МЕТОДИКА РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ ПРИ СЕЙСМИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

Настоящий раздел устанавливает требования к рас­чету сейсмических нагрузок на паровые стационарные котлы, их элементы и трубопроводы горячей воды и пара. С помощью расчетов проводится оценка сейсмо­стойкости оборудования, а также определяются меро­приятия по обеспечению сейсмостойкости на стадии проектирования и в процессе эксплуатации.

11.1. Условные обозначения

11.1.1. В разделе приняты следующие условные обозначения, представленные в табл. 11.1.

Таблица 11.1

Символ

Название

Единица измерения

1

2

3

О

Тя

Общие мембранные напряжения с учетом сейсмического воздействия

МПа

О

Ття

Местные мембранные напряжения, возникающие от неравномерного распределения нагрузок, с учетом сейсмического воздействия

МПа

Общие изгибные напряжения с уче­том сейсмического воздействия

МПа

О

CV5

Напряжение смятия

МПа

Т

Напряжение среза

МПа

1

2

3

K

Относительное демпфирование (в до­лях от критического коэффициента демпфирования)

N

Число степеней свободы расчетной модели

Е

Нормальпое ускорение свободного падения

М/с2

A(t)

Зависимость ускорения основания от времени

[М]

Матрица коэффициента инерции

[С]

Матрица коэффициентов жесткости

РІП

Частота собственных колебаний

Рад/с (Гц)

НУЭ

Нормальные условия эксплуатации

ПЗ

Проектное землетрясение

СА

Синтезированная акселерограмма

Лсм

Липейно-спектральный метод

МДА

Метод динамического анализа

MSK-64

12-балльная шкала интенсивности землетрясений 1964 г., разработапная С. Медведевым, В. Шпонхоером и В. Карпиком

11.2. Общие положения

11.2.1. Расчет на сейсмостойкость является обяза­тельным этапом поверочного расчета и служит для оп­ределения возможности использования оборудования в районах с повышенной сейсмической активностью.

11.2.2. Целью поверочного расчета на сейсмостой­кость является:

Проверка прочности элементов оборудования;

Оценка взаимных смещений, соударений элементов конструкций;

Разработка мероприятий, направленных на сниже­ние расчетных динамических нагрузок, в случаях, когда расчет не подтверждает обеспечение требований сейсмостойкости.

11.2.3. Основные критерии сейсмостойкости обору­дования базируются на таких факторах, как:

Необходимость обеспечения безопасности оператив­ного персонала станции;

Важность компонентов технологического оборудо­вания и систем, необходимых для выработки электро­энергии и тепла;

Анализ начальной стоимости и объема потенциаль­ных затрат на ремонт или замену оборудования, по­врежденного в результате сейсмического воздействия;

Возможность использования альтернативных час­тей и систем оборудования;

Оценка поведения и взаимодействия отдельных систем при землетрясении;

Анализ возможных потерь от простоев блока вслед­ствие повреждения оборудования при сейсмическом воздействии.

Основной критерий сейсмостойкости ТЭС и ТЭЦ можно сформулировать следующим образом: станция должна противостоять с минимальными структурны­ми повреждениями и непродолжительным прекраще­нием выработки электроэнергии и тепла землетрясе­нию, которое вызывает ускорение грунта только с низ­кой (около 10% ) вероятностью превышения в течение проектного срока службы станции.

11.2.4. Поверочный расчет необходимо проводить с учетом действия эксплуатационных и сейсмических нагрузок.

Ветровые нагрузки при расчете на сейсмостойкость не учитываются.

Проектное сейсмическое воздействие задается в Соответствии с общей концепцией сейсмостойкости объектов теплоэнергетики в виде аналоговых акселе­рограмм для площадки строительства станции, име­ющей максимальные пиковые ускорения, соответству­ющие повторяемости один раз за срок службы стан­ции. При этом пиковые ускорения должны иметь не более чем 10%-ную вероятность их превышения за принятый период повторяемости.

