авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Влияние области неоднородности грунтового естественного основания резервуара на его напряженно – деформированное состояние

-- [ Страница 1 ] --

УДК 622.692.2. На правах рукописи

ДЕГТЯРЁВ ПЁТР АЛЕКСЕЕВИЧ

ВЛИЯНИЕ ОБЛАСТИ НЕОДНОРОДНОСТИ ГРУНТОВОГО

ЕСТЕСТВЕННОГО ОСНОВАНИЯ РЕЗЕРВУАРА НА ЕГО

НАПРЯЖЕННО ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ

Специальность 25.00.19 – Строительство и эксплуатация

нефтегазопроводов, баз и хранилищ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа 2008

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении

высшего профессионального образования

“Тюменский государственный нефтегазовый университет”.

Научный руководитель: - кандидат технических наук, профессор

Горелов Анатолий Сергеевич

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Азметов Хасан Ахметзиевич

- кандидат технических наук

Пимнев Алексей Леонидович

Ведущая организация: - ОАО “Гипротюменьнефтегаз”

Защита диссертации состоится 27 июня 2008 г. в 12°° часов на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при Государственном унитарном предприятии “Институт проблем транспорта энергоресурсов”

(ГУП “ИПТЭР”) по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП “Институт проблем транспорта энергоресурсов”

Автореферат разослан 23 мая 2008 года

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук Л. П. Худякова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Существующие в настоящее время методы расчета перемещений и НДС (напряжённо – деформированного состояния) конструктивных частей резервуара не в полной мере учитывают деформационные характеристики грунтового основания. Дополнительная проблема возникает в том случае, когда в грунтовом основании залегает область неоднородности со своими значениями указанных характеристик, что приводит к дополнительной неравномерной осадке днища резервуара и (при определённых вариантах расположения области неоднородности) затрагивает работу уторного узла. Рассмотрение влияния области неоднородности на прогиб днища и изгиб стенки с соответствующим механизмом формирования их НДС является сложной и актуальной задачей.

Целью диссертационной работы является исследование неравномерных радиального перемещения стенки и прогиба днища, а также их НДС под влиянием области неоднородности, залегающей в естественном основании резервуара.

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:

  1. разработать методику определения коэффициентов постели под днищем резервуара и под фундаментным кольцом (при его наличии);
  2. определить зависимости указанных коэффициентов постели от давления столба жидкости в резервуаре;
  3. выявить особенности определения осадки днища резервуара с опорным фундаментным кольцом;
  4. получить аналитическое выражение для распределения коэффициентов постели в области неоднородности естественного грунтового основания резервуара
  5. рассчитать неравномерные перемещения конструктивных частей резервуара, вызванные существованием области неоднородности и определить уровень их НДС

Научная новизна состоит в том, что на основе предложенной аналитической зависимости распределения коэффициента постели в области неоднородности разработана математическая модель, позволяющая рассчитывать перемещения конструктивных частей резервуара и уровень их НДС с учётом существования области неоднородности в естественном основании резервуара.

Практическая ценность работы заключается в том, что результаты выполненных исследований позволяют прогнозировать неравномерное перемещение конструктивных частей резервуара по данным инженерно-геологических изысканий. Разработанная модель также позволяет выявить особенности НДС резервуара с учётом залегания в его естественном основании области неоднородности.

Достоверность полученных результатов обусловлена корректным применением методов строительной механики, сопротивления материалов, механики грунтов, теории дифференциальных уравнений и сопоставлением с известными теоретическими и экспериментальными результатами других исследователей.

На защиту выносятся результаты научных исследований по определению перемещений конструктивных частей резервуара и их НДС с учётом залегания в естественном основании резервуара области неоднородности с отличающимися физико–механическими характеристиками грунтов.

Апробация работы. Основные результаты и научные положения диссертационной работы были доложены на:

- 5-ой региональной научно-практической конференции «Новые технологии – нефтегазовому региону», г. Тюмень, 2006 г.;

- 6-я региональной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Новые технологии – нефтегазовому региону», г. Тюмень, 2006 г.;

- всероссийской научно-практической конференции «Нефть и газ в Западной Сибири», г. Тюмень, 2006 г.;

- научно-технической конференции «Геотехнические и эксплуатационные проблемы нефтегазовой отрасли», г. Тюмень, 2007 г.;

- региональной научно-практической конференции «Проблемы эксплуатации систем транспорта», г. Тюмень, 2007 г.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 6 статей.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, общих выводов по работе и списка использованной литературы, включающего 105 наименований. Диссертация изложена на 131 страницах, содержит 41 рисунок, 12 таблиц.

