Bài giảng Kết cấu thép bản - Nguyễn Thị Thanh Hòa

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

BỘ MÔN KẾT CẤU THÉP, GỖ

BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP BẢN GIẢNG VIÊN : NGUYỄN THỊ THANH HÒA - 0912828682

THÔNG TIN CHUNG VỀ MÔN HỌC

1. Thời lượng môn học: 1 tín chỉ 1. Thời lượng môn học: 1 tín chỉ

2. Hình thức thi: 2. Hình thức thi:

Thi 1 lần. Thi viết tự luận chung toàn khóa. Thi 1 lần. Thi viết tự luận chung toàn khóa.

Thời gian thi: 60 phút. Thời gian thi: 60 phút.

Cấu trúc đề thi: Lý thuyết – 2 câu (5 điểm) Cấu trúc đề thi: Lý thuyết – 2 câu (5 điểm)

Bài tập Bài tập

– 1 câu (5 điểm) – 1 câu (5 điểm)

3. Tiêu chuẩn đánh giá kết quả học phần: 3. Tiêu chuẩn đánh giá kết quả học phần:

20% 20%

 Điểm quá trình:  Điểm quá trình:

80% 80%

 Điểm thi :  Điểm thi :

TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. TCVN 5575-2012: Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế. 1. TCVN 5575-2012: Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế.

2. TCVN 2737-1995: Tải trọng và tác động. Tiêu chuẩn thiết kế. 2. TCVN 2737-1995: Tải trọng và tác động. Tiêu chuẩn thiết kế.

3. Phạm Văn Hội (chủ biên). Kết cấu thép: Công trình đặc biệt. Nhà xuất 3. Phạm Văn Hội (chủ biên). Kết cấu thép: Công trình đặc biệt. Nhà xuất

bản Khoa học và kỹ thuật. Hà Nội, 2013. bản Khoa học và kỹ thuật. Hà Nội, 2013.

4. Phạm Văn Hội (chủ biên). Kết cấu thép: Cấu kiện cơ bản. Nhà xuất bản 4. Phạm Văn Hội (chủ biên). Kết cấu thép: Cấu kiện cơ bản. Nhà xuất bản

Khoa học và kỹ thuật. Hà Nội, 2009. Khoa học và kỹ thuật. Hà Nội, 2009.

5. Tuyển tập TCVN: Thép kết cấu và thép dùng cho xây dựng. Nhà xuất 5. Tuyển tập TCVN: Thép kết cấu và thép dùng cho xây dựng. Nhà xuất

bản Xây dựng. Hà Nội, 2001. bản Xây dựng. Hà Nội, 2001.

NỘI DUNG CHÍNH CỦA MÔN HỌC NỘI DUNG CHÍNH CỦA MÔN HỌC

CHƯƠNG 1. ĐẠI CƯƠNG VỀ KẾT CẤU THÉP BẢN CHƯƠNG 1. ĐẠI CƯƠNG VỀ KẾT CẤU THÉP BẢN

CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP BẢN CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP BẢN

THEO LÝ THUYẾT PHI MÔ MEN THEO LÝ THUYẾT PHI MÔ MEN

CHƯƠNG 3. CÁC LOẠI BỂ CHỨA CHẤT LỎNG CHƯƠNG 3. CÁC LOẠI BỂ CHỨA CHẤT LỎNG

CHƯƠNG 4. VÍ DỤ TÍNH TOÁN CHƯƠNG 4. VÍ DỤ TÍNH TOÁN

CHƯƠNG I: ĐẠI CƯƠNG VỀ KẾT CẤU THÉP BẢN

I. PHẠM VI ỨNG DỤNG, PHÂN LOẠI CỦA KẾT CẤU THÉP BẢN

II. ĐẶC ĐIỂM LÀM VIỆC VÀ CẤU TẠO CỦA KẾT CẤU THÉP BẢN

I. I. PHẠM VI ỨNG DỤNG, PHÂN LOẠI CỦA KẾT CẤU THÉP BẢN PHẠM VI ỨNG DỤNG, PHÂN LOẠI CỦA KẾT CẤU THÉP BẢN

1. Khái niệm 1. Khái niệm

Kết cấu thép bản là những kết cấu được chế tạo chủ yếu từ thép tấm. Kết Kết cấu thép bản là những kết cấu được chế tạo chủ yếu từ thép tấm. Kết

cấu thép bản thường dùng để chứa, vận chuyển hoặc chế biến chất lỏng, chất khí cấu thép bản thường dùng để chứa, vận chuyển hoặc chế biến chất lỏng, chất khí

hoặc vật liệu hạt. hoặc vật liệu hạt.

2. 2. Phân loại ( Theo chức năng sử dụng) Phân loại ( Theo chức năng sử dụng)

Bể chứa chất lỏng (nước, sản phẩm hoá dầu, ...). Bể chứa chất lỏng (nước, sản phẩm hoá dầu, ...).

Bể chứa khí. Bể chứa khí.

Bunke và xilô: chứa các vật liệu hạt (than, cát, ximăng, ...). Bunke và xilô: chứa các vật liệu hạt (than, cát, ximăng, ...).

Đường ống dẫn chất lỏng, chất khí (đường kính trên 0,6m). Đường ống dẫn chất lỏng, chất khí (đường kính trên 0,6m).

3. 3.

Lò cao, lò hơi, lò hút bụi, ống khói. Lò cao, lò hơi, lò hút bụi, ống khói. Phạm vi ứng dụng Phạm vi ứng dụng Được sử dụng phổ biến trong công nghiệp hóa dầu, luyện kim… Được sử dụng phổ biến trong công nghiệp hóa dầu, luyện kim…

Hình 1: Bể chứa chất lỏng

Hình 2: Bể chứa khí

Hình 3: Bể chứa khí

Hình 4: Si lô

Hình 5: Đường ống dẫn dầu

Hình 6: Đường ống dẫn khí

Hình 7: Lò cao trong nhà máy luyện kim (Tổ hợp luyện kim Cherepôvets CHLB Nga - Xây năm 1986 - Dung tích lò luyện 5580 m3 hiện là lớn nhất thế giới)

Hình 8: Nhà máy luyện thép ở Bô ca rô (Ấn Độ)

II. ĐẶC ĐIỂM LÀM VIỆC VÀ CẤU TẠO CỦA KẾT CẤU THÉP BẢN II. ĐẶC ĐIỂM LÀM VIỆC VÀ CẤU TẠO CỦA KẾT CẤU THÉP BẢN

1. Đặc điểm làm việc của kết cấu thép bản 1. Đặc điểm làm việc của kết cấu thép bản

♦ Chôn ngầm hoặc trên mặt đất hoặc nửa chìm. ♦ Chôn ngầm hoặc trên mặt đất hoặc nửa chìm.

♦ Có áp lực bên trong hoặc áp lực chân không. ♦ Có áp lực bên trong hoặc áp lực chân không.

♦ Tác động của nhiệt độ thay đổi. ♦ Tác động của nhiệt độ thay đổi.

♦ Chịu ăn mòn của môi trường trong hoặc ngoài. ♦ Chịu ăn mòn của môi trường trong hoặc ngoài.

♦ Chịu tải trọng tĩnh hoặc động. ♦ Chịu tải trọng tĩnh hoặc động.

- -

Thường phải kín, có tính chống thấm cao (dùng liên kết hàn). Thường phải kín, có tính chống thấm cao (dùng liên kết hàn).

- -

Thường xuyên làm việc ở trạng thái ứng suất gần tối đa (gần với cường Thường xuyên làm việc ở trạng thái ứng suất gần tối đa (gần với cường độ tính toán của đường hàn liên kết), chỗ nối giữa thân và đáy nảy sinh độ tính toán của đường hàn liên kết), chỗ nối giữa thân và đáy nảy sinh ứng suất cục bộ lớn, chịu tác động của nhiệt độ cao và thấp…nên giảm ứng suất cục bộ lớn, chịu tác động của nhiệt độ cao và thấp…nên giảm hệ số điều kiện làm việc xuống 0,8. hệ số điều kiện làm việc xuống 0,8.

- - Điều kiện làm việc khác nhau: Điều kiện làm việc khác nhau:

2. Đặc điểm cấu tạo của kết cấu thép bản 2. Đặc điểm cấu tạo của kết cấu thép bản - -

- -

Vật liệu sử dụng: Vật liệu sử dụng: ♦ Khi t < 4mm, dùng thép cán nguội dạng cuộn. ♦ Khi t < 4mm, dùng thép cán nguội dạng cuộn. ♦ Khi t = 4 ~ 10mm, dùng thép cuộn cán nóng. ♦ Khi t = 4 ~ 10mm, dùng thép cuộn cán nóng. Với ống dẫn nước chính, bể chứa chuyên dụng, vỏ lò luyện kim, vỏ lò đốt Với ống dẫn nước chính, bể chứa chuyên dụng, vỏ lò luyện kim, vỏ lò đốt nóng khí có quy định dùng thép riêng. nóng khí có quy định dùng thép riêng. Bể chứa các chất lỏng ăn mòn được làm bằng hợp kim nhôm hoặc mặt Bể chứa các chất lỏng ăn mòn được làm bằng hợp kim nhôm hoặc mặt ngoài bằng thép thường, mặt trong phủ kim loại không gỉ. ngoài bằng thép thường, mặt trong phủ kim loại không gỉ.

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP BẢN CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP BẢN THEO LÝ THUYẾT PHI MÔMEN THEO LÝ THUYẾT PHI MÔMEN

I. KHÁI NIỆM CHUNG I. KHÁI NIỆM CHUNG

II. TÍNH TOÁN THEO LÝ THUYẾT PHI MÔMEN II. TÍNH TOÁN THEO LÝ THUYẾT PHI MÔMEN

- -

Vỏ là vật thể giới hạn bởi 2 mặt với khoảng cách giữa chúng (bề Vỏ là vật thể giới hạn bởi 2 mặt với khoảng cách giữa chúng (bề

dày của vỏ) rất nhỏ so với các kích thước khác. dày của vỏ) rất nhỏ so với các kích thước khác.

- -

Thông thường các vỏ có bề dày không đổi nên các thông số hình Thông thường các vỏ có bề dày không đổi nên các thông số hình

học của vỏ lấy theo mặt trung bình. học của vỏ lấy theo mặt trung bình.

- -

I. KHÁI NIỆM CHUNG I. KHÁI NIỆM CHUNG

Vỏ mỏng là những vỏ có t / r < 1/30. Vỏ mỏng là những vỏ có t / r < 1/30.

- Kết cấu bản thường là vỏ mỏng tròn xoay. Vỏ tròn xoay có 1 - Kết cấu bản thường là vỏ mỏng tròn xoay. Vỏ tròn xoay có 1

trục đối xứng (riêng vỏ cầu có 2 trục đối xứng) và 2 bán kính cong trục đối xứng (riêng vỏ cầu có 2 trục đối xứng) và 2 bán kính cong

R1 và R2 (R1 - bán kính kinh tuyến, tạo nên đường sinh cong của R1 và R2 (R1 - bán kính kinh tuyến, tạo nên đường sinh cong của

vỏ; R2 - bán kính tròn, có tâm nằm trên trục). vỏ; R2 - bán kính tròn, có tâm nằm trên trục).