В процедуру определения интенсивности ПЗ в об­щем случае должны входить следующие этапы:

Определение региональной сейсмической активно­сти и вероятности возникновения землетрясений раз­личной интенсивности на основании анализа истори­ческих и инструментальных данных;

Установление и классификация всех геологических разломов в зоне 80-100 км;

Определение максимально возможных землетрясе­ний, которые могут инициироваться каждым из раз­ломов, и установление повторяемости для каждого события землетрясения;

Расчет пиковых значений ускорений грунта на пло­щадке, вызванных движениями отдельных разломов;

Определение параметров ПЗ (проектпого спектра, акселерограмм и проектного максимального пиково­го ускорения грунта) для принятой проектной повто­ряемости землетрясения.

11.2.5. В соответствии с общей концепцией и кри­териями сейсмостойкости принцип сейсмозащиты станции заключается в ее безопасном останове при ПЗ и последующем пуске через короткий промежуток вре­мени при ограниченном объеме восстановительных работ. Для обеспечения этой задачи все технологиче­ское оборудование и системы станции должны быть разделены на две категории сейсмостойкости.

Категория Is. Системы и оборудование, для кото­рых выполняется обоснование сейсмостойкости (проч­ности и (или) работоспособности):

Системы и оборудование, обеспечивающие аварий­ный останов блока;

Системы и оборудование, которые могут являться потенциальным источником пожара в результате сей­смического воздействия; средства пожаротушения;

Основное и дорогостоящее оборудование, которое не может быть восстановлено и замепено в ограниченный период времени и повреждение которого приведет к значительному экологическому или финансовому ущербу (например, котел, турбина, деаэратор, пита­тельный насос, дымосос, силовые трансформаторы, дутьевые вентиляторы, мельницы, баки мазута, воды ит. д.);

Основные трубопроводы пара и питательной воды. Категория lis. Все прочие системы и оборудование, важные с точки зрения обеспечения работоспособнос­ти станции и не вошедшие в категорию Is, должны иметь практическую возможность быть восстановлен­ными в ограниченный период времени после землетря­сения, определяемый государственными, регулирую­щими и надзорными органами. Для этих систем выпол­няется упрощенная оценка ожидаемых повреждений в результате ПЗ.

Кроме того, необходимо уделять особое внимание конструкциям, системам и элементам оборудования, которые в результате сейсмического воздействия мо­гут повредить системы и оборудование, отнесенное к категории Is, и, таким образом, нарушить функции обеспечения безопасности станции либо привести к большим материальным потерям. Должны быть пред­приняты меры по предотвращению возникновения указанных ситуаций.

11.2.6. Расчет на сейсмостойкость проводится для оборудования и трубопроводов станций, устанавлива­емых в районах сейсмичностью 7 баллов и выше.

11.2.7. Интенсивность ПЗ (максимальный уровень ускорения на грунте) при отсутствии специального сейсмологического обоснования устанавливается в со­ответствии с картами сейсмического районирования для 1-й категории повторяемости, в соответствии со СНИП 1.2.-4-98.

11.2.8. Максимальный уровень ускорения аналоговых и синтезированных акселерограмм, принимаемых в каче­стве характеристик ПЗ, должен соответствовать п. 11.2.7 или может быть принят в соответствии с табл. 11.2.

Таблица 11.2 Максимальный уровень ускорений ПЗ

Сейсмичность площадки, в баллах

7

8

9

10

Максимальный уровень ускорения, в долях g

0,1

0,2

0,4

0,8

11.2.9. При повышении или понижении установ­ленной интенсивности ПЗ на 1 балл максимальный уровень ускорения заданных акселерограмм и (или) спектров ответа должен соответственно увеличивать­ся или уменьшаться в два раза.

11.2.10. За правильность проведения расчета на сейсмостойкость ответственность несет предприятие или организация, выполнявшие расчет.

11.2.11. Термины и определения, принятые в дан­ном разделе, приведены в справочном приложении.

11.3. Требования к расчету

11.3.1. Исходными данными для расчета на сейс­мостойкость являются:

Балльность ПЗ и максимальные уровни ускорений расчетных акселерограмм;

Воздействия ПЗ в виде акселерограмм и (или) оги­бающих спектров ответа для мест установки котлов по трем взаимно перпендикулярным направлениям (вер­тикального и двух горизонтальных);

Напряжения или внутренние усилия при нормаль­ных условиях эксплуатации.

11.3.2. Оценка сейсмостойкости производится при действии двух горизонтальных и вертикального на­правлений сейсмического воздействия, при этом вели­чины сейсмических нагрузок в указанных направле­ниях допускается определять раздельно.

