Ананьев Олег Владимирович, начальник лаборатории НК ООО «НТЦ «НефтеМетСервис»
Решетов Александр Витальевич, исполнительный директор НК ООО «НТЦ «НефтеМетСервис»
Филин Владимир Евгеньевич, зам.генерального директора ООО «Техэкспертиза»
Определение нагрузок, действующих на эстакады, как возможность увеличить уровень промышленной безопасности при их эксплуатации
В работе описаны основные виды нагрузок, оказывающих негативное влияние на здания и сооружения эстакад, даны расчетные формулы.
Сливо-наливная эстакада используется в рамках производственного процесса как средство, за счет которого осуществляется перекачка углеводородных газов и легковоспламеняющихся жидкостей. В состав металлической конструкции входит:
На этапе эксплуатации важно проводить регулярных осмотр состояния эстакад, чтобы их степень износа не была критической. Основной закон, на который стоит опираться при использовании эстакад – ФЗ № 116, а сами эстакады должны соответствовать СНиП 2.11.03.-93. [1], [2]
Без соответствующего обследования эстакад, зданий и сооружений, входящих в их состав, нельзя говорить о должном уровне безопасности на ОПО. Обследование может быть:
Детальное обследование проводится после того, как было дано профессиональное экспертное решение относительно состояния конструкций на территории эстакады. При обнаружении серьезных дефектов назначается детальное исследование, по результатам которого будет принято решение о дальнейшей эксплуатации объекта и предстоящих восстановительных объектах.
У подобного обследования есть главная задача, которую оно должно выполнять – выявление фактического состояния эстакады и объектов на ее территории, разработка рекомендаций по устранению дефектов.
Обязательно проводится обследование технического состояния конструкций, важно выявить дефекты, которые будут способствовать хрупким разрушениям. Все поставленные перед проведением исследования задачи решаются в следующем порядке:
В соответствии с РД 34.21.623-96 натурное обследование, которое позволяет выявить большую часть опасных дефектов, включает в себя: [3]
Во время расчета отдельно стоящих сооружений важно принимать во внимание нагрузки, которые возникли во время их эксплуатации, возведении, испытании трубопроводов.
Нельзя упускать из внимания ветровые и снеговые нагрузки, коэффициент надежности определяется по следующей таблице, согласно СниП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия». [4]
Значение температурного перепада, действующего на ствол трубы, определяется как разность между температурой отводимых газов и температурой наружного воздуха в зимний период.
Расчет конструкций и оснований по предельным состояниям первой и второй групп следует выполнять с учетом неблагоприятных сочетаний нагрузок или соответствующих им усилий.
Очень важно при обследовании зданий и сооружений сливо-наливных эстакад, при выявлении существенных дефектов и деформаций, принимать во внимание возможную сейсмическую нагрузку, действующая горизонтально и вертикально в поперечном и продольном направлении. Определить нагрузку в выбранном направлении можно по формуле:
S=0,25QxK2Aẞi
Qк – вес сооружения, определяемый с учетом коэффициентов надежности.
К – коэффициент, принимается вдоль трассы 0,5, поперек – 1;
А – коэффициент, принимаемый равным 0,1, 0,2, 0,4 для расчетной сейсмичности 7, 8 и 9 баллов;
ẞi – коэффициент динамичности.
В большинстве случаев, когда разрушение конструкции не связано с большими материальными потерями или гибелью обслуживающего персонала, сейсмическую нагрузку не принимают во внимание.
При проектировании сооружений их сейсмостойкость устанавливается исходя из того, чтобы в случае землетрясения, интенсивность которого не превышает предусмотренную нормами для данной площадки расчетную величину, не наступили предельные состояния, подразделяющиеся на две группы.
Предельные состояния первой группы характеризуются потерей несущей способности или полной непригодностью сооружения к эксплуатации. При этом допускаются повреждения отдельных элементов конструкций или их остаточные деформации (перемещения), не угрожающие безопасности людей или сохранности ценного оборудования.
Предельные состояния второй группы характеризуются полной непригодностью сооружения к нормальной эксплуатации, определяемой технологическими и бытовыми условиями.
Условия сейсмостойкости конструкций можно записать в виде неравенств:
N <=Ф
f <=[f]
N – максимальное усилие в конструкции при основных или особом сочетаниях нагрузок.
При особом сочетании нагрузок не учитываются:
- горизонтальные нагрузки от масс на гибких подвесках;
- ветровые нагрузки.
При расчетной сейсмичности 8 и более баллов в грунтах III категории нормы рекомендуют снижать значение расчетной сейсмической нагрузки на 30 на нелинейность деформирования грунтов при сейсмических воздействиях.
Динамические расчеты существенно сложнее статических, они требуют для организации ввода и анализа полученных результатов более глубоких знаний в области строительной механики и, в частности, динамики сооружений. Расчеты на сейсмические и ветровые воздействия с учетом пульсации являются частными случаями динамических расчетов. Вместе с этим они наиболее часто востребуемы.
Цели динамического расчета:
- определение частот собственных колебаний сооружений и сравнение их с частотой вынужденных колебаний с целью исключения возможности появления резонанса путем изменения параметров сооружения;
- определение максимальных усилий (напряжений), возникающих элементах зданий и сооружений в процессе колебаний и сравнение их предельно допустимым величинами, установленными из условий прочности, устойчивости, выносливости;
- определение динамических перемещений и сравнение их с предельно допустимыми значениями, установленными нормами.
При определении нагрузок от грунта следует учитывать нагрузки от складируемых материалов, оборудования и транспортных средств, передаваемые на грунт.
При исследовании нагрузок на сооружения сливо-наливных эстакад, стоит принимать во внимание снеговую нагрузку, но не учитывать гололедную. Если температура транспортируемого по трубопроводу продукта более 30 градусов, то снеговая нагрузка не принимается во внимание, как и для настилов на территории эстакад, если площадь их поверхности представляет собой решетку и трубопроводов устроенных под углом больше тридцати градусов.
При исследовании прочности сооружений эстакады специалисты учитывают нагрузку от отложений, расположенных внутри трубопроводов, в том числе:
Вертикальная нагрузка согласно нормативам на траверсы и эстакады от трубопроводов принимается по сумме нагрузок всех продуктопроводов. Если нет полной и точной раскладки трубопроводов, тогда нормативная величина интенсивности нагрузки определяется по формуле:
P=qa/b
q – нормативная вертикальная нагрузка;
а – шаг траверсы;
b – длина траверсы.
Горизонтальные технологические нагрузки оказывают не меньшее воздействие на эксплуатационные сроки использования эстакад. По нормативам внутреннее давление в продуктопроводе принимается таким же как и рабочее, соответствующее технологическому заданию. Сила трения одного продуктопровода по имеющейся под ним опоре определяется путем умножения вертикальной нагрузки на коэффициент трения.
При расчете пролетных строений эстакады в случаях, когда нет уточненной раскладки, суммарную продольную нагрузку стоит определять следующим образом:
P=0,15qLi
В соответствии с действующими нормами, ветровую нагрузку следует определять как сумму двух составляющих: статической, вызванной средней скоростью ветрового потока
и динамической, являющейся следствием возрастания скорости в порыве ветра.
w = wm + wp
Значения пульсационной составляющей ветровой нагрузки определяются в зависимости от конструктивных и динамических характеристик рассчитываемого здания или сооружения.
Для сооружений и их конструктивных элементов, у которых первая частота собственных колебаний больше некоторого предельного значения собственной частоты нормативное значение пульсационной составляющей определяется по формуле:
Wnp= Wnm ζv
Wnm – нормативное значение средней составляющей;
Ζ – коэффициент пульсаций давления ветра;
v – коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра.
Усилия в конструкции от ветровой нагрузки следует определять как сумму усилий от средней (статической) и пульсационной (динамической) составляющих.
Для определения динамической составляющей ветровой нагрузки необходимо вычислить вес массы каждого из участков трубы. Значения сосредоточенных масс определяем по формуле:
Gi = Pтпi+ Рпл + Рпi
Ртpi – собственный вес участка трубы, кН;
Рпл – собственный вес площадок обслуживания, кН;
Рпi – вес пыли на участке трубы, кН.
В ряде случаев ветровая нагрузка оказывает существенное негативное влияние на прочность зданий и сооружений, в случае эксплуатации эстакад такое влияние может привести к ЧС. Определяется ветровая нагрузка в соответствии с СниП 2.01.07-85. Обследование зданий и сооружений сливо-наливных эстакад позволяет существенно увеличить безопасность на объекте, снизить аварийность и вовремя предупредить человеческие жертвы. Определение уровня нагрузок на те или иные элементы эстакады позволяет выяснить, какие из них требуют усиления конструкции, определить, действительно ли используемые материалы в состоянии выдерживать нагрузку, накладываемую на них во время эксплуатации объекта.
Конечно, не только превышенная нагрузка является основной причиной возникновения аварийной ситуации на ОПО, но и другие, более значимые факторы, однако в совокупности все негативные явления могут повлиять на уровень безопасности. Любой дефект, скрытый или ярко выраженный важно вовремя установить, чтобы можно было уменьшить его негативное влияние на прочность конструкции, а впоследствии устранить полностью.
Устранить полностью нагрузки на сооружения сливо-наливных эстакад нельзя, но можно их минимизировать, если строго соблюдать нормативы. Именно потому, что устранить нагрузки разных типов нельзя, человек должен уметь определять их коэффициент, влияние на разные конструкции и так далее.
Если рассматривать отдельно ветровую нагрузку и опасность, которую она несет в себе, стоит сказать, что в зависимости от интенсивности порывов ветра и повреждения эстакады могут быть различными, если на этапе проектирования монтажники пренебрегли требованиями безопасности.
Шквалистый ветер, ураган, легко сдувают с домов крыши, вот почему укрепление трубопроводов в рамках конструкции эстакады, должно производиться таким образом, чтобы они были прочно закреплены между собой и на территории ОПО.
Специалистам необходимо использовать современные методы расчета устойчивости напряженно-деформированного состояния. В области нормативно-методического подхода к оценке воздействия ветровой нагрузки на здания и сооружения нужно делать новые открытия, разрабатывать более современные программы для проведения расчетов.
Кроме того, важно при определении степени воздействия нагрузок на сооружения эстакад, вводить современные проектные решения, позволяющие максимально снизить негативное влияние в рамках рассматриваемого ОПО. Со стороны проверяющих органов требуется, для увеличения уровня промышленной безопасности на объекте, составление полного и раскрытого отчета по фактическому состоянию обследуемых сооружений, с последующим выявлением степени нагрузки на них и сравнению ее с нормативной.
Список литературы:
