+7 (909) 700-28-04

О.компании

Проекты

Услуги

Статьи

Контакты

Расчет на прочность и сейсмостойкость опорной башни совмещенной факельной системы со встроенными сепараторами и гидрозатворами

Главная / Статьи

Из-за высокой нагрузки и большого количества заказов для реализации проекта компания ООО «Салюс» обратилась для расчета на прочность и сейсмостойкость опорной башни совмещенной факельной системы к специалистам компании ООО «Фьюче Диджитал».

Цель настоящей работы — выполнить проверочный расчет прочности основных частей опорной башни с учетом снеговых, ветровых и сейсмических нагрузок.

Пример типовой опорной башни приведен на рисунке ниже.

о проекте

Опорная башня

Алгоритм расчета на прочность и сейсмостойкость:

Определить ветровые, снеговые и сейсмические нагрузки на конструкцию;
Построить модель опорной башни, адаптированную для последующих расчетов методом конечных элементов;
Определить предварительно напряжённо-деформированное состояние от собственного веса конструкции и воздействия ветровой и снеговой нагрузки;
Определить собственные формы и частоты колебаний конструкции;
Провести расчет отклика конструкции опорной башни на сейсмическое возмущение.

Расчетные параметры

Определение нагрузок и назначение материалов

этап 1

Снеговые и ветровые нагрузки рассчитываются и назначаются согласно «СП 20.13 330.2016. Свод правил. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07−85»

Для учета веса конструкции и определения прочности всем элементам конструкции назначаются механические свойства согласно таблице ниже.

Механические свойства применяемых материалов

Построение модели опорной башни для последующих расчетов методом конечных элементов

этап 2

Для выполнения расчета по полученному от заказчика чертежу в ANSYS SpaceClaim создана расчетная модель опорной башни, показанная на рисунке ниже.

Расчетная модель опорной башни

Генерация сетки конечных элементов

этап 3

Выбор и оптимизация параметров конечно-элементной модели, в том числе достаточности густоты конечно-элементной сетки выполнялся по результатам предварительных расчётов.

Конечным вариантом разбиения была выбрана модель, увеличение числа элементов которой дало изменение вычислений не более 3%. В итоге модель разбивается на 120 111 конечных элементов. Качество построенной сетки проверяется по критерию Element Quality функции Mesh Metrics.

Сетка генерировалась автоматически, и затем определялись оптимальные размеры сетки путём кратного увеличения количества конечных элементов.

Сетка конечных элементов

Качество сетки конечных элементов

Нагрузки и граничные условия

этап 4

В качестве граничных условий назначены заделки опор конструкций, запрещающие их перемещения.

Прочностной расчет проводится в 2 шага. На первом прикладывается гравитация для учета деформации конструкции от собственного веса, на втором прикладываются ветровые и снеговые нагрузки на конструкцию. Расчетная схема показана на рисунке ниже.

Лестничные пролеты учтены в виде точечных масс, связанных с конструкцией башни в местах их крепления. Аналогичным образом учтена масса и жесткость пусковой и сбросной факельных систем.

Расчетная схема

Результаты расчета на прочность

этап 5

В результате расчета определено напряженно-деформированное состояние конструкции, построены поля максимальных деформаций и внутренних напряжений.

По результатам проверочного преднапряженного расчета на прочность установлено, что самые высокие напряжения возникают в колоннах К1 115 МПа, они не превышают предельные значения прочности. При этом конструкция смещается на 11 мм относительно начального положения, что удовлетворяет условиям жесткости конструкции.

Они представлены графически в виде изоповерхностей на геометрической модели с приведенной шкалой, на которой представлено взаимное соответствие между цветом и цифровыми данными.

Смещение конструкции

Деформации конструкции

Внутренние напряжения конструкции

Модальный анализ

этап 6

Усилия в конструкциях зданий и сооружений, проектируемых для строительства в сейсмических районах по СП 14.13 330.2018, а также в их элементах следует определять с учетом высших форм их собственных колебаний.

Должны быть учтены все формы собственных колебаний, эффективная модальная масса которых превышает 5%. При этом для сложных систем с неравномерным распределением жесткостей и масс необходимо учитывать остаточный член отброшенных форм колебаний. В данном случае были извлечены первые 15 собственных форм и частот, что составляет 95% общей массы системы.

Минимальное число форм собственных колебаний, учитываемых в расчете, рекомендуется назначать так, чтобы сумма эффективных модальных масс, учтенных в расчете, составляла не менее 90% общей массы системы, возбуждаемой по направлению действия сейсмического воздействия для горизонтальных воздействий и не менее 75% - для вертикального воздействия.

Собственные частоты колебания конструкции

Третья собственная форма колебания конструкции

Расчет отклика конструкции на сейсмическое возмущение

этап 7

Опорная башня размещена в зоне сейсмической активности с интенсивностью максимального расчётного землетрясения 6 баллов по шкале MSK-64. Ускорение грунта при интенсивности 6 баллов в продольном и поперечном направлении принято равным 0,125∙g, в вертикальном направлении принято равным 0,063∙g. В качестве нагрузки использована кривая спектра ответа высокого уровня землетрясений.

Результаты расчета на сейсмостойкость приведены на рисунках ниже. Самые высокие напряжения возникают в колоннах К1 120 МПа, они не превышают предельные значения прочности. При этом конструкция смещается на 28 мм относительно начального положения, что удовлетворяет условиям жесткости конструкции.

Смещения конструкции от сейсмического воздействия

Напряжения конструкции от сейсмического воздействия

Заключение

Обсудить проект

В процессе работы был выполнен проверочный расчет прочности основных частей опорной башни, определены значения нагрузок, приходящихся на его конструкцию.

Результаты расчета на сейсмостойкость показали, что максимальное эквивалентное напряжение, возникающее в несущих конструкциях опорной башни, не превышает допускаемого значения. Следовательно, конструкция полностью выдерживает нагрузки, возникающие от ветровых, снеговых и сейсмических воздействий.

Больше расчетов

статьи проектов

Читать подробнее

Расчет на прочность кровли резервуара противопожарного хранения

Подтверждение правильности выбора сортамента и конструктивных решений для установки хранения, в части выполнения…

Читать подробнее

Расчет и подбор мачт ограждения поля для гольфа

Определение значения нагрузок, приходящихся на мачты ограждения спортивной площадки и их опоры, выбор наиболее надежных…

Читать подробнее

Расчет датчика на устойчивость к случайным вибрациям

Выполнение проверочного расчета прочности основных частей рельсового датчика...