11.3.3. Горизонтальные расчетные сейсмические нагрузки следует принимать действующими в на­правлениях продольной и поперечной осей конст­рукции.

11.3.4. При отсутствии конкретной информации о пиковом ускорении вертикальной составляющей ко­лебаний грунта целесообразно применение определен­ного соотношения между пиковыми ускорениями в вертикальном и горизонтальном направлениях. Это соотношение, как правило/варьируется от 0,5 до 1,0 и может быть максимальным на участках, прилегаю­щих к очагу землетрясения. Указанное соотношение зависит от характеристик очага, самой площадки, ее удаленности от эпицентра, а также от других факто­ров. При отсутствии специального обоснования реко­мендуется брать 2/3 от пикового ускорения в горизон­тальном направлении.

11.3.5. Внутренние усилия в элементах конструк­ции определяются из условия одновременного сейсми­ческого воздействия по всем учитываемым направле­ниям.

Если расчет производится отдельно по каждому из направлений, расчетные внутренние усилия (силы и моменты относительно главных осей сечения и отно­сительные перемещения) определяются по формуле:

Где Nk — расчетное усилие в K-м сечении;

N/,x>NkY>NkZ — расчетное усилие определенного вида в fe-м сечении при сейсмиче­ском воздействии соответственно вдоль осей X, У, Z (две горизонталь — ные и вертикальная составляю­щие).

11.3.6. Сейсмический анализ должен проводиться либо по одному из методов динамического анализа, либо, если доказана возможность использования, по методу эквивалентной статической нагрузки. Эти ме­тоды, как правило, основаны на линейно-упругом ана­лизе систем при уровне допускаемых напряжений, близком к пределу текучести материала. Однако для специальных случаев может быть использован также нелинейный анализ систем и их опор с учетом пласти­ческих характеристик материала.

11.3.7. При выполнении поверочного расчета на сейсмостойкость должен быть использован один из методов динамического анализа, например метод рас­чета по спектрам ответа (JICM) или метод расчета по акселерограммам сейсмического воздействия (МДА). При применении методов динамического анализа дол­жны быть выполнены следующие условия.

1. Обеспечен правильный выбор метода динамиче­ского анализа (по спектрам ответа или по акселеро­граммам) исходя из особенностей анализируемой сис­темы и задач анализа.

2. Должно быть обеспечено получение всей необхо­димой информации по напряженно-деформированно­му состоянию системы и ее опорно-подвесной системы с учетом всех возможных смещений, поворотов и оп­рокидывания конструкции, а также взаимодействия с соседним оборудованием и системами. Как правило, для достижения этой цели должны быть использова­ны программы расчета, основанные на методе конеч­ного элемента.

3. Расчетная динамическая модель должна состо­ять из достаточного количества степеней свободы (масс). Количество степеней свободы считается достаточ­ным, когда увеличение их числа не приводит к измене­нию реакции системы более чем на десять процентов. В качестве другого критерия достаточности учитывае­мого числа степеней свободы может быть использован следующий: количество степеней свободы системы должно по крайней мере в два раза превосходить ко­личество учитываемых собственных форм колебаний при определении реакции системы.

4. В случае если расчет на сейсмостойкость выпол­няется с учетом ограниченного числа форм колебаний, например, только до частоты 33 Гц, при определении сейсмических нагрузок должны использоваться мето­ды, учитывающие влияние высших форм колебаний. Если специальные методы учета высших форм колеба­ний не используются, число учитываемых форм долж­но быть увеличено. Число учитываемых форм считает­ся достаточным, когда изменение их числа не приводит к изменению реакции на опоры более чем на 10%.

5. Должны быть учтены относительные смещения точек опирания системы трубопроводов и различное динамическое воздействие на опоры трубопровода при сейсмическом воздействии. Такой учет обеспечивает­ся следующими расчетами:

Методом модального анализа по спектрам ответа на многоопорное воздействие;

Методом модального анализа по огибающей спект­ров ответа;

Методом интегрирования уравнений" движения по времени с использованием синтезированной акселеро­граммы, построенной по огибающей спектров ответа.

Во всех случаях требуется дополнительный учет взаимного смещения опор трубопровода в наиболее неблагоприятном сочетании.

