ГОСТ 24757-81

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

СОСУДЫ И АППАРАТЫ.
АППАРАТЫ КОЛОННОГО ТИПА

НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ

ГОСТ 24757-81
(СТ СЭВ 1645-79)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ
Москва

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

СОСУДЫ И АППАРАТЫ.
АППАРАТЫ КОЛОННОГО ТИПА

Нормы и методы расчета на прочность

Vessels and apparatus. Apparatus of column type.
Norms and methods of strength calculations

ГОСТ
24757-81

(СТ СЭВ
1645-79)

Постановлением Государственного
комитета СССР по стандартам от 15 мая 1981 г. № 2411 срок введения установлен

с 01.07.81

Несоблюдение стандарта преследуется по закону

Настоящий стандарт распространяется на аппараты
колонного типа по ГОСТ 24305-80, ГОСТ
24306-80. Стандарт устанавливает методы расчета на прочность колонных
аппаратов, работающих под действием внутреннего, избыточного или наружного
давления, собственного веса и изгибающих моментов от ветровых нагрузок или
сейсмических воздействий, а также изгибающих моментов, возникающих от действия
ветровых нагрузок.

Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 1645-79.

1. РАСЧЕТНЫЕ СЕЧЕНИЯ

1.1. При расчете колонного аппарата устанавливаются
следующие основные расчетные сечения:

поперечные сечения корпуса колонны, переменные по
толщине стенки или диаметру (II, IIII, …, Z-Z
по черт. 1);
для аппаратов постоянного сечения (по диаметру и толщине стенки) — только
поперечное сечение в месте присоединения опорной обечайки;

поперечное сечение в месте присоединения опорной
обечайки к корпусу колонны (Z-Z по черт. 1, 2);

поперечное сечение опорной обечайки в местах
расположения отверстий (X-X по черт. 1, 2);

поперечное сечение в месте присоединения опорного
кольца (Y-Y по черт. 1, 2).

Расчетные сечения колонного аппарата

Черт. 1

Цилиндрические опорные обечайки

Конические опорные обечайки

Опорная обечайка с отверстиями.
Сечение Х-Х

Черт.
2

Примечание. Черт. 1 и 2 не определяют конструкцию и приведены только для
указания расчетных размеров.

1.2. Для расчета местных нагрузок следует рассмотреть
дополнительные расчетные сечения (А-А, В-В по черт. 1).

Термины, использованные в стандарте, и их условные
обозначения приведены в справочном приложении.

2. РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ И РАСЧЕТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА

2.1. Расчетные
давления

2.1.1. Расчетное давление p1 в рабочих условиях для каждого расчетного сечения и
пробное давление р2, измеряемое в верхней части колонны, — по ГОСТ 14249-80 и ГОСТ
24306-80.

2.1.2. Гидростатическое давление рн
во время гидроиспытания колонны в вертикальном положении необходимо определять
для каждого расчетного сечения по формуле

pН = g·(Нх0).                                                                                            (1)

Для
воды g = 10-5 Н/мм3 (10-3
кгс/см3)

2.2. Нагрузки от
собственного веса.

При расчете колонн должны быть учтены следующие
весовые нагрузки:

G1 — вес колонны в рабочих
условиях, включая вес обслуживающих площадок, изоляции, внутренних устройств и
рабочей среды, Н (кгс);

G2 — вес колонны при гидроиспытании, включая вес
жидкости, заполняющей колонну, Н (кгс);

G3 — максимальная нагрузка
колонны от собственного веса в условиях монтажа, Н (кгс);

G4 — минимальная нагрузка
колонны от собственного веса в условиях монтажа (после установки колонны в
вертикальное положение), Н (кгс).

Примечание. Необходимо учитывать, что нагрузка от веса воды,
заполняющей колонну в условиях испытания, действует только на нижнее днище и
расчетные сечения опорной обечайки.

2.3. Расчетные
изгибающие моменты

2.3.1. Максимальный изгибающий момент МG от действия
эксцентрических весовых нагрузок, в том числе от присоединяемых трубопроводов и
других нагрузок, необходимо определять для каждого расчетного сечения.

2.3.2. Изгибающие моменты Mυ от действия ветровых нагрузок — по ГОСТ
24756-81.

2.3.3. Изгибающие моменты от сейсмических воздействий МR по ГОСТ
24756-81.

2.4. Снеговые
нагрузки.

При расчете колонных аппаратов снеговые нагрузки не
учитывают.

2.5. Температурные
нагрузки.

В случае необходимости температурные напряжения
определяют специальными методами расчета.

2.6. Местные
нагрузки.

