3.9. Верхняя и промежуточная ветровые фермы
3.9.1 Общие положения
Резервуар с открытым верхом должен быть снабжен кольцами усиления жесткости для сохранения цилиндричности в периоды, когда резервуар подвергается воздействию ветровой нагрузки. Кольца усиления жесткости должны располагаться в верхней части верхнего ряда или вблизи нес, предпочтительно с наружной стороны обечайки резервуара. Такая конструкция ветровых ферм распространяется на резервуары с плавающей крышей, рассмотренные в приложении С. Вершинный угол и ветровые фермы должны, по материалу и размеру, соответствовав требованиям настоящего стандарта.
3.9.2 Типы колец усиления жесткости
Кольца усиления жесткости могут выполняться из конструкционных профилей, профилированных листовых сегментов, сборных секций, изготовленных методами сварки, или из сочетания секций таких типов, собранных методами сварки. Наружный периферический участок колец усиления жесткости может быть круглым или многоугольным (см. рис. 3-18).
3.9.3 Ограничения в отношении колец усиления жесткости
3.9.3.1 Минимальный размер угольника, применяемого самостоятельно или в качестве компонента сборного кольца усиления жесткости, составляет 2,5″ х 2,5″ х 0,25″. Минимальная номинальная толщина листа, применяемого в профилированных или сборных кольцах усиления жесткости, составляет 0,25″.
3.9.3.2 Когда кольца усиления жесткости размешаются на расстоянии более 2 футов ниже верха обечайки, резервуар должен быть снабжен верхним бортовым угольником размером 2,5м х 2,5м х 3/16″ для обечаек толщиной 3/16″, угольником размером 3″ х 3″ х 1/4″ для обечаек толщиной более 3/16″, или другими элементами с эквивалентным модулем упругости сечения.
3.9.3.3 Кольца, в которых может накапливаться жидкость, должны снабжаться достаточными сливными отверстиями.
3.9.4 Использование колец усиления жесткости в качестве мостков
Кольцо усиления жесткости или любая его часть, которые определены в качестве мостков, должны иметь ширину не менее 24″ за пределами выступающего бортового угольника в верхней части обечайки резервуара. Такие мостки должны располагаться на расстоянии З’6″ ниже верха бортового угольника и должны быть снабжены стандартным поручнем на незащищенной стороне и на концах секции, используемой в качестве мостков.
3.9.5 Опоры для колец усиления жесткости
Для всех колец усиления жесткости должны быть предусмотрены опоры, когда размер горизонтального плеча или полки в 16 раз превышает ширину плеча или полки. Опоры должны быть расставлены с интервалами, необходимыми для восприятия постоянной нагрузки и временной вертикальной нагрузки; вместе с тем, расстояние разнесения не должно превышать 24- кратной ширины наружной сжатой полки.
3.9.6 Верхняя ветровая балка
3.9.6.1 Требуемый минимальный модуль упругости сечения кольца усиления жесткости должна определяться следующим уравнением:
Z = 0,0001D2H2
Где:
Z — требуемый минимальный модуль упругости сечения, кубические дюймы
D — номинальный диаметр резервуара, футы
Н2 — высота обечайки резервуара, футы, с учетом запаса, предусматриваемого над максимальной высотой заполнения и служащего в качестве направляющей для плавающей крыши.
Примечание. Данное уравнение выведено в расчете на скорость ветра 100 миль в час. Если оговорено заказчиком, то могут быть использованы другие скорости ветра, для чего правую сторону уравнения умножают на (V/100)2, где V — скорость ветра, мили в час. Если проектная скорость ветра не задана и предельно допустимая скорость ветра, рассчитанная для обечайки резервуара, ниже 100 миль в час, то может использоваться расчетная скорость, при условии, что она сообщается заказчику. Для резервуаров диаметром свыше 200 футов требуемый уравнением модуль упругости может быть уменьшен по договоренности между заказчиком и изготовителем, но не может быть ниже, чем требуется для резервуара диаметром 200 футов. (Описание нагрузок на обечайку резервуара, которые включены в расчет для проектной скорости ветра 100 миль/час, представлено в п. а примечания к п. 3.9.7.1.)
3.9.6.2 Модуль упругости сечения кольца усиления жесткости должен базироваться на характеристиках используемых элементов и может включать часть обечайки резервуара для точек, которые ниже пояса, соответствующего 16 толщинам листа и, если применимо, выше крепления кольца к обечайке. Когда с помощью стыковой сварки к верхнему краю кольца обечайки крепятся бортовые угольники, это расстояние может быть уменьшено на ширину вертикальной полки угольника (см. рис. 3-18 и табл. 3-22).