6. Должны быть адекватно учтены важные эффек­ты поведения системы при сейсмической нагрузке, такие, как удары и взаимодействие с другим оборудо­ванием и трубопроводами, влияние раскрепления спе­циальными опорами, включая различные типы демп­феров, механические и гидравлические амортизаторы, гидродинамические пагрузки, нелинейная реакция системы.

7. Вместо спектрального метода анализа может быть применен метод расчета по акселерограммам, который дает более реалистичную картину поведения анализируемой системы при сейсмическом воздей­ствии, но вместе с тем требует значительных затрат времени на расчет. Ввиду этого данный метод исполь­зуется обычно для расчета особо важных систем или систем с существенной нелинейностью.

11.3.8. Компоненты оборудования, имеющие многочисленные точки опирания

В ряде случаев оборудование и компоненты систем опираются на различные точки одного сооружения или конструкции или на две раздельные конструкции. При этом перемещения рассматриваемого оборудова­ния или компонент систем в каждой точке опирания могут существенно различаться.

Для расчета многоопорных систем с различным воздействием в точках опирания может применяться консервативный подход, заключающийся в использо­вании верхнего огибающего спектра по всем индиви­дуальным опорным спектрам, который позволяет по­лучить максимальную инерционную нагрузку много­опорной системы. В дополнение к этому учитываются относительные сейсмические смещения опорных то­чек системы в рамках обычного статического расчета системы.

Максимальные относительные смещения опорных точек могут быть получены из расчета здания (опор­ной конструкции) либо, как консервативное допуще­ние, из поэтажных спектров ответа. Для последнего случая максимальное смещение каждой опоры рассчи­тывается по формуле:

Sd=Sag/w\

Где Sa — спектральное ускорение (в G) на высокочастот­ном конце спектра (максимальное ускорение отметки);

W собственная частота колебаний основной кон­струкции, рад/с.

Определенное таким образом перемещение задает­ся каждой опоре в наиболее неблагоприятном сочета­нии. Реакции системы, обусловленные инерционны­ми эффектами и относительными смещениями опор, должны быть скомбинированы по методу абсолютно­го суммирования.

Для уменьшения консерватизма расчета на много­опорное воздействие рекомендуется использовать аль­тернативный метод, основанный на использовании при расчете на сейсмостойкость спектров ответа для каждой группы опор, размещенных на одной отметке или имеющих одинаковые характеристики сейсмиче­ского воздействия. При выполнении расчета на мно — гоопорпое сейсмическое воздействие также необходи­мо учитывать относительные смещения опор в наибо­лее неблагоприятном сочетании, используя обычные методы статического расчета.

11.3.9. Статический метод используется для пред­варительной оценки уровня сейсмических нагрузок на начальных стадиях проектирования. Если первая ча­стота колебаний больше 20 Гц, расчет также допус­кается выполнять статическим методом с умножени­ем ускорений, полученных по спектру ответа, на ко­эффициент 1,3 для частоты в диапазоне 20-33 Гц и на коэффициент 1,0 для частоты больше 33 Гц.

11.3.10. Линейно-спектральный метод следует ис­пользовать только для расчета линейно-упругих сис­тем. Метод динамического анализа не имеет ограни­чений по применению.

При расчете по МДА необходимо учитывать рассе­яние энергии, а в необходимых случаях нелинейные характеристики системы.

11.3.11. Метод сейсмической квалификации оборудования. Метод «обхода на месте»

Метод «обхода на месте» используется при оценке сейсмостойкости оборудования действующих стан­ций. Этот метод основан на использовании следующих данных:

Опыта проектирования оборудования для сейсмо — опасных районов;

Опыта эксплуатации и поведения оборудования на станциях, подвергавшихся сейсмическим воздей­ствиям;

Обработки результатов экспериментальных исследо­ваний сейсмостойкости оборудования и его элементов.

На базе перечисленных выше данных формулиру­ются требования, выполнение которых гарантирует сейсмостойкость определенного типа оборудования. Основная задача метода «обхода на месте» заключает­ся в тем, что специалист, имеющий определенную ква­лификацию, при инспекции оборудования на станции определяет, выполнены или нет при проектировании и на монтаже те требования, которые устанавливают­ся для того или иного оборудования в целях обеспече­ния его сейсмостойкости. Так, например, при инспек­ции оборудования, для которого предусмотрены ме­роприятия по обеспечению сейсмостойкости, в первую очередь проводится проверка правильности выполне­ния этих мероприятий.