Расчет локальных напряжений от местных нагрузок на
колонне (например, трубопроводы, краны, лестницы и др.) производят по
нормативно-технической документации, утвержденной в установленном порядке. Для
этого необходимо определить общие мембранные напряжения в соответствующих
дополнительных расчетных сечениях (А-А, В-В по черт. 1) sx и sу
по п. 4.1.

2.7. Расчетная
температура

Расчетную температуру для каждого элемента колонного
аппарата следует определять по ГОСТ 14249-80.

Для элементов нижнего опорного узла опорных обечаек,
которые приварены к корпусу колонны и изолированы, расчетную температуру в
рабочих условиях определяют по формуле

tA = maх (tK — Dt; 20 °С),                                                                           (2)

где
Dt
— перепад температуры по черт. 3.

Перепад температуры в опорной обечайке

Dt = 10 +
0,132h3 +
0,249·10-3·h3 — 0,305·10-6· + 0,934·10-10·

Черт. 3

Расчетная температура для условий испытания и монтажа
принимается 20 °С.

3. СОЧЕТАНИЕ НАГРУЗОК

Колонный аппарат необходимо рассчитывать для следующих
трех условий работы аппарата:

рабочие условия;

условия испытания;

условия монтажа.

Сочетания нагрузок для перечисленных условий приведены
в таблице

Индекс
условий работы

Условия работы

Давление р,
МПа (кгс/см2)

Осевое сжимающее
усилие, Н (кгс)

Расчетный
изгибающий момент М, Н·мм,

(кгс·см)

Допускаемые
напряжения, МПа (кгс/см2)

1

Рабочие
условия

p1

F1 =
G1

В районах с
сейсмичностью 7 и более баллов принимается большее из двух значений:

2

Условия
испытания

р2;
pН

F2 =
G
2

3

Условия
монтажа

0

F3 = G3

Для анкерных
болтов

Принимается
большее из двух значений:

;

В районах с
сейсмичностью 7 и более баллов принимается большее из трех значений:

F4 =
G
4

Примечания:

1. При расчете
моментов  и  исходят
из общей весовой нагрузки в рабочих условиях.

2. При расчете
момента исходят
из общей весовой нагрузки в условиях испытания.

3. При расчете
моментов  и  исходят из общей весовой нагрузки в условиях монтажа ,
учитывают изоляцию.

4. КОРПУС КОЛОННОГО АППАРАТА

4.1. Стенка колонного аппарата должна быть
рассчитана на прочность и устойчивость.

4.1.1. Расчет напряжений

Расчет напряжений следует проводить во всех сечениях,
указанных в разделе 1, для рабочих условий (F
= F1; M = M1; p = p1) и для условий монтажа (F
= F3; М = М3; р = 0).

4.1.2. Продольные напряжения sx следует рассчитывать:

на наветренной стороне по формуле (3)

                                        (3)

на подветренной стороне по формуле (4)

                                         (4)

4.1.3. Кольцевые напряжения sy следует
рассчитывать по формуле (5)

.                                                                                        (5)

4.1.4. Эквивалентные напряжения следует рассчитывать:

на наветренной стороне по формуле (6)

=
;                                                (6)

если
то jТ = 1,0,
если sy
< 0, то jр
= 1,0;

на подветренной стороне по формуле (7)

= ;                                              (7)

если
< 0, то jТ = 1,0,
если sy <
0, то jр =
1,0.

4.1.5. Проверку условий прочности следует проводить:

на наветренной стороне по формуле (8)

max {||; } £ [s]К·jТ;                                                                                                    (8)

если
< 0, то jТ = 1,0;

на подветренной стороне по формуле (9)

max {||; } £ [s]К·jТ;                                                                                                    (9)

если
< 0, то jТ = 1,0;

4.2. Проверка устойчивости

Проверку устойчивости следует проводить для рабочих
условий, условий испытания и монтажа.

4.2.1. Колонны, работающие под
внутренним избыточным давлением, и колонны, работающие без давления.

Если толщина стенки s3 опорной обечайки меньше или равна толщине стенки
самой нижней обечайки колонны и механические свойства материала опорной
обечайки не выше соответствующих свойств материала обечайки колонны, то расчет
колонного аппарата не производят. В этом случае достаточно провести проверку
устойчивости опорной обечайки по п. 5.3.
Для остальных колонн проверку устойчивости следует проводить для каждого
основного расчетного сечения по формуле (10).

 1,0.                                                                                      (10)

Нагрузки принимают в соответствии с таблицей.