Hình 9: Sơ đồ tính vỏ tròn xoay a) Dạng chung; b) Nội lực ở mặt trung bình; c) Trạng thái ứng suất mô men; d) Trạng thái cân bằng của phân tố vỏ; e) Hiệu ứng biên

- -

Theo trạng thái ứng suất của vỏ mà chia làm 2 cách tính chính: Theo trạng thái ứng suất của vỏ mà chia làm 2 cách tính chính: ♦ Tính theo lý thuyết mô men : sự cân bằng của vỏ xác định theo các lực ♦ Tính theo lý thuyết mô men : sự cân bằng của vỏ xác định theo các lực pháp tuyến (N1, N2), lực trượt (S1, S2) và các mômen uốn (M1, M2), mômen pháp tuyến (N1, N2), lực trượt (S1, S2) và các mômen uốn (M1, M2), mômen xoắn (M12, M21), lực cắt (Q1, Q2). xoắn (M12, M21), lực cắt (Q1, Q2). ♦ Tính theo lý thuyết phi mô men: sự cân bằng của vỏ chỉ xác định theo ♦ Tính theo lý thuyết phi mô men: sự cân bằng của vỏ chỉ xác định theo các lực pháp tuyến (N1, N2) và lực trượt (S1, S2). các lực pháp tuyến (N1, N2) và lực trượt (S1, S2). Tính theo lý thuyết phi mô men chỉ dùng cho loại vỏ mỏng (t / R < 1/30) Tính theo lý thuyết phi mô men chỉ dùng cho loại vỏ mỏng (t / R < 1/30) và ở những chỗ xa vùng có hiệu ứng biên ( nối vỏ, vỏ thay đổi chiều và ở những chỗ xa vùng có hiệu ứng biên ( nối vỏ, vỏ thay đổi chiều dày...).Kết cấu thép bản luôn thỏa mãn điều kiện này. dày...).Kết cấu thép bản luôn thỏa mãn điều kiện này. Vì vậy tính toán kết cấu thép bản theo lý thuyết phi mômen và kiểm tra Vì vậy tính toán kết cấu thép bản theo lý thuyết phi mômen và kiểm tra thêm theo trạng thái hiệu ứng biên ở những nơi cần thiết. thêm theo trạng thái hiệu ứng biên ở những nơi cần thiết.

II. LÝ THUYẾT PHI MÔ MEN II. LÝ THUYẾT PHI MÔ MEN

Tách 1 phân tố (dS1, dS2) bằng 4 mặt phẳng. Gọi: Tách 1 phân tố (dS1, dS2) bằng 4 mặt phẳng. Gọi:

N1 - lực dọc kinh tuyến; N1 - lực dọc kinh tuyến; N2 - lực vòng; N2 - lực vòng; p - áp lực phân bố đều trong vỏ. p - áp lực phân bố đều trong vỏ.

N = σ .dS .t 1 2 N = σ .dS .t 2

Ta có: Ta có: (1) (1)

pdS dS = 2N sin pdS dS = 2N sin

+ 2N sin + 2N sin

1 1

2 2

1 1

2 2

d d   2 2

dα dα 2 2

Phương trình cân bằng hình chiếu lên mặt phẳng pháp tuyến: Phương trình cân bằng hình chiếu lên mặt phẳng pháp tuyến:

sin

; sin



Do (dj Do (dj

d  2

d  2

/2;da /2;da d  2 /2) nhỏ, nên: /2) nhỏ, nên: d  2

d = 

; dα =

dS 1 r 1

dS 2 r 2

Mặt khác: Mặt khác:

+ 2N

pdS dS = 2N 2 1

dS 2 2r 2

 

p =

dS 1 2r 1 N 2 r dS 2 1

N 1 r dS 1 2

(2) (2)  

Thay giá trị của N1, N2 từ (1) vào (2) thu được phương trình cân bằng Thay giá trị của N1, N2 từ (1) vào (2) thu được phương trình cân bằng

2 2

Laplaxơ: Laplaxơ:

= =

+ +

p p t t

σ σ 1 1 r r 1 1

σ σ r r 2 2

(3) (3)

1σ

Để tìm ứng suất Để tìm ứng suất ta lập thêm pt nữa, cắt vỏ theo mặt phẳng ngang, viết ta lập thêm pt nữa, cắt vỏ theo mặt phẳng ngang, viết

pt cân bằng của các lực lên phương của trục đối xứng: r pt cân bằng của các lực lên phương của trục đối xứng: r

sin .2

= p

 



N 1 d S 2

(4) (4)



Vì Vì

N = σ .dS .t 1

r 2

r sin



và và

Nên thay vào pt cân bằng (4) ta có : Nên thay vào pt cân bằng (4) ta có :

σ = σ = 1 1

pr pr 2 2 2t 2t σ = σ 2

(5) (5)

r 2 r 1

  

  

(6) (6)

 Vỏ trụ:  Vỏ trụ:



σ = 2σ =

1r = 

p r t

(7) (7)

r   

r r 1 2

σ =σ = 1 2

r p t 2

(8) (8)  Vỏ cầu:  Vỏ cầu:

1r = 

 Vỏ nón:  Vỏ nón:

σ = 1

(9) (9) Ứng suất theo phương kinh tuyến: Ứng suất theo phương kinh tuyến:

σ = 2

pr i 2t.cosβ pr i t.cosβ

(10) (10) Ứng suất theo phương vòng: Ứng suất theo phương vòng:

Hình 10: Vỏ nón tròn xoay

CHƯƠNG III: CÁC LOẠI BỂ CHỨA CHẤT LỎNG CHƯƠNG III: CÁC LOẠI BỂ CHỨA CHẤT LỎNG

I. I. PHÂN LOẠI BỀ CHỨA CHẤT LỎNG PHÂN LOẠI BỀ CHỨA CHẤT LỎNG

II. BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG II. BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG

III. BỂ CHỨA TRỤ NGANG III. BỂ CHỨA TRỤ NGANG

I. I. PHÂN LOẠI BỂ CHỨA CHẤT LỎNG PHÂN LOẠI BỂ CHỨA CHẤT LỎNG

Bể dùng để chứa các chất lỏng như sản phẩm hoá dầu (xăng, dầu hỏa), Bể dùng để chứa các chất lỏng như sản phẩm hoá dầu (xăng, dầu hỏa),

nước, axít, cồn, ... nước, axít, cồn, ...

Phân loại: Phân loại:

 Theo hình dạng: bể chứa hình trụ (đứng, ngang), hình cầu, hình giọt nước.  Theo hình dạng: bể chứa hình trụ (đứng, ngang), hình cầu, hình giọt nước. Trong đó các bể chứa hình trụ là loại thông dụng nhất do dễ chế tạo và Trong đó các bể chứa hình trụ là loại thông dụng nhất do dễ chế tạo và dựng lắp, tương đối tiết kiệm vật liệu. dựng lắp, tương đối tiết kiệm vật liệu.

 Theo vị trí đặt: bể đặt trên cao, đặt trên mặt đất, bể ngầm, nửa ngầm, dưới  Theo vị trí đặt: bể đặt trên cao, đặt trên mặt đất, bể ngầm, nửa ngầm, dưới

đất hoặc dưới nước. đất hoặc dưới nước.

2 0,002 MPa (0,02 kG/cm )



 Theo thể tích: bể có thể tích không đổi và bể có thể tích thay đổi.  Theo thể tích: bể có thể tích không đổi và bể có thể tích thay đổi.

2 0,00025 MPa (0,0025 kG/cm )



Bể áp lực thấp: Bể áp lực thấp: và áp lực chân không khi xả và áp lực chân không khi xả

0,002 MPa



 Theo áp lực dư (do chất lỏng bay hơi):  Theo áp lực dư (do chất lỏng bay hơi): dp 0p hết chất lỏng hết chất lỏng

Bể áp lực cao: Bể áp lực cao:

 Theo cách chế tạo: bể có ứng suất trước, bể không gây ứng suất trước. Với  Theo cách chế tạo: bể có ứng suất trước, bể không gây ứng suất trước. Với những bể có dung tích lớn, thường gây ứng suất trước trong thành bể nhằm những bể có dung tích lớn, thường gây ứng suất trước trong thành bể nhằm giảm bề dày của thành bể từ đó tiết kiệm thép. giảm bề dày của thành bể từ đó tiết kiệm thép.

 Theo vật liệu làm bể: bể BTCT, bể thép, bể liên hợp (thành bể dùng hỗn  Theo vật liệu làm bể: bể BTCT, bể thép, bể liên hợp (thành bể dùng hỗn

hợp vật liệu BTCT và thép). hợp vật liệu BTCT và thép).

 Loại bể được lựa chọn căn cứ vào đặc điểm của chất lỏng chứa trong bể,  Loại bể được lựa chọn căn cứ vào đặc điểm của chất lỏng chứa trong bể, điều kiện sử dụng, điều kiện khí hậu ... điều kiện sử dụng, điều kiện khí hậu ...

Hình 11: Bể chứa hình trụ a) Trụ đứng b) Trụ ngang 1 – Đáy; 2 – Thân; 3 – Mái; 4 – Cột trung tâm; 5 – Cầu thang

Hình 12: Bể chứa hình cầu (a), hình giọt nước (b) 1 – Đáy; 2 – Thân; 3 – Cầu thang; 4 – Chỗ đặt thiết bị; 5 – Vành gối

Hình 13: Một góc kho B Nhà Bè

Hình 14: Tổng kho xăng dầu Miền Tây

Hình 15: Bể 2000 m3 ở kho xăng dầu Đức Giang – Gia Lâm, Hà Nội

Hình 16: Thi công bể chứa 15000 m3 năm 2005 (Kho xăng Đức Giang)

II. BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG II. BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG

1. Cấu tạo 1. Cấu tạo

Bể chứa trụ đứng thường dùng để chứa các sản phẩm dầu mỏ áp lực thấp. Bể chứa trụ đứng thường dùng để chứa các sản phẩm dầu mỏ áp lực thấp.

Dung tích bể 100  20000 m3 hoặc hơn nữa. Dung tích bể 100  20000 m3 hoặc hơn nữa. Ưu điểm: dễ chế tạo và dễ thi công. Ưu điểm: dễ chế tạo và dễ thi công. Các bộ phận chính: thân (thành), đáy, mái.Ngoài ra còn có ống nạp, xả chất Các bộ phận chính: thân (thành), đáy, mái.Ngoài ra còn có ống nạp, xả chất

lỏng, cầu thang lên mái, van an toàn… lỏng, cầu thang lên mái, van an toàn… a) Cấu tạo đáy bể a) Cấu tạo đáy bể

Đáy bể đặt trực tiếp trên nền cát đầm chặt có phủ lớp cách nước. Đáy bể đặt trực tiếp trên nền cát đầm chặt có phủ lớp cách nước. Đáy bể chịu áp lực chất lỏng chứa trong bể và phản lực đất nền. Đáy bể chịu áp lực chất lỏng chứa trong bể và phản lực đất nền. Bề dày đáy bể lấy theo cấu tạo của liên kết hàn và yêu cầu chống ăn mòn Bề dày đáy bể lấy theo cấu tạo của liên kết hàn và yêu cầu chống ăn mòn (do lực tác dụng vào đáy bể không đáng kể). Bề dày đáy bể khoảng 4 đến 6 mm. (do lực tác dụng vào đáy bể không đáng kể). Bề dày đáy bể khoảng 4 đến 6 mm. Đáy bể được cấu tạo từ các tấm thép ( kích thước lấy theo định hình sản Đáy bể được cấu tạo từ các tấm thép ( kích thước lấy theo định hình sản xuất). Để nối các tấm thép đáy bể, dùng đường hàn đối đầu để liên kết cạnh xuất). Để nối các tấm thép đáy bể, dùng đường hàn đối đầu để liên kết cạnh ngắn và dùng đường hàn góc để liên kết cạnh dài( các tấm chờm lên nhau 30- ngắn và dùng đường hàn góc để liên kết cạnh dài( các tấm chờm lên nhau 30- 60mm). Đường kính đáy bể lớn hơn đường kính thân bể khoảng 10 cm. 60mm). Đường kính đáy bể lớn hơn đường kính thân bể khoảng 10 cm.

Phần đáy bể được chia làm 2 khu : khu giữa và khu biên, thường chiều dày Phần đáy bể được chia làm 2 khu : khu giữa và khu biên, thường chiều dày của hai khu bằng nhau, khi V ≥ 2000 m3 chiều dày các tấm biên lớn hơn các tấm của hai khu bằng nhau, khi V ≥ 2000 m3 chiều dày các tấm biên lớn hơn các tấm giữa 1-2 mm. giữa 1-2 mm.