Вспомогательные трубопроводы и системы возду­ховодов могут быть квалифицированы как сейсмо­стойкие по анализу характера расположения и типу опор. Насосы, электродвигатели и компактные тепло­обменники, как правило, оцениваются по качеству и типу закрепления на фундаменте.

Важным моментом при сейсмической квалифика­ции оборудования является оценка возможного ди­намического взаимодействия (ударов) между отдель­ными элементами оборудования, а также между обо­рудованием и строительными конструкциями при сейсмическом воздействии. Например, не допускает­ся соударение приводов арматур с элементами обору­дования и строительными конструкциями.

При выполнении инспекций по сейсмической ква­лификации оборудования на каждый тип оборудова­ния оформляются обходные листы, в которых перечис­лены все требования, предъявляемые к определенно­му типу оборудования. Специалист, выполняющий инспекцию, заполняет листы, отмечая выполнение тех или иных требований по сейсмостойкости.

11.4. Оценка сейсмостойкости

11.4.1. Оценку сейсмостойкости элементов обору­дования и трубопроводов следует выполнять по допус­каемым напряжениям, по допускаемым перемещени­ям, по критериям циклической прочности и устойчи­вости.

11.4.2. При оценке сейсмостойкости по допускаемым напряжениям должны учитываться только те эксплуа­тационные нагрузки или внутренние усилия, которые не релаксируются при возникновении в элементах мест­ной или общей пластической деформации (весовые на­грузки, внутреннее или наружное давление, наддув, на­грузки от присоединительных коммуникаций).

11.4.3. Уровень допускаемых напряжений при оценке сейсмостойкости назначается в зависимости от категорий напряжений. Действие ПЗ приравнивает­ся к случаю нарушения нормальных условий эксплу­атации.

11.4.4. Допускаемые напряжения [а] определяют­ся в соответствии с положениями раздела 2 Норм.

11.4.5. Оценка прочности элементов котлов, нахо­дящихся под давлением, производится по допускае­мым напряжениям, приведенным в табл. 11.3.

Таблица 11.3

Сочетание нагрузок и допускаемые напряжения

Для элементов котлов

Сочетание нагрузок

Расчетная группа категорий напряжений

Допускаемые напряжения

НУЭ + ПЗ

1»3[ст]

НУЭ + ПЗ

[а или а 1 + ст.

L mi mmiJ О*

1,8[ст]

11.4.6. Для деталей котлов, не находящихся под давлением, в зависимости от категорий напряжений (см. табл. 11.3), где коэффициент при допускаемых напряжениях должен умножаться на 1,1 с округлени­ем в сторону меньшей величины.

11.4.7. Средние напряжения смятия не должны превышать:

Для подвижных шарниров о Mg = 2[о],

Для неподвижных шарниров сгсм = 3[о].

11.4.8. Средние касательные напряжения, вызван­ные срезывающими нагрузками, в шарнирах подвесок, сварных швах и т. п. не должны превышать! = 0,8[а].

11.4.9. Средние напряжения растяжения по сече­нию резьбовой части подвесок, вызванные действием весовых и сейсмических нагрузок, не должны превы­шать величины 0,95[а].

Приведенные напряжения, определенные по сум­мам составляющих средних напряжений растяжения, изгиба и кручения в резьбовой части подвесок при сей­смических воздействиях, не должны превышать вели­чины 1,65[а].

Средние касательные напряжения, вызванные дей­ствием весовых и сейсмических нагрузок в резьбе под­весок, не должны превышать! = 0,8[а].

11.4.10. Расчет на циклическую прочность прово­дится в соответствии с требованиями подраздела 5.4. При этом максимальная амплитуда напряжений оп­ределяется с учетом действия ПЗ и число циклов на­гружения принимается равным 50.

Расчет на циклическую прочность не проводится, если повреждаемость от всех видов нагрузок на элемен­ты котла не превышает 0,8.

11.4.11. Величины допускаемых перемещений (про­гиб, смещение и т. п.) следует задавать в зависимости от условий эксплуатации и требований к жесткости эле­ментов конструкции (предотвращение выбора зазора и соударения элементов, недопустимые перекосы и т. п.).