Значения [F] и [М] определяют по ГОСТ 14249-80, соответственно, для рабочих условий, условий испытания и монтажа.

4.2.2. Колонны, работающие под наружным давлением

Для условий испытания и монтажа проверку устойчивости
необходимо проводить в соответствии с требованиями п. 4.2.1.

Для рабочих условий проверку устойчивости для каждого
основного расчетного сечения, следует проводить по формуле (11)

 1,0,                                                                             (11)

где
[р], [F], [М] — определяют по ГОСТ 14249-80 для рабочих
условий.

5. РАСЧЕТ ОПОРНОЙ ОБЕЧАЙКИ

5.1. Расчет опорной обечайки следует проводить для
рабочих условий и для условий испытания. Расчетные нагрузки в сечениях ZZ
(F
z = Gz; Мz) и Y-Y (FY=GY; MY) следует принимать в соответствии с таблицей. Для сечения Х-Х используют расчетные
нагрузки сечения Y-Y.

5.2. Проверку прочности сварного шва, соединяющего
корпус колонны с опорной обечайкой (сечение ZZ по черт. 1, 2), следует
проводить по формуле (12)

sx = ·min{[s]0;
[s]К}                                    (12)

Толщина сварного шва а1 приведена на
черт. 4

5.3. Проверку устойчивости
опорной обечайки в зоне отверстия (сечение Х-Х по черт. 1, 2) следует
проводить по формуле (13)

,                                                             (13)

где [F], [M]
определяют по ГОСТ 14249-80;

y1, y2, y3
коэффициенты, определяемые соответственно по черт. 5, 6 и 7.

Если в сечении Х-Х несколько отверстий, то
расчет следует проводить для наибольшего из отверстий по формуле (13) при
условии, что для остальных отверстий коэффициенты y1 и y2 более
0,95. Если не соблюдены условия y1 > 0,95 и y2 > 0,95, то проверку устойчивости необходимо
проводить по формуле (13) при

                                                

где
A, W, Ys
— соответственно площадь, наименьший момент сопротивления и координата центра
тяжести наиболее ослабленного поперечного сечения.

5.4. Если в опорной обечайке есть кольцевой шов, то
проверку следует проводить по формуле (14)

                           (14)

где:y1, y2, y3
коэффициенты, определяемые соответственно по черт. 5, 6 и 7.

Если кольцевой шов находится вне зоны отверстий, то
коэффициенты

y1 = y2 = 1,0 и y3 = 0.

Узлы соединения опорной обечайки с корпусом колонны

Черт. 4

Коэффициент ψ1

Черт. 5

Коэффициент
ψ2

Черт.
6

Коэффициент ψ3

Черт.
7

6. РАСЧЕТ НИЖНЕГО ОПОРНОГО УЗЛА

6.1. Расчет нижнего опорного узла следует проводить
для рабочих условий и для условий испытания. Расчетные нагрузки FY и MY принимают в соответствии с разд.
5.

6.2. Ширина опорного кольца

Ширина нижнего опорного кольца b1 устанавливается
конструктивно, при этом необходимо соблюдать условие формулы (15)

b1 ³ b1R =                                                        (15)

Выступающая ширина нижнего опорного кольца должна
удовлетворять условию

2d2 + 30 мм £ b2 £ b1.                                                                                                   (16)

6.3. Напряжение сжатия в бетоне следует рассчитывать
по формуле (17)

sбет = [s]бет·                                                                                      (17)

6.4. Напряжение в сварном шве нижнего опорного кольца.

Для опорного кольца в исполнении А (черт. 8)
рассчитывают по формуле (18)

sх
=                                                    (18)

Для опорных колец в исполнениях В, С, D
(черт. 8)
проверку по формуле (18) проводить не следует.

6.5. Толщину нижнего, опорного кольца в исполнениях А,
В, С, D следует рассчитывать по формуле (19)

s4
³ max                                                    (19)

где c1 =

1,0
— для опорного кольца исполнения А

по
черт. 9 — для опорных колец исполнений
В, С, D

Для опорного кольца исполнения А толщину s4 дополнительно следует
проверить по формуле (20)

                                                        (20)

Если по формуле (19) или (20)
будет получена величина s4 > 2s3 следует
применять конструкции нижнего опорного узла исполнений С или D.

6.6. Толщину верхнего опорного
элемента — кольца следует рассчитывать по формуле (21)

                                                           (21)

где
c2
коэффициент, определяемый по черт. 10

6.7. Толщина ребра

                                                      (22)

где c3 =

2,0 — для
исполнений опорного узла В и D (черт. 8)

1,0 — для
исполнения опорного узла С (черт. 8)

Для конструкции ребер с соотношением  ребра необходимо дополнительно проверять на
устойчивость.