краткое СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность диссертационной работы, сформулированы цель, задачи, научная новизна и практическая ценность проведённых исследований.

В первом разделе выполнен обзор известных исследований, посвящённых определению перемещений конструктивных частей резервуара и уровня их НДС на стадиях испытаний, эксплуатации и ремонтных работ.

Указанные проблемы рассмотрены в работах В. Л. Березина, В. А. Буренина, И. И. Буслаевой, В. Б. Галеева, А. Г. Гумерова, А. А. Землянского,

М. С. Иштирякова, К. Кавано, В. В. Любушкина, М. К. Сафаряна, Н. К. Снитко, А. А, Тарасенко, В. Е. Шутова, С. Ямамото, Э. М. Ясина и др.

Неравномерные осадки резервуаров, в том числе и на слабых грунтах, изучались В. Б. Галеевым, А. С. Гореловым, Ю. К. Ивановым, П. А. Коноваловым, Р. А. Мангушевым, А. Ю. Потаповым, С. Н. Сотниковым и др.

Во втором разделе рассматривается методика определения коэффициентов постели для днища резервуара любой вместимости и для фундаментного кольца резервуара большого объёма на основе сочетания моделей Винклера и упругого полупространства. В случае днища осадка его центральной части находится по известной формуле послойного суммирования:

(1)

С другой стороны, осадка центра днища может, определена по гипотезе Винклера через коэффициент постели :

(2)

(в силу абсолютной гибкости днища реактивный отпор грунта q под днищем равен давлению столба жидкости ).

а)
б)

Рисунок 1 - Зависимости коэффициентов постели для днища резервуара (а)

и для фундаментного кольца (б) от давления и среднего

реактивного отпора под кольцом при среднем модуле

деформации грунта

В случае наличия фундаментного кольца его осадка также может быть вычислена двумя способами: по формуле (1) и по формуле (2) со своим значением коэффициента постели :

(3)

где - средний реактивный отпор грунта под кольцом, равный приведён-

ному давлению в плоскости обреза кольца. На рисунке 1 приведены рассчитанные зависимости и для резервуара объёмом V=20000.

Графики построены для одинаковых значений , что не ограничивает общности выполненных исследований.

Вследствие различия физико-механических и геометрических характеристик грунтов, слагающих естественное основание резервуара, значения коэффициентов и могут быть переменными в некоторой области неоднородности. Автором предлагается аппроксимировать эту область кругом с радиусом при следующем распределении коэффициента постели в полярной системе координат:

(4)

где – среднее значение коэффициента постели за пределами области неоднородности; – максимальные абсолютные и относительные изменения .

Предложенная зависимость (4) обеспечивает плавное сопряжение величины на границе области неоднородности и остального грунтового массива. Распределение коэффициента постели также описывается формулой (4). Варианты взаимного расположения области неоднородности и днища резервуара с радиусом R (при различных соотношениях между и R) показаны на рисунке 2.

С помощью рисунка 2 могут быть также классифицированы различные виды неравномерных осадок резервуара. Например, равномерный крен резервуара соответствует рисунку 2-г при .

Рисунок 2 - Варианты взаимного расположения

области неоднородности грунта и днища резервуара

- радиус днища с центром в точке ;

-радиус области неоднородности с центром в точке

В третьем разделе рассматривается расчёт перемещений конструктивных частей резервуара среднего и большего объёма (с фундаментным кольцом) полосовым методом. В первом случае (рисунок 3) радиальное перемещение стенки , прогибы окрайки и днища в локальных системах координат описываются уравнениями

(5)

при следующих условиях сопряжения в уторном узле резервуара и на

границе “окрайка - днище”:

(6)

(7)

где - соответствующие изгибные (цилиндрические) жёсткости и коэффициенты гибкости; - ширина окраечного кольца; - погонная сила по контуру резервуара; - давление столба жидкости, равное величине при z=0.