11.4.12. Оценка прочности элементов опор котлов и трубопроводов выполняется по соответствующим СНиП и по всем относящимся к ним нормативным докумен­там с учетом сейсмических нагрузок, полученных рас­четом на сейсмостойкость по настоящим Нормам.

11.5. Общие принципы построения динамических

Моделей

11.5.1. Динамическая модель оборудования или тру­бопровода при анализе сейсмостойкости — это динами-

12 Нормы расчета… 353

Ческая система с конечным числом степеней свободы, достаточно полно отражающая основные динамические свойства рассматриваемой конструкции, по реакции которой на заданное сейсмическое воздействие оцени­вается сейсмостойкость реальной конструкции.

11.5.2. Оборудование и трубопроводы могут быть представлены пространственными или плоскими ди­намическими моделями.

11.5.3. Плоская динамическая модель — это дина­мическая система, движение точек которой происхо­дит в одной плоскости, а ее упругие связи работают при плоском деформированном состоянии.

11.5.4. Плоскую динамическую модель допускает­ся использовать в тех случаях, когда конструкция имеет плоскость симметрии. В других случаях необ­ходимо специальное обоснование возможности исполь­зования плоской модели.

11.5.5. Масса конструкции, создающая при коле­баниях инерционные нагрузки, сосредоточивается в узловых точках (узлах) динамической модели.

11.5.6. Общие принципы построения расчетных моделей

11.5.6.1. Основная задача построения динамиче­ской модели при анализе сейсмостойкости состоит в определении рационального уровня идеализации кон­струкции, обеспечивающего необходимую точность оценки динамической реакции системы.

11.5.6.2. Динамические характеристики котла оп­ределяются инерционными, упругими и диссипатив — ными параметрами конструктивных элементов.

11.5.6.3. Построение динамической модели прово­дится в такой последовательности:

Предварительная разбивка системы на составные элементы;

Назначение узловых точек;

Назначение обобщенных координат;

Определение инерционных и упругих характеристик;

Анализ собственных частот отдельных структур­ных подсистем;

Оптимизация параметров динамической модели.

11.5.6.4. При построении упругой схемы динами­ческой модели в первую очередь руководствуются тре­бованиями, предъявляемыми к расчетным моделям при оценке статической прочности. Дополнительно учитываются особенности элементов конструкции, динамическая работа которых отличается от статиче­ской (подвески, соединения с зазорами, демпфирую­щие устройства и т. п.).

Разбивка системы на элементы приводит ее к дис­кретному виду, учитывающему динамические особен­ности взаимодействия отдельных элементов и их вли­яние на динамическую реакцию системы.

11.5.6.5. Разбивка системы на элементы произво­дится с таким расчетом, чтобы узлы динамической модели располагались в местах наибольшей концент­рации массы и наибольшей податливости конструк­ции, а также в точках, движение которых определяет взаимодействие элементов системы при колебаниях (места разветвления, присоединения к конструкции связей, демпферов и т. п.).

11.5.6.6. Для назначения обобщенных координат могут быть применены два подхода: формальный и аналитический.

При формальном подходе узловые точки назнача­ются в каждом граничном сечении составных элемен­тов динамической модели. Каждый узел имеет от 3 до 6 степеней свободы, и анализ парциальных систем в этом случае не производится.

Аналитический подход предполагает анализ дина­мической модели, на основании которого исходя из заранее установленного уровня высшей собственной частоты расчетной динамической модели производит­ся уточнение параметров динамической модели.

11.5.6.7. Так как сейсмическое воздействие представ­ляет собой относительно низкочастотный процесс, харак­теризуемый частотным спектром от ОД до 30 Гц, при ана­лизе сейсмостойкости линейно упругих систем рекомен­дуется расчетные модели строить таким образом, чтобы значения парциальных частот не превышали 120-150 Гц.

Для нелинейных систем граничный частотный уро­вень принимается с учетом условий динамической ра­боты элементов с нелинейными характеристиками.

11.5.6.8. При определении инерционных парамет­ров рекомендуется использовать следующее:

В протяженных системах с равномерно распреде­ленной массой и погонной изгибпой жесткостью (тру­бопроводы, балки и т. п.) инерционные параметры в узлах принимаются равными значению половины мас­сы примыкающих к ним участков, заключенных меж­ду соседними узлами;

Для элементов конструкции, которые можно пред­ставить жестким телом, в узел, расположенный в цен­тре масс, приводится вся масса тела;

Массовые моменты инерции для жесткого тела, со­ответствующие угловым обобщенным координатам, определяются относительно осей, проходящих через его центр масс.