6.8. Нагрузки стенки опорной
обечайки от верхнего опорного элемента-кольца.

Местное напряжение изгиба следует рассчитывать по
формуле (23)

                                                                        (23)

где c4 — коэффициент, определяемый по черт. 11.

Для опорного узла исполнения С вместо b4 принимается b5, a для исполнения
D (b6 +b7).

Проверку следует проводить по формуле (24)

sbx £ [s]п,                                                                                                 (24)

где
[s]п
предельное напряжение изгиба принимается по действующей нормативно-технической
документации.

6.9. Высота нижнего опорного узла исполнений С и D.

Исполнения опорного узла

Черт. 8

Высоту h1 опорного узла при
выполнении условия b2 = b5, следует определять по
формуле (25)

                                                        (25)

при s5 » 2s3

Коэффициент x1

Черт.
9

Коэффициент x2

Черт. 10

Коэффициент x4

Черт.
11

c5 = 1+ c7, c6 = 1 + 2c7

c7 =

Толщины s5, s7 и s3
необходимо рассчитывать дополнительно соответственно по пп. 6.6, 6.7 и 6.8.

7. РАСЧЕТ АНКЕРНЫХ БОЛТОВ

Расчет прочности анкерных болтов следует производить
для рабочих условий и условий монтажа.

7.1. Число анкерных болтов п устанавливают
конструктивно, при этом

п = 4, 6, 8,
10, 12, 16 … далее кратно 4.

7.2. Внутренний диаметр резьбы анкерных болтов для
колонн, устанавливаемых на бетонных фундаментах, следует определять по формуле
(26)

d2
³ c8+
c,                                                               (26)

где
c8
коэффициент, определяемый по черт. 12.

Для условий монтажа FY = F4

Примечание. Если величина

 > 1,0, то                                                                                                            (27)

число болтов должно быть:

не
менее 4 при М24 — для колонн диаметром D1 < 1400 мм;

не
менее 6 при М30 — для колонн диаметром 1400 мм < D1 £ 2200 мм;

при D1 >
2200 мм болты диаметром М36 мм устанавливают с шагом 1200 мм, но во всех
случаях число болтов должно быть не более 12.

Черт. 12

ПРИЛОЖЕНИЕ
Справочное

УСЛОВНЫЕ
ОБОЗНАЧЕНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В РАСЧЕТНЫХ ФОРМУЛАХ

а1 — толщина
сварного шва в месте приварки опорной обечайки (черт. 4), мм (см);

а2 — толщина
сварного шва в месте приварки опорной обечайки к нижнему кольцу (черт. 9), мм
(см);

b1 — ширина
нижнего опорного кольца (черт. 8), мм (см);

b1R
расчетная ширина нижнего опорного кольца, мм (см);

b2
выступающая ширина нижнего опорного
кольца (черт. 8),
мм (см);

b3
длина укрепляющего штуцера (черт. 5), мм
(см);

b4
длина верхнего опорного элемента (черт. 8), мм
(см);

b5
ширина верхнего опорного элемента (черт. 8), мм
(см);

b6 — минимальное
расстояние между двумя смежными ребрами (черт. 8), мм (см);

b7 — максимальное
расстояние между двумя смежными ребрами (черт. 8), мм (см);

с — сумма всех прибавок к
расчетным толщинам стенок;

d1
средний диаметр укрепляющего элемента
(черт. 5),
мм (см);

d2
внутренний диаметр резьбы анкерного
болта, мм (см);

е1— диаметр
окружности, вписанной в шестигранник гайки анкерного болта, мм (см);

е2 — расстояние
между анкерным болтом и опорной обечайкой (черт. 8), мм (см);

h1 высота опорного узла (черт. 2 и 8), мм (см);

h2 высота фундамента (черт. 1, 2), мм (см);

h3 — высота опорной обечайки
(черт. 1,
2),
мм (см);

n
— число анкерных болтов;

p1 расчетное давление в рабочих условиях, измеряемое на
высоте х0 (внутреннее избыточное давление р > 0 или
наружное давление р < 0), МПа (кгс/см2);

p2 пробное давление, измеряемое в верхней части колонны,
МПа (кгс/см2);

pН
гидростатическое давление в условиях испытания,
измеряемое на высоте х0, МПа (кгс/см2);