Kích thước tấm thép đáy bể có thể lấy như sau: Kích thước tấm thép đáy bể có thể lấy như sau:

 Bể dung tích V ≤ 1000 m3 (D < 15 m): 1400 x 4200 x 4  Bể dung tích V ≤ 1000 m3 (D < 15 m): 1400 x 4200 x 4  Bể dung tích V = 1000 - 2000 m3 (D = 18 – 25 m): 1500 x 6000 x 5;  Bể dung tích V = 1000 - 2000 m3 (D = 18 – 25 m): 1500 x 6000 x 5; 2000 x 8000 x 5 2000 x 8000 x 5

A-A

B-B

100

§¸y bÓ Líp chèng thÊm §Öm c¸t ®Çm chÆt

§Êt ®¾p

 Bể dung tích V ≥ 2000 m3 (D > 25 m): Tấm biên 1500 x 6000 x 6  Bể dung tích V ≥ 2000 m3 (D > 25 m): Tấm biên 1500 x 6000 x 6 Tấm giữa 1500 x 6000 x 4 Tấm giữa 1500 x 6000 x 4 2000 x 8000 x 6 2000 x 8000 x 6

Hình 17: Cấu tạo đáy bể

b) Cấu tạo thân bể (thành bể) b) Cấu tạo thân bể (thành bể)

Thân bể là bộ phận chịu lực chính, gồm nhiều đoạn khoang thép tấm hàn Thân bể là bộ phận chịu lực chính, gồm nhiều đoạn khoang thép tấm hàn lại. Chiều cao mỗi đoạn chính bằng chiều rộng của tấm thép định hình ( thường lại. Chiều cao mỗi đoạn chính bằng chiều rộng của tấm thép định hình ( thường dùng loại 1500 x 6000 mm ) . dùng loại 1500 x 6000 mm ) .

Đường hàn thẳng đứng nối các tấm thép trong cùng một đoạn thân dùng Đường hàn thẳng đứng nối các tấm thép trong cùng một đoạn thân dùng đường hàn đối đầu ( bố trí lệch nhau), liên kết giữa các đoạn thân bể ( đường đường hàn đối đầu ( bố trí lệch nhau), liên kết giữa các đoạn thân bể ( đường hàn vòng) dùng đường hàn đối đầu (khi chiều dày thép t ≥ 6mm) hoặc đường hàn vòng) dùng đường hàn đối đầu (khi chiều dày thép t ≥ 6mm) hoặc đường hàn góc (liên kết chồng). hàn góc (liên kết chồng).

Chiều dày tối thiểu của thân bể là 4 mm. Chiều dày tối thiểu của thân bể là 4 mm. Nối thân và đáy bể dùng đường hàn góc. Nối thân và đáy bể dùng đường hàn góc. Neo: bộ phận neo bể có tác dụng chống nhổ cho thân và đáy bể khi chịu tải Neo: bộ phận neo bể có tác dụng chống nhổ cho thân và đáy bể khi chịu tải trọng gió (nhất là khi chất lỏng trong bể còn ít). Khoảng cách các neo 2 đến 2,5 trọng gió (nhất là khi chất lỏng trong bể còn ít). Khoảng cách các neo 2 đến 2,5 m theo chu vi. Đối xứng với vị trí đặt thép neo đặt một vòng cứng bằng thép góc m theo chu vi. Đối xứng với vị trí đặt thép neo đặt một vòng cứng bằng thép góc để tăng độ cứng cho bể. để tăng độ cứng cho bể.

Bul«ng neo Bul«ng neo

Vµnh cøng Vµnh cøng

Hình 18: Cấu tạo thành bể

c) Cấu tạo mái bể

Hình 19: Các dạng mái bể Hình 19: Các dạng mái bể a) Mái nón; b) Mái treo; c) Mái cầu; d) Mái trụ cầu a) Mái nón; b) Mái treo; c) Mái cầu; d) Mái trụ cầu

Hình dạng mái bể phụ thuộc vào thể tích bể và phương của tải trọng tác

dụng lên mái bể (đặc điểm của chất lỏng trong bể).

Phân loại: mái nón, mái treo, mái cầu, mái trụ cầu. Phân loại: mái nón, mái treo, mái cầu, mái trụ cầu.

 Mái nón: thường dùng cho các bể có V ≤ 5000 m3 và tải trọng tác dụng từ  Mái nón: thường dùng cho các bể có V ≤ 5000 m3 và tải trọng tác dụng từ trên xuống. Mái được lắp ghép từ các tấm chế tạo sẵn; độ dốc mái i = 1/20; trên xuống. Mái được lắp ghép từ các tấm chế tạo sẵn; độ dốc mái i = 1/20; bề dày thép tấm 2,5 – 3 mm; một đầu tấm mái tựa trên cột trung tâm, đầu bề dày thép tấm 2,5 – 3 mm; một đầu tấm mái tựa trên cột trung tâm, đầu kia tựa lên thành bể; cột trung tâm làm từ thép ống hoặc thép góc; kia tựa lên thành bể; cột trung tâm làm từ thép ống hoặc thép góc;

 Mái treo: thường dùng cho các bể có V ≤ 5000 m3 và tải trọng tác dụng  Mái treo: thường dùng cho các bể có V ≤ 5000 m3 và tải trọng tác dụng từ trên xuống. Mái được cấu tạo từ các dải thép tấm, một đầu liên kết với từ trên xuống. Mái được cấu tạo từ các dải thép tấm, một đầu liên kết với mũ cột trung tâm, đầu kia tựa lên vành thân bể tiết diện hộp. Dưới tác dụng mũ cột trung tâm, đầu kia tựa lên vành thân bể tiết diện hộp. Dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng thì tấm mái chỉ chịu kéo nên nhẹ hơn mái nón;lực của tải trọng thẳng đứng thì tấm mái chỉ chịu kéo nên nhẹ hơn mái nón;lực kéo tăng dần vào trong nên các tấm biên có chiều dày t= 3mm nhỏ hơn tấm kéo tăng dần vào trong nên các tấm biên có chiều dày t= 3mm nhỏ hơn tấm giữa; giữa;

 Mái cầu, mái trụ cầu: dùng cho bể có thể tích lớn, mái chịu tải trọng tác  Mái cầu, mái trụ cầu: dùng cho bể có thể tích lớn, mái chịu tải trọng tác dụng từ dưới lên (bể có áp lực dư lớn). Mái cầu có dạng cupôn sườn vòng, dụng từ dưới lên (bể có áp lực dư lớn). Mái cầu có dạng cupôn sườn vòng, ghép từ các tấm định hình dày 2,5 – 4 mm. Một đầu tấm mái tựa lên vành ghép từ các tấm định hình dày 2,5 – 4 mm. Một đầu tấm mái tựa lên vành biên thân bể, đầu kia tựa lên vành trong. biên thân bể, đầu kia tựa lên vành trong.

Mái định hình bể trụ đứng a) Dạng chung bể trụ đứng b) cách chia tấm mái c)tấm mái định hình d) Cách lắp tấm mái khi thi công bể

Mái treo của bể có thể tích V=5000m3

Sơ đồ mái cầu lắp ghép từ các tấm định hình 1- Vành trung tâm; 2- tấm mái; 3- vành ngoài

2. Tính toán 2. Tính toán

a) Mái bể a) Mái bể  Mái bể được tính toán với 2 tổ hợp tải trọng:  Mái bể được tính toán với 2 tổ hợp tải trọng:

– –



1 m

Tổ hợp 1: gồm các tải trọng tác dụng từ trên xuống (trọng lượng mái bể, Tổ hợp 1: gồm các tải trọng tác dụng từ trên xuống (trọng lượng mái bể, các lớp cách nhiệt, chân không). Thường dùng tổ hợp 1 để tính toán mái bể. các lớp cách nhiệt, chân không). Thường dùng tổ hợp 1 để tính toán mái bể.







– –

 

= γ g + γ g + γ p cn Tổ hợp 2: gồm cả các tải trọng tác dụng từ dưới lên (trọng lượng mái bể, áp Tổ hợp 2: gồm cả các tải trọng tác dụng từ dưới lên (trọng lượng mái bể, áp lực dư, gió hút). Thường dùng để kiểm tra phần tính toán ở trên. lực dư, gió hút). Thường dùng để kiểm tra phần tính toán ở trên. p d

 nCw 2 ow c

  Mái nón có cột trung tâm: Tấm mái tính toán như các ô sàn, các dầm hướng  Mái nón có cột trung tâm: Tấm mái tính toán như các ô sàn, các dầm hướng tâm ( sườn chịu lực của các tấm) được tính như các dầm đơn giản kê lên thành tâm ( sườn chịu lực của các tấm) được tính như các dầm đơn giản kê lên thành bể và cột trung tâm. Dầm ngang của các tấm cũng tính như dầm đơn giản kê lên bể và cột trung tâm. Dầm ngang của các tấm cũng tính như dầm đơn giản kê lên các dầm hướng tâm. các dầm hướng tâm.

Lực dọc lên cột trung tâm : A = 1/3.r2p Lực dọc lên cột trung tâm : A = 1/3.r2p (2/3 tải trọng mái tác dụng lên thân bể) (2/3 tải trọng mái tác dụng lên thân bể)

 Mái nón không có cột trung tâm: Sườn hướng tâm của các tấm tính như dầm gãy hai đầu tựa lên thành bể, sơ đồ tính là hệ siêu tĩnh với một ẩn số là lực xô ngang H=X, chịu tải trọng phân bố dạng tam giác hay hình thang và các lực tập trung P, P1 , P2 do các trang thiết bị trên mái.

Hình 20: Tính mái nón không có cột trung tâm a) Sơ đồ tính; b) Hệ cơ bản

 Mái treo: ngoài hiệu ứng ở vùng chu vi thì khu trung tâm, mặt mái  Mái treo: ngoài hiệu ứng ở vùng chu vi thì khu trung tâm, mặt mái làm việc như vỏ mỏng phi mô men, phương trình mặt trung bình có làm việc như vỏ mỏng phi mô men, phương trình mặt trung bình có dạng: dạng:

y =

+ 2

3x r

  

 x h  3 2p r  Trong đó: r – bán kính mái, Trong đó: r – bán kính mái,

h – độ cao giữa mái; h – độ cao giữa mái; P – tải trọng đơn vị do Gm, Gcn và P0 gây ra. P – tải trọng đơn vị do Gm, Gcn và P0 gây ra. Lực kéo theo phương kinh tuyến ở biên dưới của mái: Lực kéo theo phương kinh tuyến ở biên dưới của mái:

N = 0

pr 3(h - rtg )

Trong đó  là góc tiếp tuyến với đường cong kinh tuyết ở điểm biên dưới với phương ngang (thường dùng  = 50).

(h - rtg ) 

N = x

pr 3x

Lực kéo theo phương kinh tuyến ở tọa độ x:

Lực dọc lên cột trung tâm : A = r2p

 Mái cầu lắp ghép: (cấu tạo từ các tấm có các sườn cứng hướng tâm và vành cứng ở bên ngoài ) được tính toán như cupôn sườn.

Hình 21: Sơ đồ tính mái treo, mái cầu a) Mái treo; b) Vòm hai khớp với thanh căng quy ước; b) c) Vòm để xác định diện tích thanh căng

A = t

2πA n

Diện tích thanh căng qui ước:

( biến dạng vành biên và thanh căng là bằng nhau theo phương đường kính )

dp dp

b) Thân bể

Thân bể là bộ phận chịu lực

1 1

x x

h h

2 2

chính, được tính toán theo phương

1 1

xp xp

pháp TTGH, dùng lý thuyết phi

D = 2r D = 2r

px px

xN xN

mômen.

Hình 22: Sơ đồ tính thành bể50

 Tính toán thân bể theo điều kiện bền  Tính toán thân bể theo điều kiện bền

Thân bể chịu kéo do áp lực thuỷ tĩnh (do chất lỏng chứa trong bể) và áp lực Thân bể chịu kéo do áp lực thuỷ tĩnh (do chất lỏng chứa trong bể) và áp lực

2 trong thân bể. 2 trong thân bể.