11.5.6.9. Жесткостные характеристики упругих элементов динамической модели определяются на ос­новании анализа работы элементов конструкции при всех возможных перемещениях узлов по направлению заданных обобщенных координат.

При этом в общем случае учитывается деформация изгиба, растяжения — сжатия, сдвига и кручения.

11.5.6.10. При расчете котлов подвесного типа в динамической модели необходимо учитывать жестко­сти присоединительных коммуникаций (газоходов, воздуховодов и трубопроводов).

Для оценки сейсмостойкости опорно-подвесной системы котлов подвесного типа динамическая модель котла должна быть построена таким образом, чтобы учесть все возможные перемещения элементов систе­мы, влияющие на изменение нагрузки на подвески.

11.5.6.11. Учет влияния параметров диссипации в конструкции оборудования и трубопроводов при коле­баниях производится введением в расчет относительно­го демпфирования, рекомендуемые значения которого для различных конструкций приведены в табл. 11.4.

Таблица 11.4 Значение относительного демпфирования k (в долях от критического)

Элементы конструкции

Значение относитель­ного демпфирования

Трубопроводы большого диаметра (Dy >100 мм) и оборудование (теплообменники и т. п.)

0,02

Трубопроводы малого диаметра (Dy <100 мм) и внутренние элементы котла (ширмы, ПП, ЭК и т. п.)

0,01

Газоходы и воздуховоды котлов подвесного типа

Од

Металлоконструкции котла: сварные на болтах

0,02 0,04

Бетонные конструкции:

Предварительно напряженные армированные

0,02 0,04

Примечание. При расчете котлов подвесного типа по JICM зна­чение относительного демпфирования для системы котел-здание (каркас) принимается K = 0,05.

11.6. Методы расчета на сейсмостойкость

11.6.1. Статический метод

11.6.1.1. Величины сосредоточенной сейсмической нагрузки, действующей независимо в двух горизон­тальных и вертикальном направлениях на А-ю точку опорной конструкции или корпуса котла (кроме кор­пусов подвесных котлов), определяются по следующей зависимости:

Где Mk — сосредоточенная масса конструкции котла, кг; kb — коэффициент балльности, значение которого определяется по табл. 11.6;

Таблица 11.6

Значения коэффициента Kh

Балльность

7

8

9

К

0,25

0,5

1,0

Kh коэффициент высоты размещения элемента конструкции

К = К — ; 1=1

Здесь п — число сосредоточенных масс;

Hk высота отметки расположения й-массы, м.

11.6.1.2. При определении сейсмической нагрузки, действующей на котел в вертикальном направлении, значение й6поп. 11.6.1.1 уменьшается в два раза, a kh принимается равным О.

11.6.1.3. При расчете котлов подвесного типа го­ризонтальная сейсмическая нагрузка, действующая на корпус котла, определяется по зависимости

Где fe — коэффициент интенсивности колебаний кор­пуса, принимаемый равным значению соб­ственной частоты колебаний корпуса (в Гц), но не более 2.

Вертикальная сейсмическая нагрузка на корпус подвесного котла определяется по зависимости

Qk =MhkbkiS

В этом случае при определении значения Ki учиты­вается суммарная вертикальная жесткость подвесок и Kb умножается на 2/3*

11.6.1.4. Сейсмические нагрузки на отдельные эле­менты котлов и оборудование, установленное на кот­ле, определяются по зависимости

Q0K=M0 —

Где Мо — масса отдельного оборудования, кг;

Кы — коэффициент интенсивности колебаний обо­рудования, принимаемый равным значению низшей собственной частоты оборудования (в Гц), но не более 3. Для оборудования, жестко закрепленного на кот­ле, h = 1.

‘ oi

11.6 2. Линейно-спектральный метод

11.6.2.1. Для использования JICM определяют соб­ственные значения и векторы рассматриваемой дина­мической системы.

Значения собственных частот определяются чис­ленным решением задачи о собственных значениях:

[[К]-со°[м]]{Ф„}=0,

Где соп — круговая частота п-Й формы собственных ко­лебаний;

{Фп} — собственный вектор для п-Й формы;

[К] — матрица жесткости;

[М] — матрица масс.