[р] допускаемое наружное давление, МПа
(кгс/см);

s1
исполнительная толщина стенки колонны в соответствующем расчетном сечении
(черт. 1),
мм (см);

s2 — исполнительная толщина
стенки нижнего днища колонны (черт. 1, 2), мм (см);

s3 — исполнительная толщина
стенки опорной обечайки (черт. 1, 2), мм (см);

s4 — исполнительная толщина
нижнего опорного кольца (черт. 8), мм (см);

s5 — исполнительная толщина
верхнего опорного элемента (черт. 8), мм (см);

s6 — исполнительная толщина
укрепляющего штуцера (черт. 5), мм (см);

s7 — исполнительная толщина
ребра (черт. 8),
мм (см);

tA
расчетная температура опорного узла в рабочих условиях, °С;

tКрасчетная температура нижнего днища колонны в рабочих
условиях, °С;

х0 высота
расчетного сечения над поверхностью земли (черт. 1), мм (см);

Аб
площадь поперечного сечения анкерного болта по внутреннему диаметру резьбы,
мм2 (см2);

D1
внутренний диаметр колонны в соответствующем расчетном сечении (черт. 1), мм
(см);

D2 максимальный диаметр колонны (включая изоляцию) (черт.
1),
мм (см);

D3 — внутренний диаметр опорной обечайки (черт. 1 и 2) мм
(см); у конических обечаек D3
внутренний диаметр в соответствующем исследуемом расчетном сечении;

D4 диаметр окружности анкерных болтов (черт. 1 и 2), мм
(см);

F — расчетное
осевое сжимающее усилие в соответствующем, расчетном сечении на высоте х0,
Н
(кгс) (без учета нагрузок, возникающих от внутреннего избыточного или
наружного давления);

F1в рабочих условиях;

F2в условиях испытания;

F3в условиях монтажа;

[F] допускаемое осевое сжимающее усилие, Н
(кгс);

G — нагрузка
от собственного веса, определяемая над соответствующим расчетным сечением на высоте
х0, Н (кгс);

G1 — в рабочих условиях;

G2 — в условиях испытания;

G3 — в условиях монтажа
(максимальная нагрузка от собственного веса);

G4 — в условиях монтажа
(минимальная нагрузка от собственного веса);

Н — общая
высота колонны от поверхности земли (черт. 1), мм (см);

М — расчетный изгибающий момент в соответствующем
расчетном сечении на высоте х0, Н·мм (кгс·см);

МG изгибающий момент от действия эксцентрических весовых
нагрузок в соответствующем расчетном сечении на высоте х0,
Н·мм (кгс·см);

Mυ
изгибающий момент от действия ветровых нагрузок в соответствующем расчетном
сечении на высоте х0, Н·мм (кгс·см);

МR расчетный изгибающий момент от сейсмических
воздействий в соответствующем расчетном сечении на высоте х0,
Н·мм (кгс·см);

— в рабочих условиях;

 
в условиях испытания;

 
в условиях монтажа (без изоляции);

 
в условиях монтажа (с изоляцией);

[М] — допускаемый изгибающий момент, Н·мм (кгс·см);

g — удельный вес испытательной среды при гидроиспытании, Н/мм3
(кгс/см3);

c1, c2, c3, c4, c5, c6, c7, c8
коэффициенты;

sх — продольные
напряжения, МПа (кгс/см2);

sy
— кольцевые напряжения, МПа (кгс/см2);

sE
эквивалентное напряжение, МПа (кгс/см2);

s бет — напряжение бетона на сжатие, МПа (кгс/см2);

s1x
местное напряжение изгиба в опорной обечайке, МПа (кгс/см2);

[s]А
— допускаемое напряжение для соответствующего элемента опорного узла, МПа
(кгс/см2);

[s]К
допускаемое напряжение для корпуса колонны, МПа (кгс/см2);

[s]О
допускаемое напряжение для опорной обечайки, МПа (кгс/см2);

 — в рабочих условиях;

 — в условиях испытания и монтажа;

[s]В
— допускаемое напряжение в анкерных болтах по строительным нормам при
соответствующем сочетании нагрузок, МПа (кгс/см2);

[s]бет
допускаемое напряжение бетона на сжатие, МПа (кгс/см2);

[s]п — предельное
напряжение изгиба, МПа (кгс/см2);

jр
коэффициент прочности продольного сварного шва;

jт
коэффициент прочности кольцевого сварного шва;

js
коэффициент прочности сварного шва, присоединяющего опорную обечайку к корпусу
колонны (черт. 4);

y1 y2 y3
коэффициенты;

Dt — перепад
температуры в опорной обечайке, °С.

cepera

Эксперт по разрешительной и нормативной документации. Стандартизация и метрология.

Оцените автора
Комментарии читателей