3.9.6.3 Когда в кольце усиления жесткости выполняется лестничный проем, модуль упругости сечения участка кольца снаружи отверстия, включая переходную секцию, должен удовлетворять требованиям п. 3.9.6.1. Жесткость участка обечайки, прилегающего к проему, должна быть усилена уголком или планкой, широкая сторона которой помещается в горизонтальной плоскости. Другие стороны проема также должны быть усилены уголком или планкой, широкая сторона которой помещается в вертикальную плоскость. Площадь поперечного сечения этих усилителей жесткости бортов должна быть выше или равной площади поперечного сечения части обечайки, включенной в расчеты модуля упругости сечения для кольца усиления жесткости. Эти усилители жесткости бортов или дополнительные элементы должны формировать бортовую доску вокруг проема.
Усиливающие жесткость элементы должны выступать за край проема на расстояние, которое больше или равно минимальной глубине обычных кольцевых секций. Концевые усилительные элементы должны обрамлять боковые усилительные элементы, причем концевые и боковые усилительные элементы должны быть соединены для обеспечения полного диапазона прочности. Описанный выше проем показан на рис. 3-19. Могут быть представлены альтернативные детали, которые обеспечивают несущую способность, равную аналогичным показателям поперечного сечения балки, находящегося на расстоянии от проема.
3.9.7 Промежуточные ветровые фермы
3.9.7.1 Максимальная высота неусиленной обечайки должна рассчитываться следующим образом:
H1 = 6 (100t)√[(100t/D)3]
Где:
H1 — вертикальное расстояние, в футах, между промежуточной ветровой фермой и верхним угольником обечайки или верхней ветровой фермой резервуара с открытым верхом;
t — заказная толщина, если это не уточнено иным образом, верхнего ряда обечайки, в дюймах;
D — номинальный диаметр резервуара, в футах.
Примечание. Приведенная выше формула распространяется на резервуары с открытым или закрытым верхом и базируется на учете следующих факторов (относительно предпосылок рассматриваемых в данном примечании факторов см. работу R.V. McGrath, «Stability of API Standard 650 Tank Shells,» (Устойчивость обечаек резервуаров, выполненных в соответствии со стандартом API 650). Proceedings of tht American Petroleum Institute, Section III — Refining, American Petroleum Iraimte, New York, 1963, Vol- 43, pp. 458-469.)
а) Проектная скорость ветра (V) 100 миль в час, которая создает динамическое давление 25,6 фунта на кв. фут. Скорость увеличивается на 10% для учета высоты над уровнем грунта или коэффициента порывистости; тем самым давление увеличивается до 31 фунта на кв. фут. Прибавляется еще 5 футов на кв. фут для учета направленной внутрь тяги, характерной для резервуаров с открытым верхом, или внутреннего разрежения, характерного для резервуаров с закрытом верхом. Суммарно получаем 36 футов на кв. фут (или 0,25 фунта на кв. дюйм). Для целей настоящего стандарта такое давление считается результатом ветровой нагрузки на высоте приблизительно 30 футов выше уровня грунта, создаваемой предельно сильным ветром со скоростью 100 миль в час, как это задается заказчиком, для чего правая сторона уравнения умножается на Когда заказчиком задается проектное ветровое давление, а не скорость ветра, описанные выше факторы увеличения должны быть прибавлены к проектному ветровому давлению, заданному заказчиком.
b) Ветровое давление считается равномерно распределенным в рамках теоретической модели продольного изгиба обечайки резервуара, что устраняет необходимость введения коэффициента учета формы для ветрового нагружения.
c) Модифицированная формула бассейновой модели (U.S. Model Basin) для критического равномерного наружного давления на тонкостенные трубы, не нагруженные с концов, подвергаемые воздействию суммарного давления, определенного в п. a.
d) Другие факторы, заданные заказчиком. Когда заказчиком задаются другие факторы, которые превышают факторы, рассмотренные в пп. а-с, соответствующим образом должна быть модифицирована суммарная нагрузка на обечайку, и величина Н1 должна быть уменьшена в соотношении 36 фунтов на кв. фут к модифицированному суммарному давлению.
3.9.7.2 После определения максимальной высоты неусиленной обечайки, H1, высота трансформированной обечайки может быть рассчитана следующим образом.
а) Пользуясь нижеследующим уравнением, изменить фактическую ширину каждого ряда обечайки в транспонированную ширину каждого ряда обечайки, имеющей толщины верха обечайки.
Wtr = W√[(tuniform /tactual)3]
Где:
Wtr — транспонированная ширина каждого ряда обечайки, в дюймах
W — фактическая ширина каждого ряда обечайки, в дюймах
tuniform — заказная толщина, если не задано иначе, верхнего ряда обечайки, в дюймах
t actual — заказная толщина, если не задано иначе, верхнего ряда обечайки, в дюймах, для которой рассчитывается транспонированная ширина, в дюймах.
b) Сложить транспонированные ширины рядов. Сумма транспонированных ширин рядов дает ширину трансформированной обечайки.
3.9.7.3 Если высота трансформированной обечайки превышает максимальную высоту Н1,то требуется промежуточная ветровая ферма.
3.9.7.3.1 Для обеспечения равной устойчивости выше и ниже промежуточной ветровой фермы, ее следует разместить на половинной высоте трансформированной обечайки. Местонахождение фердо на фактической обечайке должно быть на том же ряду и в том же относительном положении, что и местонахождение фермы на трансформированной обечайке, с использованием приведенного выше соотношения толщин.
3.9.7.3.2 Возможен выбор другого местонахождения фермы, при условии, что высота обечайки на трансформированной обечайке не превышает Н1 (см. п. 3.9.7.5).
3.9.7.4 Если половинная высота трансформированной обечайки превышает максимальную высоту H1, то должна применяться вторая промежуточная ветровая ферма для снижения высоты неусиленной обечайки до величины, меньшей максимальной высоты.
3.9.7.5 Промежуточная ветровая ферма не должна крепиться к обечайке в пределах 6 дюймов от горизонтального соединительного шва обечайки. В тех случаях, когда предварительное местоположение фермы оказывается в пределах 6 дюймов от горизонтального соединительного шва обечайки, ферма должна быть предпочтительно установлена в 6 дюймах ниже соединительного шва; однако не допускается превышение максимальной высоты неусиленной обечайки.
3.9.7.6 Требуемый минимальный модуль упругости промежуточной ветровой фермы должен определяться с помощью следующего уравнения:
Z = 0.0001D2H1
Где:
Z — требуемый минимальный модуль упругости сечения, кубические дюймы
D = номинальный диаметр резервуара, футы
Н1 — вертикальное расстояние, в футах, между промежуточной ветровой фермой и верхним угольником обечайки или верхней ветровой фермой резервуара с открытым верхом.
Примечание. Данное уравнение выведено в расчете на скорость ветра 100 миль в час. Если оговорено заказчиком, то могут бьть использованы другие скорости ветра, для чего правую сторону уравнения умножают на (У/100)2, где V — скорость ветра, миль в час. (Описание нагрузок на обечайку резервуара, которые включены в расчет для проектной скорости ветра 100 миль/час, представлено в п. а примечания к п. 3.9.7.1.)
3.9.7.6.1 В тех случаях, когда использование трансформированной обечайки допускает размещение промежуточной ветровой фермы на высоте, которая меньше величины Н1 рассчитанной по формуле в п. 3.9.7.1, расстояние до половинной высоты трансформированной обечайки, транспонированное к высоте фактической обечайки, может быть подставлено вместо Н1 в расчете минимального модуля упругости сечения, если ферма крепится в транспонированном месте.
3.9.7.6.2 Модуль упругости сечения промежуточной ветровой фермы должен основываться на характеристиках прикрепленных элементов с возможным учетом части обечайки резервуара на расстоянии выше и ниже крепления к обечайке, где t — толщина обечайки у крепления.
3.9.7.7 Лестничный проем в промежуточном усилителе не требуется, когда промежуточный усилитель отходит не более чем на 6 дюймов от внешней окружности обечайки и номинальная ширина лестницы составляет не менее 24 дюймов. При выносе усилителя на большее расстояние лестница должна быть увеличена по ширине, чтобы обеспечить минимальный зазор 18 дюймов между внешнем краем усилителя и поручнем лестницы, что подлежит утверждению заказчиком. Если лестничный проем необходим, то он может быть спроектирован аналогично описанному в п. 3.9.6.3 для верхней ветровой фермы, за исключением того, что нужно предусмотреть ширину проема через усилитель, равную лишь 18 дюймам.