1 và ứng suất kéo vòng s 1 và ứng suất kéo vòng s Áp lực thuỷ tĩnh ở độ sâu kể từ mặt thoáng chất lỏng: Áp lực thuỷ tĩnh ở độ sâu kể từ mặt thoáng chất lỏng:

dư trong không gian hơi (theo nhiệm vụ thiết kế). Các áp lực này gây ra các ứng dư trong không gian hơi (theo nhiệm vụ thiết kế). Các áp lực này gây ra các ứng suất kéo theo phương kinh tuyến s suất kéo theo phương kinh tuyến s

(8) (8)

Với: r Với: r

2 - hệ số vượt tải của áp lực thuỷ tĩnh và áp lực dư, g 2 - hệ số vượt tải của áp lực thuỷ tĩnh và áp lực dư, g

1 = 1,1; g 1 = 1,1; g

2 = 1,2; 2 = 1,2;

p = ρ .γ .x + p .γ 1 x 1- trọng lượng riêng của chất lỏng chứa trong bể, kG/cm3; 1- trọng lượng riêng của chất lỏng chứa trong bể, kG/cm3; h - chiều cao tối đa của chất lỏng, cm; h - chiều cao tối đa của chất lỏng, cm; 1, g 1, g pd - áp lực dư trong không gian hơi ( p0 ), lấy theo nhiệm vụ thiết kế. pd - áp lực dư trong không gian hơi ( p0 ), lấy theo nhiệm vụ thiết kế. Công thức kiểm tra bền thành bể: Công thức kiểm tra bền thành bể:

g g



σ = 2

γ f c wt

pr t

(9) (9)

4 mm

t =



(10) (10)

Từ (9) xác định được bề dày thành bể: Từ (9) xác định được bề dày thành bể: p r x γ f c wt

2 - ứng suất kéo theo phương vòng; 2 - ứng suất kéo theo phương vòng;

Với: s Với: s

g g

 Chú ý: Cần tính chiều dày cho từng đoạn thân. Khoảng cách x lấy từ mặt  Chú ý: Cần tính chiều dày cho từng đoạn thân. Khoảng cách x lấy từ mặt thoáng chất lỏng đến điểm cách đường hàn vòng mép dưới của đoạn thân là thoáng chất lỏng đến điểm cách đường hàn vòng mép dưới của đoạn thân là 30 cm (vì ở gần đường hàn vòng thì ứng suất kéo vòng giảm do ảnh hưởng 30 cm (vì ở gần đường hàn vòng thì ứng suất kéo vòng giảm do ảnh hưởng của hiệu ứng biên). của hiệu ứng biên).

fwt - cường độ tính toán chịu kéo của đường hàn đối đầu; fwt - cường độ tính toán chịu kéo của đường hàn đối đầu; c = 0,8 - hệ số điều kiện làm việc; c = 0,8 - hệ số điều kiện làm việc; r = R2 - bán kính thân bể. r = R2 - bán kính thân bể.

 Tính toán chỗ nối thân với đáy bể ( tính theo hiệu ứng biên)  Tính toán chỗ nối thân với đáy bể ( tính theo hiệu ứng biên)

Tại chỗ nối, biến dạng theo phương đường kính của thân bị đáy cản trở nên Tại chỗ nối, biến dạng theo phương đường kính của thân bị đáy cản trở nên

phát sinh mômen uốn và lực cắt cục bộ. (việc tính toán chính xác rất phức tạp). phát sinh mômen uốn và lực cắt cục bộ. (việc tính toán chính xác rất phức tạp).

Để tìm các lực cục bộ trên có thể dùng phương pháp lực với sơ đồ tính và Để tìm các lực cục bộ trên có thể dùng phương pháp lực với sơ đồ tính và

hệ cơ bản gồm 2 ẩn số X1, X2 như trên hình. hệ cơ bản gồm 2 ẩn số X1, X2 như trên hình.

Khi tính giả thiết giải phẳng bề rộng 1 đơn vị tách ra từ thân và đáy bể làm Khi tính giả thiết giải phẳng bề rộng 1 đơn vị tách ra từ thân và đáy bể làm

việc như dầm trên nền đàn hồi với các hệ số nền tương ứng của thân và đáy việc như dầm trên nền đàn hồi với các hệ số nền tương ứng của thân và đáy

Phương trình chính tắc có dạng : Phương trình chính tắc có dạng :

Mắt nối thân với đáy bể Mắt nối thân với đáy bể b) hệ cơ bản a) Sơ đồ tính b) hệ cơ bản a) Sơ đồ tính

Sơ đồ tính đường hàn liên kết đáy và thân

0 , 6

r t



 Mô men uốn cục bộ X1 = 0 tại  Mô men uốn cục bộ X1 = 0 tại

Trong giới hạn khoảng này, biến dạng vòng bị hạn chế nên ứng suất kéo Trong giới hạn khoảng này, biến dạng vòng bị hạn chế nên ứng suất kéo vòng nhỏ so với vùng bên cạnh, vòng nhỏ so với vùng bên cạnh,

trong tính toán không cần kể đến trong tính toán không cần kể đến

lực vòng do hiệu ứng biên. lực vòng do hiệu ứng biên.

Kiểm tra bể chỉ tính đến mô men cục bộ X1. Kiểm tra bể chỉ tính đến mô men cục bộ X1.

M = αPrt

(12) (12)  Việc tính toán chính xác X1, X2 rất phức tạp nên mômen uốn cục bộ lớn  Việc tính toán chính xác X1, X2 rất phức tạp nên mômen uốn cục bộ lớn nhất do hiệu ứng biên, tính cho dải rộng 1 cm, xác định theo công thức gần nhất do hiệu ứng biên, tính cho dải rộng 1 cm, xác định theo công thức gần đúng: đúng:

Với: a = 0,1 - khi coi liên kết giữa thân và đáy là ngàm đàn hồi, Với: a = 0,1 - khi coi liên kết giữa thân và đáy là ngàm đàn hồi, a = 0,3 - khi coi liên kết giữa thân và đáy là ngàm cứng; a = 0,3 - khi coi liên kết giữa thân và đáy là ngàm cứng; P - áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên thành bể ở độ sâu đáy bể, P - áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên thành bể ở độ sâu đáy bể,

P = γ ρ h + p γ 1 1 d 2

(13) (13)

Ứng suất lớn nhất theo phương đường sinh ở phía dưới thân bể kể tới Ứng suất lớn nhất theo phương đường sinh ở phía dưới thân bể kể tới



σ = 1

γ f c

hiệu ứng biên: hiệu ứng biên:

g t

6M 2 t

(14) (14)

Với: g - trọng lượng bể trên 1 đơn vị dài theo phương vòng; Với: g - trọng lượng bể trên 1 đơn vị dài theo phương vòng;

c = 1,6 - hệ số điều kiện làm việc (cho phép có biến dạng dẻo). c = 1,6 - hệ số điều kiện làm việc (cho phép có biến dạng dẻo). Đường hàn liên kết giữa thân và đáy bể được kiểm tra theo công thức: Đường hàn liên kết giữa thân và đáy bể được kiểm tra theo công thức:

g g

 

 

 

γ ( γ ( c c

f ) f ) w min w min

M M W W w w

g g A A w w

(15) (15)

Với: Ww - mômen chống uốn của 1 cm dài của 2 đường hàn góc liên kết; Với: Ww - mômen chống uốn của 1 cm dài của 2 đường hàn góc liên kết; g - áp lực thẳng đứng do trọng lượng mái+thân bể -áp lực dư trên 1cm cvi. g - áp lực thẳng đứng do trọng lượng mái+thân bể -áp lực dư trên 1cm cvi.

 Tính toán thân bể theo điều kiện ổn định  Tính toán thân bể theo điều kiện ổn định

1 hoặc ứng suất nén theo phương vòng s 1 hoặc ứng suất nén theo phương vòng s

Thân bể có thể bị mất ổn định do tác dụng của ứng suất nén theo phương Thân bể có thể bị mất ổn định do tác dụng của ứng suất nén theo phương 2 hoặc do tác dụng đồng 2 hoặc do tác dụng đồng

đường sinh s đường sinh s thời của chúng. thời của chúng.

1: 1:

 Ổn định của thân bể do ứng suất nén đều theo phương đường sinh s  Ổn định của thân bể do ứng suất nén đều theo phương đường sinh s



σ = G + G + (P - P )n cn

cr1

Công thức kiểm tra: Công thức kiểm tra:

 

 

r 2t

G t

(16) (16)

γ σ c c = 1,1 - hệ số điều kiện làm việc khi xét ổn định; c = 1,1 - hệ số điều kiện làm việc khi xét ổn định; nc = 0,9 - hệ số tổ hợp tải trọng; nc = 0,9 - hệ số tổ hợp tải trọng;

Với: g Với: g

cr1 - ứng suất nén tới hạn theo phương đường sinh, lấy giá trị nhỏ hơn cr1 - ứng suất nén tới hạn theo phương đường sinh, lấy giá trị nhỏ hơn

s s

ψ = 0,97 - 0,00025 + 0,95 ψ = 0,97 - 0,00025 + 0,95

     

r r f f     E t E t  

trong 2 giá trị f và CEt/r; trong 2 giá trị f và CEt/r;

C - hệ số tra bảng theo tỷ số r/t, lấy theo bảng 4.1. C - hệ số tra bảng theo tỷ số r/t, lấy theo bảng 4.1. Bảng 4.1: Giá trị hệ số C Bảng 4.1: Giá trị hệ số C

r/t 100 200 300 400 600 800 1000 1500 2500

C 0,22 0,18 0,16 0,14 0,11 0,09 0,08 0,07 0,06

tc G = g γ m m

Ứng suất nén theo phương đường sinh gây ra bởi các tải trọng sau: Ứng suất nén theo phương đường sinh gây ra bởi các tải trọng sau: Trọng lượng của mái và các thiết bị trên mái: Trọng lượng của mái và các thiết bị trên mái: – –

m = 1,1- hệ số vượt tải; m = 1,1- hệ số vượt tải; mg

trong đó: g trong đó: g

- trọng lượng của mái và các thiết bị trên mái, có thể lấy ở phần - trọng lượng của mái và các thiết bị trên mái, có thể lấy ở phần tính mái bể hoặc lấy theo kinh nghiệm phụ thuộc vào thể tích bể (theo bảng 4.2): tính mái bể hoặc lấy theo kinh nghiệm phụ thuộc vào thể tích bể (theo bảng 4.2):

tc tc Bảng 4.2: Trọng lượng mái gm Bảng 4.2: Trọng lượng mái gm

tc (kN/m2)

V (x1000 m3) V (x1000 m3) 1 1 5 5 10 10 20 20 30 30 50 50

0,3 0,35 0,45 0,55 0,60 0,65 gm

– –

tc cn cn

Trọng lượng lớp cách nhiệt trên mái: Trọng lượng lớp cách nhiệt trên mái: G = g γ

trong đó: g trong đó: g

cn = 1,2 - hệ số vượt tải; cn = 1,2 - hệ số vượt tải; cng

- trọng lượng lớp cách nhiệt. - trọng lượng lớp cách nhiệt.

Áp lực chân không: Áp lực chân không:

tc P = p γ 0 0 0 = 1,2 - hệ số vượt tải; 0 = 1,2 - hệ số vượt tải; p0 = 0,00025 Mpa - áp lực chân không tiêu chuẩn. p0 = 0,00025 Mpa - áp lực chân không tiêu chuẩn.

– – trong đó: g trong đó: g

P = W c γ g 0 2 w

Gió hút: Gió hút:

– – trong đó: w0 - áp lực gió tiêu chuẩn, lấy theo TCVN 2737 -1995; trong đó: w0 - áp lực gió tiêu chuẩn, lấy theo TCVN 2737 -1995;

w = 1,2 - hệ số vượt tải; w = 1,2 - hệ số vượt tải; c2 = 0,8 - hệ số khí động. c2 = 0,8 - hệ số khí động. Trọng lượng thân bể và lớp cách nhiệt quanh thân, nằm trên mức khảo sát: Trọng lượng thân bể và lớp cách nhiệt quanh thân, nằm trên mức khảo sát:

g g

– –

G = ρ it h γ + g ih γ i 1 i t - trọng lượng riêng của thép; t - trọng lượng riêng của thép; i - số đoạn thân bể nằm trên mức khảo sát; i - số đoạn thân bể nằm trên mức khảo sát; hi, ti - chiều cao và bề dày của mỗi đoạn thân nằm trên mức khảo sát. hi, ti - chiều cao và bề dày của mỗi đoạn thân nằm trên mức khảo sát. Nếu (16) không thoả mãn phải tăng bề dày thành bể. Nếu (16) không thoả mãn phải tăng bề dày thành bể.

trong đó: r trong đó: r

 Ổn định của thân bể do ứng suất nén đều theo phương vòng s  Ổn định của thân bể do ứng suất nén đều theo phương vòng s

2: 2:



σ = (P + P )n g0

γ σ c

cr2

Công thức kiểm tra: Công thức kiểm tra:

r t

(17) (17)

3/2

với: s với: s

; ; ; ;

cr2 - ứng suất nén tới hạn theo phương vòng, xác định như sau: cr2 - ứng suất nén tới hạn theo phương vòng, xác định như sau: Nếu 0,5 ≤ l/r ≤ 10: Nếu 0,5 ≤ l/r ≤ 10: cr2σ = 0,55E(r/l)(t/r) Nếu l/r ≥ 20 : Nếu l/r ≥ 20 : cr2σ = 0,17E(t/r) cr2 = nội suy. cr2 = nội suy. Nếu 10 < l/r < 20 : Nếu 10 < l/r < 20 :

s s

l - chiều dài vỏ trụ khảo sát (chiều cao thân bể hoặc khoảng cách giữa các l - chiều dài vỏ trụ khảo sát (chiều cao thân bể hoặc khoảng cách giữa các sườn vòng - vành cứng). sườn vòng - vành cứng).