Рисунок 3 - Силовые факторы, действующие на конструктивные части

резервуара и расчетная схема для определения

перемещений:

1 - стенка резервуара; 2 - днище; 3 – окрайка

Решение системы уравнений (5) – (7) ищется в виде

(8)

где постоянные находятся из краевых условий (6) и (7), а значение величины .

В случае резервуара большого объёма с фундаментным кольцом шириной уравнения перемещения стенки, окрайки и днища соответствуют системе (5) с заменой на , где - ширина окрайки, участвующая в изгибе (рисунки 4 и 5).

Рисунок 4 - Расчетная схема для определения перемещений

конструктивных частей резервуара:

1- стенка резервуара; 2 - днище; 3 - окрайка;

4 - фундаментное кольцо

В уторном узле для стенки резервуара выполняются равенства

(9)

В начале прогиба окрайки (точка В, соответствующая верхней правой кромке кольца и лежащая на одной вертикали с началом координат) её перемещение и угол поворота (крен кольца) равны

(10)

Условия на границе “окрайка – днище” полностью соответствуют уравнениям (7).

Рисунок. 5 - Расчетная силовая схема для определения угла поворота

(крена

Система уравнений (5) и соотношения (7), (9), (10) дополняются уравнениями равновесия сил и моментов для опорного кольца (рисунок 4):

(11)

где - погонная результирующая отпора грунта;

- погонная равнодействующая давления жидкости;

- результирующий погонный момент отпора грунта относительно точки С, совпадающей с началом координат ; - поперечная сила и изгибающий момент, приложенные к кольцу со стороны окрайки; - изгибающий момент со стороны стенки.

Угол крена кольца связан с осадками точек А и В зависимостью

(12)

( - реактивный отпор грунта под точкой А)

Уравнения (5) - (7) и (9) - (12) дают замкнутую систему для определения неизвестных постоянных , однако возникает дополнительная сложность, обусловленная тем, что коэффициент зависит от значений , которые сами подлежат определению.

В связи с этим для решения задачи применялся метод последовательных приближений в следующем порядке:

1 - для начального приближения находилось решение задачи и, в частности, определялись величины .

2 - вычислялся средний отпор грунта под кольцом и с помощью графика на рисунке 1-б находилось второе приближение для значения коэффициента постели .

3 - из найденного решения для второго приближения определялись величины , задавалось третье приближение для и т. д.

Для нахождения с точностью в 5% достаточно 3-4-х приближений.

В диссертации выполнены расчёты для резервуаров с V=5.000м3 и V=20.000м3 при изменение среднего модуля деформации от 5МПа (верхняя граница слабых грунтов) до 20МПа (грунты с высокими прочностными показателями); вычисленный коэффициент постели менялся от до для V=5.000м3. В случае резервуара с объёмом V=20.000м3 диапазон изменения составлял (0,341,36), а изменялся от 3,5МПа до 14МПа.

В четвёртом разделе на первом этапе исследования рассматривается дополнительный прогиб днища в области неоднородности, не затрагивающий работу уторного узла резервуара (вариант 1, рисунок 7).

Рисунок 6 - Дополнительный прогиб днища в области неоднородности

за пределами длины краевого эффекта в днище (1-йвариант залегания области неоднородности):

1– контур резервуара с радиусом R=OC;

2– область неоднородности с центром и c радиусом ;

(, где - длина краевого эффекта в днище

резервуара)

Уравнение прогиба днища имеет вид

(13)

при граничных условиях

(14)

Максимально возможная стрела прогиба в этом случае равняется

(15)

В работе введён критерий подобия и показано, что при выполнении неравенства прогиб днища в области неоднородности описывается приближённой формулой

(16)

Вариант 2 соответствует расположению центра неоднородности вблизи уторного узла резервуара среднего объёма (рисунок 7).

 Расчётная схема для определения прогиба днища при наличии области-106

Рисунок 7 - Расчётная схема для определения прогиба днища

при наличии области неоднородности с центром

около уторного узла (2-й вариант залегания области

неоднородности):

1– контур резервуара с радиусом R; 2– окраечное кольцо с шириной ;



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.