра масс;

С_т — суммарная реакция пружин условных подвесок при единичном угле поворота.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК НА КАРКАС ОТ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ СЕЙСМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

3.1. Определение горизонтальных сейсмических нагрузок производится с использованием одномерной динамической модели сооружения каркас — котел для котлов, опирающихся на каркас, и плоской модели для котлов подвесного типа (черт. 1).

3.2.    Положение узловых точек одномерной динамической модели каркаса, содержащей п масс, определяется п обобщенными координатами.

Динамическая модель котлов подвесного типа характеризуется п + 2 обобщенными координатами, где п+1 координат соответствуют горизонтальным перемещениям масс каркаса и котла, а (п + 2)-я координата — угловым перемещениям котла вокруг центра масс.

3.3.    Все характеристики динамической модели, включая жесткости евязевых элементов между подвесным котлом и каркасом (если они имеются), предполагаются известными. При определении жесткостей условных горизонтальных связей Сое следует учитывать жесткостные характеристики реальных элементов каркаса и котла в местах присоединения реальных связей.

Черт. 1    Черт. 2

3.4. Для динамической модели сооружения подвесной котел —. .каркас величины в и С₉ определяются по формулам:

С_т = 2 С₉^.

Здесь Ax_s=x_s — х_с\

Ays=y_a — {/c,

С₉. — суммарная жесткость пружин /-й условной подвески; а,- — расстояние /-й подвески от центра масс (точка С на черт. 2);

1, 2,..., / — номер подвески;

х_с, Ус — координаты центра масс котла, вычисленные в декартовой системе координат;

2™А    2"*^

^Хс⁼⁼ V m ’ У    ~Vm    ’

S    S

где m_s, x_s,    — величины отдельных масс, составляющих подвешенную конструкцию котла, и их коор

динаты;

1, 2, 3, ...,s — номера отдельных масс, составляющих подвешенную конструкцию котла;

3.5.    Сейсмические нагрузки вычисляются в узлах динамической модели сооружения каркас — котел, содержащих сосредоточенные массы.

3.6.    Горизонтальная сейсмическая нагрузка для i-ro тона собственных колебаний сооружения каркас — котел, приложенная в узлах динамической модели каркаса, определяется по формуле

Sik = ю^АМиАМА-

3.7.    Горизонтальная сейсмическая нагрузка для i-ro тона собственных колебаний сооружения, приложенная к центру масс подвешенного котла, определяется по формуле

Sic = QAtobkfak А-

3.8.    Коэффициенты А, k_u k₂, кь и й_д принимаются в соответствии с рекомендациями СНиП 11-7-81.

Коэффициент k\, учитывающий допускаемые повреждения сооружения каркас — котел, принимается £i = 0,25.

Коэффициент k₂, учитывающий конструктивные решения сооружения, принимается k₂=\.

Коэффициент 6д, учитывающий характеристики сооружения, принимается.k_a= 1,2.

Коэффициент Лу длякаркасов рамно-связевой конструкции принимается £.; = 1.

Для каркасов рамной конструкции коэффициент к.*, в предварительных расчетах рекомендуется принимать равным 1,25; в поверочных расчетах коэффициент ft-j, принимается в зависимости от величины отношения h/b (к — высота этажа, b — поперечный размер сечения колонны в направлении действия расчетной сейсмической нагрузки):

при h/b^25 £ф = 1,5; при h/bsSZlb kt =1; при I5<h/b<25 значения k₊ определяются интерполяцией;

при различных значениях отношения hjb величина kф принимается по средним значениям отношения.

3.9.    Коэффициенты р* и r\,_k вычисляются после определения собственных частот и коэффициентов форм колебаний сооружения каркас — котел.

3.10.    Собственные частоты т Определяются из решения характеристического уравнения.

Д(со) =0,.

где А— определитель системы однородных алгебраических уравнений.

Для динамической модели сооружения подвесной котел — каркас указанная система уравнений имеет вид:

(С_и — я^ш²) X_t -f- C_l2X₂-f-    ...., -f- C_lnX_n-\- C_lcX_c+    Ci₉z==Q;

C_niX\-{- C_n2X₂    (C_nn — tn_nсо²) X_n    CjC_e + C„<pX_f —    0;

C_c\X_x +............+    C_cnX_n + (C_c(. — M_cu>²)'X_c + C_CiX₄ = 0;

............-f-    CtfnX -f- C_9CX_c -j- (Cff—0o>²)_? = 0,

где Cjk — элементы матрицы жесткости консольной динамической модели;

С_с? = С₉с = j^Q Tjj^- + 2 У

С_сс = Q (/„ + 2    =    Q^ (I + in) + с, + 2 С₀, оin -/)*•

Для каждого значения со; из решения этой системы уравнений определяются соответствующие Xik, Xic и (fi, выраженные через X_in (т. е. их относительные значения Х^, Х,_с, срс).

Для котлов, опертых на каркас, в этой системе уравнений следует принять:

С_ск = Су* ⁼ 0, k = 1, 2,..., я;

Ссу ⁼⁼ Ссс — Суя = 0;

х_с=х₉=о.

3.11.    Коэффициент динамичности Р; определяется в зависимости от периодов собственных коле-

2г

баннй Ti— -^j-сооруження каркас — котел по /-у тону и категорий грунтов по сейсмическим свойствам в соответствии со СНиП 11-7-81.

При отсутствии данных о категории грунта коэффициент р; допускается определять по формулам: при 7\<0,37    =    но    не более 3;

при 0,37<Г<<0,55 р, —-^j-, но не более 2,7;

при Г;>0,55 Р₂ = ДД, но не более 2.

* i

Во всех случаях значение коэффициента р< не может быть менее 0,8.

3.12.    Коэффициенты т1;л, зависящие от формы деформации каркаса при колебаниях по i-у тону, определяются для узлов модели каркаса котла подвесного типа по формуле