Ứng suất nén theo phương vòng gây ra bởi các tải trọng sau: Ứng suất nén theo phương vòng gây ra bởi các tải trọng sau:

P = 0,5W kγ g0

 Tải trọng gió quy đổi thành áp lực chân không quy ước:  Tải trọng gió quy đổi thành áp lực chân không quy ước:

tc P = p γ 0 0

với: k - hệ số kể tới sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao. với: k - hệ số kể tới sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao.  Tải trọng chân không, tính theo công thức:  Tải trọng chân không, tính theo công thức:

1 và s 1 và s

2 : 2 :

2 2

 Ổn định của thành bể chịu tác dụng đồng thời của s  Ổn định của thành bể chịu tác dụng đồng thời của s

1 1

 

(18) (18)

σ σ 1 1 σ σ

cr1 cr1

cr2 cr2

Công thức kiểm tra: Công thức kiểm tra: σ σ + + σ σ

cr2). cr2).

Nếu (16), (17) hoặc (18) không thoả mãn phải tăng bề dày thành bể hoặc gia Nếu (16), (17) hoặc (18) không thoả mãn phải tăng bề dày thành bể hoặc gia cường cho thành bể bằng các vành cứng trung gian là các thép góc (từ 1 đến 3 cường cho thành bể bằng các vành cứng trung gian là các thép góc (từ 1 đến 3 vành) nhằm giảm l (tăng s vành) nhằm giảm l (tăng s

III. KÍCH THƯỚC TỐI ƯU CỦA BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG III. KÍCH THƯỚC TỐI ƯU CỦA BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG

1. Trường hợp thân bể có bề dày không đổi 1. Trường hợp thân bể có bề dày không đổi

V = πDht +

thep

πD 4

Thể tích thép của bể: Thể tích thép của bể:

(19) (19)

với: t - bề dày của thân bể; với: t - bề dày của thân bể;

D D - tổng bề dày quy đổi của đáy và mái bể, có thể lấy theo bảng sau (tuỳ - tổng bề dày quy đổi của đáy và mái bể, có thể lấy theo bảng sau (tuỳ

thuộc vào thể tích bể). thuộc vào thể tích bể).

V (m3) 2000 4000 8000 12000 16000 20000

9 12 14 16 17 18  (mm)

V =



2πD 4

4V πh

(20) (20)

V = 2t πVh +

thep

(21) (21)

Thể tích của bể: Thể tích của bể: D = Thay trị số của D vào (19) ta có: Thay trị số của D vào (19) ta có: VΔ h

thep

= t

= 0

πV VΔ - 2 h

Lấy đạo hàm của (21) theo h và cho bằng không (tìm cực tiểu) thu được: Lấy đạo hàm của (21) theo h và cho bằng không (tìm cực tiểu) thu được: (22) (22)

Từ (22) xác định được chiều cao tối ưu về chi phí vật liệu của bể: Từ (22) xác định được chiều cao tối ưu về chi phí vật liệu của bể:

h = kt

V Δ   t π 

  

(23) (23)

Thay trị số của hkt xác định theo (23) vào (20) thu được đường kính tối ưu Thay trị số của hkt xác định theo (23) vào (20) thu được đường kính tối ưu

V t

của bể: của bể:

D = 2. kt

π Δ

(24) (24)



2πD 4 πDht =

mái

G + G = 1/2G dáy

thân

Thay Thay

V = 1 2

(25) (25) vào (22) thu được: vào (22) thu được: πD 4

(Tức là trọng lượng bể chứa trụ đứng có bề dày thân không đổi là tối thiểu (Tức là trọng lượng bể chứa trụ đứng có bề dày thân không đổi là tối thiểu nếu thoả mãn điều kiện trọng lượng của mái và đáy bằng nửa trọng lượng thân nếu thoả mãn điều kiện trọng lượng của mái và đáy bằng nửa trọng lượng thân bể). Theo điều kiện kinh tế, bể có bề dày không đổi (t=4-5mm) chỉ dùng khi bể). Theo điều kiện kinh tế, bể có bề dày không đổi (t=4-5mm) chỉ dùng khi

V< 1000m3 V< 1000m3

2. Trường hợp thân bể có bề dày thay đổi 2. Trường hợp thân bể có bề dày thay đổi

V =

2πD 4

t =

Cách chứng minh tương tự trên. Trong công thức (23) thay Cách chứng minh tương tự trên. Trong công thức (23) thay

γ ρ hr 1 1 γ f c wt

h = kt

và và , thu được chiều cao tối ưu về chi phí vật liệu của bể: , thu được chiều cao tối ưu về chi phí vật liệu của bể:

γ f Δ c wt γ ρ 1 1

(26) (26)

với: r với: r

1 - trọng lượng riêng của chất lỏng chứa trong bể; 1 - trọng lượng riêng của chất lỏng chứa trong bể; 1 - hệ số vượt tải tương ứng. 1 - hệ số vượt tải tương ứng.

g g

Trong thực tế, do điều kiện chế tạo và thi công chiều cao của bể chọn như

sau: o Nếu hkt ≤ 14 m  chọn h = 12 m o Nếu hkt > 14 m  chọn h = hkt ≤ 18 m o Nếu V < 1000 m3  chọn h/D = 0,25 ~ 1,0 o Nếu V > 1000 m3  chọn h/D = 0,2 ~ 0,5

Khi chọn h cần lưu ý đến quy cách bề rộng của thép tấm (thường chọn h là

bội số của 1400, 1500, 2000 mm).

IV. TÍNH TOÁN BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG ỨNG SUẤT TRƯỚC IV. TÍNH TOÁN BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG ỨNG SUẤT TRƯỚC

Với những bể chứa có dung tích lớn thường dùng giải pháp gây ứng suất Với những bể chứa có dung tích lớn thường dùng giải pháp gây ứng suất trước bằng cách quấn quanh thành bể các vòng dây thép cường độ cao gây ra trước bằng cách quấn quanh thành bể các vòng dây thép cường độ cao gây ra ứng suất nén trong vỏ trụ thành bể còn bản thân dây chịu kéo. Khi thành bể chịu ứng suất nén trong vỏ trụ thành bể còn bản thân dây chịu kéo. Khi thành bể chịu áp lực từ bên trong do các chất lỏng hoặc khí chứa trong bể gây ra thì thành bể áp lực từ bên trong do các chất lỏng hoặc khí chứa trong bể gây ra thì thành bể và các vòng dây thép sẽ làm việc đồng thời, nhờ đó khả năng chịu lực của vật và các vòng dây thép sẽ làm việc đồng thời, nhờ đó khả năng chịu lực của vật liệu thép được tận dụng triệt để. Ứng suất trước làm giảm chi phí vật liệu, giảm liệu thép được tận dụng triệt để. Ứng suất trước làm giảm chi phí vật liệu, giảm giá thành kết cấu, trong một số trường hợp còn giảm được công chế tạo (do bề giá thành kết cấu, trong một số trường hợp còn giảm được công chế tạo (do bề dày thành bể giảm sẽ giảm được chi phí gia công và hàn liên kết). Các vòng dây dày thành bể giảm sẽ giảm được chi phí gia công và hàn liên kết). Các vòng dây thép được quấn quanh thành bể bằng các máy cuộn chuyên dụng. Trong những thép được quấn quanh thành bể bằng các máy cuộn chuyên dụng. Trong những bể chứa trụ đứng có dung tích lớn trên 30000 m3, phần dưới của thân bể được bể chứa trụ đứng có dung tích lớn trên 30000 m3, phần dưới của thân bể được quấn dây gây ứng suất trước để giảm bề dày thành bể nên việc thi công bể bằng quấn dây gây ứng suất trước để giảm bề dày thành bể nên việc thi công bể bằng phương pháp cuộn được thực hiện dễ dàng hơn. phương pháp cuộn được thực hiện dễ dàng hơn.

vßng thÐp quÊn quanh th©n bÓ

A-A

, a) BÓ chóa trô ®øng

, b) BÓ chóa trô ngang

Hình 23: Bể chứa ứng suất trước

, H×nh 1. BÓ chóa øng suÊt truíc

p p

1t 1t

t 1 t 1

p p

2 2

t t

t1 t1

01 01

t1 t1

01 01

t1 t1

1 1

t1 1 t1 1

t 2 t 2

2 2

22t 22t

02 2t 02 2t

02t 2 02t 2

2r 2r

a) Kh«ng cã ¸p lùc bªn trong (p=0) a) Kh«ng cã ¸p lùc bªn trong (p=0)

b) Cã ¸p lùc bªn trong b) Cã ¸p lùc bªn trong

Hình 24: Sơ đồ tính

H×nh 2. S¬ ®å tÝnh to¸n H×nh 2. S¬ ®å tÝnh to¸n

Sự làm việc của vỏ trụ thành bể ứng suất trước tương tự trường hợp thanh Sự làm việc của vỏ trụ thành bể ứng suất trước tương tự trường hợp thanh

kéo có bố trí dây căng. Điểm khác biệt là trạng thái ứng suất trong vỏ trụ là trạng kéo có bố trí dây căng. Điểm khác biệt là trạng thái ứng suất trong vỏ trụ là trạng

thái ứng suất phẳng (có ứng suất tác dụng theo 2 phương) với thành phần chính thái ứng suất phẳng (có ứng suất tác dụng theo 2 phương) với thành phần chính

là ứng suất kéo vòng do áp lực thuỷ tĩnh hoặc áp lực hơi bên trong bể gây ra. là ứng suất kéo vòng do áp lực thuỷ tĩnh hoặc áp lực hơi bên trong bể gây ra.

Trong đó, ứng suất kéo vòng do vỏ trụ và sợi thép quấn quanh thành bể cùng Trong đó, ứng suất kéo vòng do vỏ trụ và sợi thép quấn quanh thành bể cùng

chịu, còn ứng suất tác dụng theo phương đường sinh do riêng vỏ chịu. Nội lực chịu, còn ứng suất tác dụng theo phương đường sinh do riêng vỏ chịu. Nội lực

trong vỏ xác định bằng cách xét phương trình cân bằng của tiết diện dải vỏ đơn trong vỏ xác định bằng cách xét phương trình cân bằng của tiết diện dải vỏ đơn

vị (hình vành khăn), với giả thiết coi biến dạng theo phương vòng của vỏ và của vị (hình vành khăn), với giả thiết coi biến dạng theo phương vòng của vỏ và của

vòng thép cuộn như nhau. Xét 2 trường hợp: vòng thép cuộn như nhau. Xét 2 trường hợp:

 

σ t + σ t = 0

02 2

01 1

Thành bể chỉ chịu ứng suất trước nhưng không chịu áp lực từ bên trong Thành bể chỉ chịu ứng suất trước nhưng không chịu áp lực từ bên trong (Hình 19a): (Hình 19a):

(28) (28)

pr = σ t + σ t 1 1 2 2

  Thành bể chịu ứng suất trước và áp lực từ bên trong (Hình 19b): Thành bể chịu ứng suất trước và áp lực từ bên trong (Hình 19b):

(29) (29)

Điều kiện cân bằng nội lực theo phương đường sinh trong thành bể (phần Điều kiện cân bằng nội lực theo phương đường sinh trong thành bể (phần

tiếp xúc với đáy bể) trong trường hợp bể chịu áp lực từ bên trong: tiếp xúc với đáy bể) trong trường hợp bể chịu áp lực từ bên trong:

σ = σ = z z

pr pr 2t 2t

1 1

(30) (30)

Với giả thiết biến dạng theo phương vòng của dải vỏ đơn vị và của vòng Với giả thiết biến dạng theo phương vòng của dải vỏ đơn vị và của vòng

thép cuộn là như nhau, ta có: thép cuộn là như nhau, ta có:

[(-σ + σ ) - μσ ] = 1

(σ - σ ) 02

1 E

1 E 1

(31) (31)

Trong các công thức trên: Trong các công thức trên:

01 - ứng suất nén theo phương vòng trong vỏ trụ thân bể do ứng suất trước gây 01 - ứng suất nén theo phương vòng trong vỏ trụ thân bể do ứng suất trước gây

s s

ra; ra;

02 - ứng suất kéo theo phương vòng trong vòng thép do quấn dây gây ứng suất 02 - ứng suất kéo theo phương vòng trong vòng thép do quấn dây gây ứng suất

s s

- mô đun đàn hồi của vật liệu thân bể và vòng thép cuộn; - mô đun đàn hồi của vật liệu thân bể và vòng thép cuộn; trước; trước; t1 - bề dày thân bể; t1 - bề dày thân bể; t2 = A/n - bề dày quy đổi của vòng thép cuộn; t2 = A/n - bề dày quy đổi của vòng thép cuộn; A - diện tích tiết diện ngang của vòng thép; A - diện tích tiết diện ngang của vòng thép; n - khoảng cách giữa các vòng; n - khoảng cách giữa các vòng; r - bán kính thân bể; r - bán kính thân bể; E1, E2 E1, E2

m m

2 - ứng suất kéo theo phương vòng trong vỏ trụ thân bể và trong vòng thép; 2 - ứng suất kéo theo phương vòng trong vỏ trụ thân bể và trong vòng thép;

s s

s s - hệ số poátxông; - hệ số poátxông; p - áp lực bên trong bể; p - áp lực bên trong bể; 1, s 1, s z - ứng suất nén theo phương đường sinh. z - ứng suất nén theo phương đường sinh.

Giải các phương trình (28)  (31) thu được công thức xác định ứng suất Giải các phương trình (28)  (31) thu được công thức xác định ứng suất

  

+ σ

σ = 1

μmt 2t t + mt 1

μ 2t

 mpr 1 -  

  

trong vỏ trụ thân bể và trong dây thép cuộn: trong vỏ trụ thân bể và trong dây thép cuộn:  pr 1 +   (32) (32)

- σ

σ = 2

t t

t + mt 1

(33) (33)

với: m = E2 / E1 với: m = E2 / E1

Trong các công thức (32) và (33), biểu thức trong ngoặc xét đến ảnh hưởng Trong các công thức (32) và (33), biểu thức trong ngoặc xét đến ảnh hưởng z. Kết quả nghiên cứu cho thấy s z. Kết quả nghiên cứu cho thấy s z ít ảnh hưởng đến bề dày của thành vỏ và z ít ảnh hưởng đến bề dày của thành vỏ và z = z =

+ σ

σ = 1

của s của s vòng thép cuộn (không quá 5%). Do đó để đơn giản hoá tính toán có thể coi s vòng thép cuộn (không quá 5%). Do đó để đơn giản hoá tính toán có thể coi s 0. Khi đó: 0. Khi đó:

pr t + mt 1

- σ

σ = 2

(34) (34)

t t

mpr t + mt 1

(35) (35) 70

Từ các công thức (34) và (35), với giả thiết ứng suất trong thành bể và Từ các công thức (34) và (35), với giả thiết ứng suất trong thành bể và

trong các vòng thép cuộn đạt đến cường độ tính toán của thép (f1 và f2 tương trong các vòng thép cuộn đạt đến cường độ tính toán của thép (f1 và f2 tương

t = 1

ứng), ta có công thức xác định bề dày của thành bể và dây cuộn: ứng), ta có công thức xác định bề dày của thành bể và dây cuộn:

k - m(σ /f + 1) 01 (σ /f + 1)(k - m)

pr f 1

t = 2

σ /f 01 1 (σ /f + 1)(k - m)

pr f 1

(36) (36)

(37) (37)

với: k = f2 / f1 với: k = f2 / f1

Sử dụng bể chứa trụ đứng hoặc trụ ngang dung tích lớn có gây ứng suất Sử dụng bể chứa trụ đứng hoặc trụ ngang dung tích lớn có gây ứng suất

trước bằng phương pháp quấn các vòng dây thép cường độ cao quanh thân bể trước bằng phương pháp quấn các vòng dây thép cường độ cao quanh thân bể

cho phép tiết kiệm chi phí vật liệu thép đến 50%. cho phép tiết kiệm chi phí vật liệu thép đến 50%.

CHƯƠNG III: BỂ CHỨA TRỤ NGANG CHƯƠNG III: BỂ CHỨA TRỤ NGANG

I. ĐẶC ĐIỂM CHUNG I. ĐẶC ĐIỂM CHUNG

II. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN THÂN BỂ II. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN THÂN BỂ

III. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN ĐÁY BỂ III. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN ĐÁY BỂ

IV. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN GỐI TỰA IV. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN GỐI TỰA

I. ĐẶC ĐIỂM CHUNG I. ĐẶC ĐIỂM CHUNG

Bể chứa trụ ngang thường dùng để chứa các sản phẩm dầu mỏ với áp lực Bể chứa trụ ngang thường dùng để chứa các sản phẩm dầu mỏ với áp lực dư pd ≤ 0,2 MPa hoặc hơi hoá lỏng với pd ≤ 1,8 MPa. Áp lực chân không khi bể dư pd ≤ 0,2 MPa hoặc hơi hoá lỏng với pd ≤ 1,8 MPa. Áp lực chân không khi bể rỗng p0 < 0,1 MPa. rỗng p0 < 0,1 MPa.

Kích thước bể thường gặp: V ≤ 100 m3 - với bể chứa sản phẩm dầu mỏ, Kích thước bể thường gặp: V ≤ 100 m3 - với bể chứa sản phẩm dầu mỏ,

V ≤ 300 m3 - với bể chứa hơi hoá lỏng; V ≤ 300 m3 - với bể chứa hơi hoá lỏng; l = (2 ~ 30) m; D = (1,4 ~ 4) m; l = (2 ~ 30) m; D = (1,4 ~ 4) m;

3 3

ktD = 0,8 V ktD = 0,8 V ktD = 0,6 V

Đường kính lợi nhất của bể chọn như sau: Đường kính lợi nhất của bể chọn như sau:

- khi pd ≤ 0,07 MPa, - khi pd ≤ 0,07 MPa, - khi pd > 0,07 MPa. - khi pd > 0,07 MPa.

Ưu điểm: Chịu được áp lực dư lớn hơn đáng kể so với bể trụ đứng; hình Ưu điểm: Chịu được áp lực dư lớn hơn đáng kể so với bể trụ đứng; hình dạng đơn giản, dễ chế tạo; vì kích thước bể không lớn nên có thể chế tạo cả bể dạng đơn giản, dễ chế tạo; vì kích thước bể không lớn nên có thể chế tạo cả bể tại nhà máy (giảm chi phí chế tạo). tại nhà máy (giảm chi phí chế tạo).

Nhược điểm: phải có gối tựa (làm tăng chi phí). Nhược điểm: phải có gối tựa (làm tăng chi phí). Cấu tạo: gồm 3 bộ phận là thân bể, đáy bể, gối tựa. Cấu tạo: gồm 3 bộ phận là thân bể, đáy bể, gối tựa.

II. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN THÂN BỂ II. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN THÂN BỂ

1. Cấu tạo 1. Cấu tạo

Thân bể được chế tạo bằng cách hàn đối đầu các khoang bể, bề rộng Thân bể được chế tạo bằng cách hàn đối đầu các khoang bể, bề rộng

khoang1,5 m đến 2 m (là bề rộng thép tấm). khoang1,5 m đến 2 m (là bề rộng thép tấm).

Bề dày thân lấy theo tính toán, thông thường t = 3 ~ 36 mm. Bề dày thân lấy theo tính toán, thông thường t = 3 ~ 36 mm. Để đảm bảo độ cứng của các khoang bể khi chế tạo, vận chuyển hoặc khi Để đảm bảo độ cứng của các khoang bể khi chế tạo, vận chuyển hoặc khi chịu áp lực chân không (bể rỗng) cần cấu tạo vành cứng bằng thép góc hàn vào chịu áp lực chân không (bể rỗng) cần cấu tạo vành cứng bằng thép góc hàn vào thân bể. thân bể.

Nếu r/ t > 200 - cần bố trí vành cứng tại từng khoang bể, Nếu r/ t > 200 - cần bố trí vành cứng tại từng khoang bể, Nếu r/ t ≤ 200 - chỉ cần bố trí vành cứng tại gối tựa. Nếu r/ t ≤ 200 - chỉ cần bố trí vành cứng tại gối tựa.

Hµn ®èi ®Çu Hµn ®èi ®Çu

Th©n bÓ Th©n bÓ

A A

B B

§¸y bÓ §¸y bÓ

t t

C C

a a

D D

Suên gèi Suên gèi

g g n n ø ø c c

Vµnh cøng Vµnh cøng

i i è è g g n n ê ê u u S S

h h n n µ µ V V

t t

A A

B B

Gèi Gèi

C-C C-C

A-A A-A

B-B B-B

l l

Hình 25: Bể chứa trụ ngang Hình 25: Bể chứa trụ ngang

q q

l1 l1

l0 l0 l l

_ _ Mg Mg

+ + nhM nhM

2. Tính toán 2. Tính toán

a. Xác định vị trí đặt gối tựa a. Xác định vị trí đặt gối tựa

Xác định từ điều kiện cân bằng mômen ở gối và ở nhịp do trọng lượng bản Xác định từ điều kiện cân bằng mômen ở gối và ở nhịp do trọng lượng bản

M = M





- g

+ nh

l = 0,586l o

2 ql 1 2

2 ql 0 8

2 ql 1 2

thân bể và chất lỏng chứa đầy trong bể: thân bể và chất lỏng chứa đầy trong bể:

2 2

với: q - trọng lượng bể và chất lỏng trong bể (tác dụng lên phần đáy của thân với: q - trọng lượng bể và chất lỏng trong bể (tác dụng lên phần đáy của thân

q = q =

+ γ ρ πr + γ ρ πr 1 1 1 1

γ G γ G 1 1 l l

bể), bể),

G - trọng lượng bể; G - trọng lượng bể; ρ1 - trọng lượng riêng của chất lỏng trong bể; ρ1 - trọng lượng riêng của chất lỏng trong bể; γ1 = 1,1- hệ số vượt tải; γ1 = 1,1- hệ số vượt tải; l = V / r2 - chiều dài tính toán của bể; l = V / r2 - chiều dài tính toán của bể; l0 - khoảng cách gối tựa; l0 - khoảng cách gối tựa; l1 - độ nhô của con son. l1 - độ nhô của con son.

b) Kiểm tra bền (khi bể chứa đầy chất lỏng) b) Kiểm tra bền (khi bể chứa đầy chất lỏng)

Kiểm tra ứng suất kéo theo phương đường sinh (thớ dưới thân bể), sơ đồ Kiểm tra ứng suất kéo theo phương đường sinh (thớ dưới thân bể), sơ đồ

fγ

' '' σ = σ + σ 1 1

tính như dầm đơn giản có mút thừa: tính như dầm đơn giản có mút thừa:

(38) (38)

' 1

+ với: với: σ = M / W nh be bể gây uốn, tính như dầm đơn giản, bể gây uốn, tính như dầm đơn giản,

+ +

- ứng suất kéo do trọng lượng bản thân bể và chất lỏng trong - ứng suất kéo do trọng lượng bản thân bể và chất lỏng trong

,, 1

- xác định như trên; - xác định như trên;















Wbe = r2t - mômen chống uốn của tiết diện thân bể; Wbe = r2t - mômen chống uốn của tiết diện thân bể; t - bề dày thân bể; t - bề dày thân bể; nhM nhM - ứng suất kéo do áp lực thuỷ tĩnh và áp lực dư tác dụng lên đáy bể gây ra, - ứng suất kéo do áp lực thuỷ tĩnh và áp lực dư tác dụng lên đáy bể gây ra,



,, 1

  11

r 2 t

r  2 rt 

γc = 0,8- hệ số điều kiện làm việc; f : cường độ tính toán của thép.

Kiểm tra ứng suất kéo vòng (khi bể chứa đầy chất lỏng) Kiểm tra ứng suất kéo vòng (khi bể chứa đầy chất lỏng)



fγ

σ = (γ ρ 2r + γ p ) 2 d

1 1

r t

(39) (39)

Kiểm tra ứng suất tương đương: Do vùng đáy của thân bể chịu ứng suất kéo Kiểm tra ứng suất tương đương: Do vùng đáy của thân bể chịu ứng suất kéo

theo phương đường sinh và phương vòng: theo phương đường sinh và phương vòng:

η fγ

2 σ + σ - σ σ 2 1 2

2 1

(40) (40)

1, s 1, s

2 - xác định theo (38) và (39); 2 - xác định theo (38) và (39);

trong đó: s trong đó: s

 = 0,9 - hệ số tăng độ an toàn, xét đến khả năng dễ cháy nổ của chất  = 0,9 - hệ số tăng độ an toàn, xét đến khả năng dễ cháy nổ của chất lỏng trong bể; lỏng trong bể; h = fwt / f - hệ số độ bền của liên kết hàn ở thân bể; h = fwt / f - hệ số độ bền của liên kết hàn ở thân bể; γc = 0,8- hệ số điều kiện làm việc; γc = 0,8- hệ số điều kiện làm việc;

1 và theo phương vòng s 1 và theo phương vòng s

c) Kiểm tra ổn định (khi bể rỗng) c) Kiểm tra ổn định (khi bể rỗng)

Thân bể chịu áp lực chân không p0 khi bể rỗng, tức là chịu áp lực không khí Thân bể chịu áp lực chân không p0 khi bể rỗng, tức là chịu áp lực không khí từ bên ngoài. Do chiều tải trọng ngược với áp lực thuỷ tĩnh nên thân bể sẽ chịu từ bên ngoài. Do chiều tải trọng ngược với áp lực thuỷ tĩnh nên thân bể sẽ chịu các ứng suất nén theo phương đường sinh s các ứng suất nén theo phương đường sinh s 2 dẫn đến có 2 dẫn đến có thể bị mất ổn định. thể bị mất ổn định.



Kiểm tra ổn định do tác dụng đồng thời của 2 ứng suất nén: Kiểm tra ổn định do tác dụng đồng thời của 2 ứng suất nén:

σ 1 σ

σ σ

1cr

2cr

cγ = 1 cγ = 1

(43) (43)

σ = σ = 2 2

σ = σ = 1 1

tc tc γ p r γ p r 0 0 0 0 t t

tc tc γ p r γ p r 0 0 0 0 2t 2t

; ; ; ; ; ; Ở trên: Ở trên:

1cr, s 1cr, s

2cr - xác định như với bể trụ đứng. 2cr - xác định như với bể trụ đứng.

s s

III. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN ĐÁY BỂ III. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN ĐÁY BỂ 1. Cấu tạo 1. Cấu tạo

Cấu tạo đáy bể phụ thuộc vào thể tích của bể và trị số của áp lực dư. Cấu tạo đáy bể phụ thuộc vào thể tích của bể và trị số của áp lực dư. Các loại đáy thường dùng Các loại đáy thường dùng

r =c

cr =



Hµn ®èi ®Çu

0,12D

0,125D

0,25D

b) §¸y nãn

d) §¸y elÝp

c) §¸y cÇu

a) §¸y ph¼ng

 Khi V ≤ 100 m3, nếu pd ≤ 0,04 MPa dùng đáy phẳng;  Khi V ≤ 100 m3, nếu pd ≤ 0,04 MPa dùng đáy phẳng;  Khi V ≤ 100 m3, nếu pd ≤ 0,05 MPa dùng đáy nón;  Khi V ≤ 100 m3, nếu pd ≤ 0,05 MPa dùng đáy nón;  Khi V = 75 ~ 150 m3 , nếu pd = 0,07 ~ 0,15 MPa thì dùng đáy trụ  Khi V = 75 ~ 150 m3 , nếu pd = 0,07 ~ 0,15 MPa thì dùng đáy trụ  Khi V = 75 ~ 150 m3 , nếu pd ≤ 0,2 Mpa thì dùng đáy cầu hoặc đáy elip  Khi V = 75 ~ 150 m3 , nếu pd ≤ 0,2 Mpa thì dùng đáy cầu hoặc đáy elip (giảm tối đa ứng suất cục bộ do hiệu ứng biên tại chỗ nối giữa thân và đáy, (giảm tối đa ứng suất cục bộ do hiệu ứng biên tại chỗ nối giữa thân và đáy, nhưng cấu tạo phức tạp nên khó chế tạo). nhưng cấu tạo phức tạp nên khó chế tạo).

Hình 26: Cấu tạo đáy bể

2. Tính toán 2. Tính toán a. Đáy phẳng a. Đáy phẳng



fγ

σ = d

(44) (44)

2 d

Ứng suất kéo ở trọng tâm đáy do áp lực dư: Ứng suất kéo ở trọng tâm đáy do áp lực dư: T d t

T = d

p d d 16f

; ; với: với:

g g

Hình 27: Liên kết đáy và thân bể

c = 0,8; c = 0,8; dd = D - đường kính đáy; dd = D - đường kính đáy; f0 - độ võng tại trọng tâm đáy, xác định bằng công thức thực nghiệm: f0 - độ võng tại trọng tâm đáy, xác định bằng công thức thực nghiệm:

2 0

1 +

f = 0

d d 4

(1 - μ)d 2Et

2 d d 4EA

A y v I

  

  

  

  

Av - diện tích tiết diện thép góc vành đáy; Av - diện tích tiết diện thép góc vành đáy; Ix - mô men quán tính của tiết diện thép góc vành đáy đối với trục x - x Ix - mô men quán tính của tiết diện thép góc vành đáy đối với trục x - x (xem hình 27); (xem hình 27);

y0 - xem hình 27; y0 - xem hình 27; m = 0,3 - hệ số Poisson. m = 0,3 - hệ số Poisson.

b. Đáy nón b. Đáy nón

Ứng suất kéo theo phương đường sinh do áp lực dư: Ứng suất kéo theo phương đường sinh do áp lực dư:



fγ

σ = 1

γ p r 2 d 2t cosβ d

(45) (45)

Ứng suất kéo theo phương vòng do áp lực dư: Ứng suất kéo theo phương vòng do áp lực dư:

 

fγ fγ

σ = σ = 2 2

c c

γ p r γ p r 2 d d 2 t cosβ t cosβ d d

(46) (46)

trong đó: r - bán kính thân bể (đáy hình nón); trong đó: r - bán kính thân bể (đáy hình nón);

b b - xem hình 28. - xem hình 28.

Kiểm tra đáy nón chịu nén do áp lực chân không và lực nén theo phương Kiểm tra đáy nón chịu nén do áp lực chân không và lực nén theo phương

đường sinh: đường sinh:



N N

σ σ

2cr

(47) (47)

với: N - lực nén dọc theo trục bể do áp lực chân không với: N - lực nén dọc theo trục bể do áp lực chân không

 

r0 r0

tác dụng lên đáy bể, tác dụng lên đáy bể,

; ;

tc 0 2 N = 2πr't σ cos β

d 1cr

2 N = πr γ p 1 Ncr - lực nén tới hạn, Ncr - lực nén tới hạn,

 

r' =

; ;

0,9r + 0,1r 1 0 cosβ cEt r'

( c tra bảng theo r / t ) ( c tra bảng theo r / t )

 

tc tc γ p r' γ p r' 0 0 0 0 t t

d d

σ = 1cr r0, r1 - xem hình 28; r0, r1 - xem hình 28; σ = σ = 2 2 không; không;

3/2

r r 1 1 r r

r1 r1 r r

σ = 0,55E

2cr

t r'  d  h r' 

  

- ứng suất kéo vòng do áp lực chân - ứng suất kéo vòng do áp lực chân

h – chiều cao vỏ nón. h – chiều cao vỏ nón.

Hình 28: Lực nén lên đáy bể do áp lực chân không



σ =

fγ

c. Đáy cầu, đáy elip c. Đáy cầu, đáy elip Kiểm tra bền chịu ứng suất kéo trong đáy do áp lực dư: Kiểm tra bền chịu ứng suất kéo trong đáy do áp lực dư:

γ p r 2 d c 2t

(48) (48)

 

σ' = σ' =

σ γ σ γ cr cr

c c

trong đó: rc = D = 2r - bán kính đáy cầu (elip). trong đó: rc = D = 2r - bán kính đáy cầu (elip). Kiểm tra ổn định của đáy chịu nén do áp lực chân không: Kiểm tra ổn định của đáy chịu nén do áp lực chân không:

tc tc γ p r γ p r 0 c 0 0 0 c 2t 2t

d d



fγ

(49) (49)

σ = cr

cr - ứng suất nén tới hạn của vỏ cầu, cr - ứng suất nén tới hạn của vỏ cầu,

0,1Et r c

. . với: s với: s

 

IV. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN GỐI TỰA 1. Cấu tạo Cấu tạo gối tựa tuỳ thuộc vào vật liệu sử dụng là thép, BTCT hay gạch đá. Tại gối tựa bố trí vành cứng bằng thép góc. Vị trí đặt gối tựa: đã trình bày ở trên.

a) Gối tựa thép, BTCT b) Gối tựa gạch đá Hình 29: Cấu tạo gối tựa

2. Tính toán

Hình 30: Sơ đồ tính vành gối

Hình 31: Biểu đồ M và N trong vành cứng tại gối hình yên ngựa khi góc mở của gối bằng 600, 900 và 1200

T là lực trượt do vỏ thân bể truyền vào vành gối dưới tác dụng của áp lực T là lực trượt do vỏ thân bể truyền vào vành gối dưới tác dụng của áp lực

thuỷ tĩnh và trọng lượng bản thân bể: thuỷ tĩnh và trọng lượng bản thân bể:

T = 0,5ρ rlsinθ

(50) (50)

q là ứng suất phản lực của gối tựa tác dụng ngược lên: q là ứng suất phản lực của gối tựa tác dụng ngược lên:

q =

cos



1πρ rl 1 + π/2

π 4

  

  

(51) (51)

1 1

  

1 1

(52) (52)

 M = [M]. γ ρ lr +    N = [N]. γ ρ lr +  

  

,  - xem sơ đồ. ,  - xem sơ đồ. Mômen uốn và lực kéo trong vành gối xác định theo công thức: Mômen uốn và lực kéo trong vành gối xác định theo công thức: γ Gr 1 π γ Gr 1 π

với: G - trọng lượng bản thân bể; với: G - trọng lượng bản thân bể;

[M], [N] - nội lực quy đổi trong vành, giá trị xem ở hình 31. [M], [N] - nội lực quy đổi trong vành, giá trị xem ở hình 31.

Điều kiện kiểm tra bền của vành gối chịu mômen và lực dọc:

(53)  σ = fγ N M + W A

30t 30t

vA vA

t t

trong đó: Av, Wv - diện tích tiết diện và mômen chống uốn của tiết diện tính toán của vành gối (gồm phần thép L cộng phần vỏ thân bể rộng là 30t).

Hình 32: Tiết diện vành gối

CHƯƠNG IV: VÍ DỤ TÍNH TOÁN I. Chọn và kiểm tra bề dày thành bể chứa trụ đứng với các số liệu sau:

dp dp

1 1

h h

xp xp

2 2

1 1

h = 12 m h = 12 m Chiều cao thân bể: Chiều cao thân bể: Đường kính thân bể: D = 15 m Đường kính thân bể: D = 15 m Thép CCT34 có: f = 2100 daN/cm2 Thép CCT34 có: f = 2100 daN/cm2 Hàn tay, que hàn N42 Hàn tay, que hàn N42 Trọng lượng riêng của chất lỏng trong bể: Trọng lượng riêng của chất lỏng trong bể:

1 = 900 daN/m3 (1 = 1,1) 1 = 900 daN/m3 (1 = 1,1)

r r

D = 2r D = 2r

= 40 = 40 Trọng lượng tiêu chuẩn của mái bể: Trọng lượng tiêu chuẩn của mái bể:

cng

px px

0 = 1,2) 0 = 1,2)

xN xN

daN/m2 (m = 1,1) daN/m2 (m = 1,1)

g = 1,2) g = 1,2)

Trọng lượng tiêu chuẩn của lớp cách nhiệt: Trọng lượng tiêu chuẩn của lớp cách nhiệt: = 25 daN/m2 (cn = 1,2) = 25 daN/m2 (cn = 1,2) Áp lực chân không tiêu chuẩn: Áp lực chân không tiêu chuẩn: = 0,0025daN/cm2 (g = 0,0025daN/cm2 (g Áp lực dư pd = 0,02 daN/cm2 (g Áp lực dư pd = 0,02 daN/cm2 (g 2 = 1,2) 2 = 1,2) Áp lực gió tiêu chuẩn: w0 = 95 kG/m2 (g Áp lực gió tiêu chuẩn: w0 = 95 kG/m2 (g

1. Xác định bề dày thân bể theo lý thuyết phi mô men 1. Xác định bề dày thân bể theo lý thuyết phi mô men

Áp lực thuỷ tĩnh ở độ sâu x = h-0,3=12-0,3=11,7m kể từ mặt thoáng chất Áp lực thuỷ tĩnh ở độ sâu x = h-0,3=12-0,3=11,7m kể từ mặt thoáng chất

p = γ ρ x + p γ = 900.1,1.11,7 + 200.1,2 = 11823 daN/m

1 1

lỏng: lỏng:

d 2 p t

σ 1 r 1

σ r 2





t =

> 4 mm

σ = 2

γ f c wt

Từ phương trình Laplaxơ: Từ phương trình Laplaxơ:

pr t

p r x γ f c wt

-4 -4

t = t =

= 0,62 cm = 0,62 cm

Với vỏ trụ r1 = , ta có: Với vỏ trụ r1 = , ta có:

11823.10 .750 11823.10 .750 0,8.(0,85.2100) 0,8.(0,85.2100)

. 



h .

. 







tc cn

tc .  m m r

2 3

Vậy: Vậy: , chọn t = 7 mm. , chọn t = 7 mm.

. r t h . . .   2 r 

2 r p . . d 2 r 

25.1, 2.12



2.3,14.7,5.0, 007.12.7850.1,1 2.3,14.7,5

3,14.7,5 .40.1, 2 2 3,14.7,5 .200.1, 2 2  3

2.3,14.7,5

G=695,34daN/m=6,95daN/cm

Trọng lượng của bể trên 1đơn vị dài theo chu vi bể: Trọng lượng của bể trên 1đơn vị dài theo chu vi bể: 2 r g . .  2  2 

Mô men uốn tại chỗ nối kể đến ảnh hưởng của hiệu ứng biên: M = αPrt Coi liên kết giữa thân và đáy là ngàm cứng (a = 0,3):

-6

-4 M = 0,3.(1,1.900.10 .1200 + 200.10 .1,2).750.0,7 = 190,89 daN.cm/cm

Ứng suất lớn nhất theo phương đường sinh ở phía dưới thân bể kể

 

+ +

σ = σ = 1 1

γ f γ f c c

6M 6M 2 2 t t







2347,36

daN cm /

1, 6.2100 3360

daN cm /

σ = 1

tới hiệu ứng biên: tG tG t t 6,95 0, 7

6.190,89 0, 7

2. Kiểm tra bền thân bể tại chỗ nối thân và đáy theo mô men cục bộ:

3. Kiểm tra ổn định của thành bể chịu s1



σ = G + G + (P - P )n cn

γ σ c

cr1

 

 

r 2t

G t

G = g γ = 40.1,1 = 44

tc m m

trong đó: Trọng lượng bản thân mái: trong đó: Trọng lượng bản thân mái:

tc 0

(daN/m2) (daN/m2) (daN/m2) (daN/m2) G = g γ = 25.1,2 = 30

tc cn cn cn (daN/m2) (daN/m2) (daN/m2) (daN/m2)

P = p γ = 25.1,2 = 30 0 P = γ w c = 95.0,8.1,2 = 91,2 g

0 2

i 1

cni

Trọng lượng lớp cách nhiệt trên mái: Trọng lượng lớp cách nhiệt trên mái: Áp lực chân không: Áp lực chân không: Gió hút: Gió hút:

2 2

ψf = 0,97 - (0,00025 + 0,95. ψf = 0,97 - (0,00025 + 0,95.

.210 = 66,3 MPa = 663 daN/cm .210 = 66,3 MPa = 663 daN/cm

). ).

5 5

210 210 2,1.10 2,1.10

7,5 7,5 0,007 0,007

s s Trọng lượng thân bể và lớp cách nhiệt quanh thân: Trọng lượng thân bể và lớp cách nhiệt quanh thân: G = ρ t h γ + g h γ = 7850.0,007.12.1,1 + 25.12.1,2 = 1085,34 (daN/m) cr1 - ứng suất nén tới hạn theo phương đường sinh, lấy giá trị nhỏ hơn cr1 - ứng suất nén tới hạn theo phương đường sinh, lấy giá trị nhỏ hơn

     

5 cE = 0,075.2,1.10 .

= 14,7 MPa = 147 daN/cm

t r

0,007 7,5

trong 2 giá trị: trong 2 giá trị:      





σ = 44 + 30 + (30 - 91,2).0,9 × 1

7,5 2.0,007

1085,34 0,007

Vậy: Vậy:

cr1 = 147 daN/cm2 cr1 = 147 daN/cm2

c c

s s = 165184 kG/m2 = 16,5 daN/cm2 < g = 165184 kG/m2 = 16,5 daN/cm2 < g

Thỏa mãn. Thỏa mãn.



σ = (P + P )n g0

γ σ c

cr2

r t

3. Kiểm tra ổn định của thành bể chịu s2 3. Kiểm tra ổn định của thành bể chịu s2

Do l / r = h / r = 12 / 7,5 = 1,6  0,5 < l / r < 10 nên ứng suất nén tới hạn Do l / r = h / r = 12 / 7,5 = 1,6  0,5 < l / r < 10 nên ứng suất nén tới hạn

3 2

3/2

5 σ = 0,55E(r/l)(t/r) = 0,55.2,1.10 .

= 2,06 MPa = 20,6 daN/cm

cr2

7,5 0,007 7,5 12

  

  

theo phương vòng xác định theo công thức: theo phương vòng xác định theo công thức:

Ứng suất nén theo phương vòng gây ra bởi các tải trọng sau: Ứng suất nén theo phương vòng gây ra bởi các tải trọng sau:

= 0 , 5 w k γ

= 0 , 5 . 9 5 . 1 . 1 , 2 = 5 7 d a N / m

g 0

P = p γ = 30 daN/m 0

tc 0

 Tải trọng gió quy đổi thành áp lực chân không quy ước:  Tải trọng gió quy đổi thành áp lực chân không quy ước:

= 83892 daN/m = 8,4 < γ σ = 20,6 daN/cm

cr2

7,5 0,007

 Áp lực chân không (đã tính ở trên):  Áp lực chân không (đã tính ở trên): σ = (57 + 30) × 0,9 ×

16,52

= 0,52 < 1

σ 1 σ

σ σ

147

20,6

cr1

cr2

Vậy: Vậy:  Thoả mãn.  Thoả mãn. 4. Kiểm tra ổn định của thành bể chịu tác dụng đồng thời của s1 và s2 4. Kiểm tra ổn định của thành bể chịu tác dụng đồng thời của s1 và s2 8,4

 thoả mãn.  thoả mãn.

II. Một số bài tập tham khảo II. Một số bài tập tham khảo 1. Chọn và kiểm tra bền bề dày thành bể chứa trụ đứng theo điều kiện bền với 1. Chọn và kiểm tra bền bề dày thành bể chứa trụ đứng theo điều kiện bền với

các số liệu sau: Chiều cao thân bể H = 13,5 m. Đường kính thân bể D = 13,5 m. các số liệu sau: Chiều cao thân bể H = 13,5 m. Đường kính thân bể D = 13,5 m.

Vật liệu thép CCT34 có f = 210 N/mm². Hàn tay, dùng que hàn N46 có fwt = 200 Vật liệu thép CCT34 có f = 210 N/mm². Hàn tay, dùng que hàn N46 có fwt = 200

N/mm². Trọng lượng riêng của chất lỏng trong bể ρ1 = 9 kN/m³; hệ số vượt tải γ1 N/mm². Trọng lượng riêng của chất lỏng trong bể ρ1 = 9 kN/m³; hệ số vượt tải γ1

= 1,1. Áp lực dư Pd = 0,001 N/mm²; hệ số vượt tải γ2 = 1,2. Hệ số điều kiện làm = 1,1. Áp lực dư Pd = 0,001 N/mm²; hệ số vượt tải γ2 = 1,2. Hệ số điều kiện làm

việc của kết cấu γc = 0,8. Bỏ qua trọng lượng bản thân bể. Coi liên kết giữa thân việc của kết cấu γc = 0,8. Bỏ qua trọng lượng bản thân bể. Coi liên kết giữa thân

với đáy là ngàm cứng. với đáy là ngàm cứng.

1. Chọn và kiểm tra bền bề dày thành bể chứa trụ đứng theo điều kiện 1. Chọn và kiểm tra bền bề dày thành bể chứa trụ đứng theo điều kiện

bền với các số liệu sau: Chiều cao thân bể H = 15 m. Đường kính thân bền với các số liệu sau: Chiều cao thân bể H = 15 m. Đường kính thân

bể D = 15 m. Vật liệu thép CCT38 có f = 230 N/mm². Hàn tay, dùng bể D = 15 m. Vật liệu thép CCT38 có f = 230 N/mm². Hàn tay, dùng

que hàn N46 có fwt = 210 N/mm². Trọng lượng riêng của chất lỏng trong que hàn N46 có fwt = 210 N/mm². Trọng lượng riêng của chất lỏng trong

bể ρ1 = 9 kN/m³; hệ số vượt tải γ1 = 1,1. Áp lực dư Pd = 0,025 N/mm²; bể ρ1 = 9 kN/m³; hệ số vượt tải γ1 = 1,1. Áp lực dư Pd = 0,025 N/mm²;

hệ số vượt tải γ2 = 1,2. Hệ số điều kiện làm việc của kết cấu γc = 0,8. Bỏ hệ số vượt tải γ2 = 1,2. Hệ số điều kiện làm việc của kết cấu γc = 0,8. Bỏ

qua trọng lượng bản thân bể. Coi liên kết giữa thân với đáy là ngàm đàn qua trọng lượng bản thân bể. Coi liên kết giữa thân với đáy là ngàm đàn

hồi. hồi.

2. Xác định ứng suất theo phương đường sinh và theo phương vòng của thân 2. Xác định ứng suất theo phương đường sinh và theo phương vòng của thân

bể chứa trụ ngang đáy phẳng với các số liệu sau: Bể có trọng lượng bản thân (tải bể chứa trụ ngang đáy phẳng với các số liệu sau: Bể có trọng lượng bản thân (tải

trọng tính toán) G = 36 kN. Đường kính thân bể D = 2,6 m. Thể tích của bể V = trọng tính toán) G = 36 kN. Đường kính thân bể D = 2,6 m. Thể tích của bể V =

70 m³. Chiều dày thành bể t = 5 mm. Khoảng cách giữa hai gối tựa L0 = 7,73 m. 70 m³. Chiều dày thành bể t = 5 mm. Khoảng cách giữa hai gối tựa L0 = 7,73 m.

Trọng lượng riêng của chất lỏng trong bể ρ1 = 9 kN/m³; Hệ số vượt tải g1 = 1,1. Trọng lượng riêng của chất lỏng trong bể ρ1 = 9 kN/m³; Hệ số vượt tải g1 = 1,1.

Áp lực dư Pd = 0,45 N/mm²; Hệ số vượt tải γ2 = 1,2. Hệ số điều kiện làm việc Áp lực dư Pd = 0,45 N/mm²; Hệ số vượt tải γ2 = 1,2. Hệ số điều kiện làm việc

của kết cấu γc = 0,8. của kết cấu γc = 0,8.