11.6.2.2. Определяется вектор инерционных сейс­мических нагрузок, действующих в направлении обоб­щенных координат системы при колебаниях по каж­дой форме:

[Г„]=[М]{Ф„}СА,

Где [FJ — вектор сил для п-й формы собственных коле­баний;

Сп — фактор «участия» массы для п-й формы соб­ственных колебаний:

С„ = {ф„ }Т [М]{1}/{Ф„}Т [М]{Ф„ };

Ап — спектральное ускорение, определенное по ча­стоте для п-й формы.

Для оборудования и трубопроводов, расположен­ных на различных отметках строительных конструк­ций, рекомендуется проводить расчет на многоопор­ное воздействие, при котором учитываются особенно­сти поэтажных спектров ответа на каждой отметке закрепления.

11.6.2.3. Определение расчетных внутренних уси­лий (напряжений) в каждом рассматриваемом сечении системы производится с использованием следующих правил процедур:

Суммирования по формам и направлениям — корень квадратный из суммы квадратов

Суммирования по группам поэтажных спектров — по абсолютной величине

И-КІ+ЙМ*,]+…:

Учета высших форм колебаний.

11.6.3. Метод динамического анализа

11.6.3.1. Для анализа динамического поведения системы рассматривается следующее уравнение дви­жения:

М Х’+С X‘+K X = — M r X;(f)-Fe, (1)

Где М — диагональная матрица масс; С — матрица демпфирования; К — матрица жесткости;

Г — вектор направляющих косинусов между сейсмическим воздействием и обобщенны­ми координатами; X* (О — сейсмическое воздействие, определенное в

Терминах ускорения грунта (основания); Fe — вектор реактивных сил, возникающих от дополнительных, в том числе от нелиней­ных, связей системы; X — вектор узловых перемещений;

X’ — вектор узловых скоростей; Xі" — вектор узловых ускорений. Для решения уравнения (1) выполняется модаль­ное преобразование:

Х = Ф-У, (2)

Где Ф — матрица, состоящая из п столбцов форм соб­ственных колебаний системы; Y — новые модальные обобщенные координаты.

После подстановки (2) в (1) и домножения всего уравнения слева на Фт получим:

361

ФТМФУ’+ФТ-СФУЧФТКФУ = = — Фт • М — г ■ х; (О — Фт • Fe.

Учитывая свойства ортогональности матриц масс, жесткости и демпфирования, можно записать:

TOC \o "1-3" \h \z Фт — М — Ф = I; (4)

ФТ С Ф = 2 ^ (5)

ФТКФ=^, (6)

где I — единичная матрица;

-шп — диагональная матрица модального дем­пфирования;

— диагональная матрица модальной жест­кости;

П-я собственная частота колебаний сис-

Л

Темы;

— коэффициент модального демпфирова­ния, соответствующий п-Й собственной частоте.

После указанных преобразований уравнение (3) принимает вид:

Y;+2^-co„.X:+Q2n-Yn=Bn, (7)

Где В„ =-ФтМг-Х;(0-ФтГе. (8)

Вектор Вп, представленный в правой части уравне­ния (7), может трактоваться как модальный вектор внешних и реактивных нагрузок. Следует отметить, что если размерность исходной системы уравнений (1) соответствует общему числу степеней свободы, пред­ставленных в расчете (поступательные и вращатель­ные перемещения расчетных сечений системы), то раз­мерность уравнения (7) соответствует числу форм соб­ственных колебаний, учитываемых в расчете.

(9) (Ю)

В рамках метода динамического анализа уравне­ние движения системы (7) решается прямым пошаго­вым интегрированием этих уравнений с применени­ем центрально-разностной схемы. Начальные усло­вия (перемещения, скорости и ускорения точек системы в нулевой момент времени) предполагаются нулевыми. Может быть применена следующая конеч­но-разностная аппроксимация для текущих значений скоростей и ускорений:

XT=0U-2.Yf-X,_а,)/б*2;

Подставляя соотношения (9) и (10) в (7), получим выражение для Yt+g(:

)

SYl+6( = 6Yf + 6^2(Bt-2^40„-Y/-Q2.Y()- (12)

Приложение Справочное

Ваш отзыв

Рубрика: Нормы расчета на прочность стацио­нарных котлов

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *