Напряженно-деформированное состояние вертикального резервуара с учетом консолидации грунтового основания тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.19, кандидат технических наук Лебедев, Владимир Дмитриевич

• Лебедев, Владимир Дмитриевич
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лебедев, Владимир Дмитриевич

Введение.

Раздел 1. Состояние проблемы. Цель и задачи исследования.

1.1. Напряженно-деформированное состояние резервуаров при неравномерных осадках.

1.2. Методы подготовки оснований и типы фундаментов резервуаров в отечественной и зарубежной практике резервуаростроения.

1.3. Консолидация грунтов оснований резервуаров и формирование в них деформаций.

Выводы по разделу 1. Цели и задачи исследования.

Раздел 2. Особенности напряженно-деформированного состояния стенки и днища вертикальных стальных резервуаров при стабилизированном состоянии грунтового основания.

2.1. Грунтовое основание резервуаров и характер его силового взаимодействия с днищем резервуара.

2.2. Определение контактного напряжения и осадки абсолютно гибкого днища.

2.3. Определение изгиба стенки резервуара и прогиба его днища при стабилизированном состоянии грунтового основания.

2.4. Определение НДС стенки и днища резервуара.

Выводы по разделу 2.

Раздел 3. Одномерная фильтрационная консолидация грунтового основания резервуара при постоянном и линейно-меняющемся во времени давления жидкости на днище.

3.1. Основные положения и соотношения фильтрационной теории консолидации.

3.2. Одномерная задача фильтрационной консолидации при постоянной величине сжимаемой толщи, в случае мгновенно приложенной внешней нагрузки.

3.3. Одномерная задача фильтрационной консолидации при равномерном распределении полного давления по толще грунтового основания для режима гидроиспытаний резервуара

3.4. Фильтрация при гидроиспытаниях резервуара для линейного закона изменения полного давления в сжимаемой толще.

Выводы по разделу 3.

Раздел 4. Расчет НДС днища вертикального резервуара при нестабилизированном состоянии грунтового основания.

4.1. Фильтрационная консолидация в основании резервуара с учетом рассеивания вертикальных сжимающих напряжений в грунтовом массиве.

4.2. Классификация и геометрические характеристики неравномерных осадок днища.

4.3. НДС днища резервуара при нестабилизированном состоянии грунтового основания.

Выводы по разделу 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Напряженно-деформированное состояние вертикального резервуара с учетом консолидации грунтового основания»

Одним из наиболее опасных дефектов, нередко приводящих к отказам и разрушениям РВС, является неравномерная осадка его наружного контура. Проблема оценки изменения напряженно-деформированного состояния в стенке резервуара при развитии неравномерной осадки объясняется сложностью проблемы взаимодействия резервуаров, обладающих значительной цилиндрической жесткостью, с грунтовыми основаниями, сложенными различными по минералогическому и литологическому составу, прочности и деформируемости грунтами.

Эксплуатационная надежность резервуарного парка зависит от корректности и полноты гидравлических испытаний резервуаров, целью которых является проверка прочности и устойчивости элементов конструкции РВС. Резервуар признается годным к эксплуатации, если в процессе заполнения водой и по истечении срока, регламентированного нормами, в конструкциях не обнаружены течи, остается постоянным уровень воды, а отклонения геометрических размеров не превышают установленные нормами пределы. При этом не учитывается значительное увеличение давления на грунты основания испытуемого резервуара и дополнительные его осадки за счет уплотнения грунта.

Такой подход может быть оправдан в случаях, когда резервуары построены и эксплуатируются на основаниях, сложенных грунтами высокой и средней несущей способности.

В случае залегания в основаниях резервуаров слабых водонасыщенных грунтов сроки развития и величины осадки определяются консолидационными характеристиками грунтов, и, как правило, за время проведения гидравлических испытаний резервуаров стабилизация осадки не происходит и при дальнейшей эксплуатации резервуаров уплотнение грунтов основания продолжается, что приводит к дополнительным деформациям самого резервуара.

Между тем, практически все резервуарные парки Западной Сибири возведены на слабых водонасыщенных грунтах, обладающих низкой несущей способностью и высокой деформируемостью. Из-за низких фильтрующих свойств таких грунтов консолидация оснований резервуаров происходит продолжительное время, а уплотнение грунтов другими известными методами либо технологически неосуществимо, либо требует значительных материальных затрат.

В условиях слабых грунтов консолидация последних зависит от емкости резервуаров, т.е. от площади основания и давления столба жидкости, с увеличением которого учет консолидационных деформаций становится проблематичным.

Именно сложный прогноз и учет консолидационных неравномерных осадок является причиной низкой эффективности резервуаров большого диаметра, которые успешно эксплуатируются в других регионах нашей страны и за рубежом.

Настоящая работа посвящена исследованию и выявлению закономерностей неоднородной фильтрационной консолидации грунтового основания при гидроиспытаниях резервуаров и закономерностей формирования НДС резервуаров с учетом неоднородности консолидации грунтов.

Заключение диссертации по теме «Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ», Лебедев, Владимир Дмитриевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. На основе сочетания модели Винклера и модели упругого полупространства предложен и обоснован способ определения коэффициента постели грунтового основания РВС с учетом линейного и нелинейного распределений дополнительного сжимающего давления в сжимаемой толще РВС.

2. Рассмотрена фильтрационная консолидация в основании РВС при линейном изменении дополнительного сжимающего давления, вызванного загружением РВС при его гидроиспытаниях.

3. Предложена и теоретически обоснована математическая модель процесса консолидации с учетом нелинейного распределения дополнительного давления по сжимаемой толще.

4. На основании разработанных расчетных схем определено НДС конструктивных частей резервуара для нестабилизированного состояния грунтового основания.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лебедев, Владимир Дмитриевич, 2006 год

1. Абелев М.Ю. и др. Осадки резервуаров на слабых грунтах. В кн.: Строительство на слабых водонасыщенных грунтах. Мат-лы Всесоюз.науч.тех.сов., тезисы докладов. Одесса, 1975.

2. Айзен A.M., Гофман-Захаров П.М., Прицкер В.Ш. О статическом расчете вертикальных цилиндрических резервуаров большой емкости на действие ветровой нагрузки // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 1970, № 12. - С. 3-4.

3. Айзен A.M., Прицкер В.Ш., Белобрагина Л.С.Статический расчет надежности стальных вертикальных цилиндрических резервуаров // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 1971, № 1. - С. 9-12.

4. Александров А.В. Сопротивление материалов. Основы теории упругости и пластичности. М.: Высшая школа, 2002. - 400 с.

5. Амарян Л.С. Использование слабых грунтовых оснований для строительства нефтепромысловых объектов Среднего Приобья. М.: ВНИИОЭНГ, 1973- 87 с. / Тем.обзоры: Серия «Нефтегазопромысловое строительство».

6. Ашкинази М.И., Егоров Е.А. К расчету вертикальных цилиндрических резервуаров большой емкости / Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. РНТС ВНИИОЭНГ, № 4,1976. С. 17-18.

7. Ашкинази М.И., Ланда М.Ш. К расчету местных напряжений в стальных резервуарах // Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. РНТС ВНИИОНГ. 1975, № 4. - С. 21-23.

8. Бабков В.Ф., Безрук В.М. Основы грунтоведения и механики грунтов. М.6 Высшая школа, 1986. - 239 с.

9. Барский Б.Л. Рациональные конструкции типов фундаментов под стальные вертикальные резервуары на слабых грунтах Среднего Приобья // Дис. на соиск. уч. степени канд. техн. наук. Уфа, 1985. - 193 с.

10. Беляев Б.И., Корниенко B.C. Причины аварий стальных конструкций и способы их устранения. М.: Стройиздат, 1968. - 205 с.

11. П.Березин В.Л., Гумеров А.Г., Ращепкин К.Е.,Ясин Э.М. Об эксплуатационной надежности нефтезаводских резервуаров // Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов: труды НТС НИИТранснефть, 1965, вып. 4. -С. 204-207.

12. Березин В.Л., Гумеров А.Г., Ясин Э.М. К расчету долговечности резервуарных конструкций // Проектирование, строительство и эксплуатация магистральных газонефтепроводов и нефтебаз, труды НТС Уфимского нефтяного института. 1969, вып. 3 - С. 290-297.

13. Березин В.Л., Гумеров А.Г., Ясин Э.М. Устойчивость верхних поясов стальных вертикальных цилиндрических резервуаров // Нефть и газ, № 4, 1969. -С. 81-85.

14. Березин В.Л., Шутов В.Е. Прочность, устойчивость резервуаров и трубопроводов. М.: Недра, 1973. - 198 с.

15. Бородавкин П.П., Маслов Л.С., Шадрин О.Б. Характер осадки резервуаров и ее влияние на эксплуатационную надежность при хранении нефтепродуктов. РНТС ВНИИОНГ, 1965, № 6. - С. 26-29.

16. Бугров А.К., Гребнев К.К. Численное решение физически нелинейных задач для грунтовых оснований // Основания, фундаменты и механика грунтов, №6,1974. -С.22-25.

17. Буренин В.А. Исследование влияния неравномерных осадок на напряженно-деформированное состояние стального вертикального цилиндрического резервуара / Дис. на соискание уч. степени канд. техн. наук. -Уфа, 1980.-157 с.

18. Буслаева И.И. Оценка несущей способности резервуаров при неравномерных осадках основания в условиях Севера / Дис. на соискание уч. степени. Якутск: ЯГУ, 2004. - 134 с.

19. Буслаева И.И., Афонская Г.П., Попова О.П. Анализ отказов резервуаров / Тезисы докл. науч.-практич. конф. молодых ученых. Якутск, 1994.-С. 26.

20. Буслаева И.И., Прохоров В.А. Исследование причин отказов резервуаров / Сб. тр. между нар. конф. «Метал остроительство 96» Т.2. -Донецк - Макеевка: ДГАСА, 1996. - С. 49-50.

21. Галеев В.Б. Напряженно-деформированное состояние резервуаров, построенных на слабонесущих переувлажненных грунтах /. Дис. на соискание уч. степени докт. техн. наук. Тюмень, 1987. - 656 с

22. Галеев В.Б. Проектирование оснований резервуаров на слабых водонасыщенных грунтах / РНТС ВНИИОЭНГ серия «Нефтепромысловое строительство», № 11,1976. С. 13-15.

23. Галеев В.Б. Эксплуатация стальных вертикальных резервуаров в сложных условиях. -М.: Недра, 1981. 149 с.

24. Галеев В.Б., Буренин В.А. Влияние крена на напряженно-деформированное состояние резервуара / Тез. докл. «Результаты научных исследований в области повышения качества продуктивности и эффективности нефтегазовой промышленности». Уфа, 1977. - С.149-150.

25. Галеев В.Б., Буренин В.А., Юсупов Ф.Ш. Расчет напряженного состояния корпуса резервуара, имеющего неравномерную осадку / НТС УНИ, «Проектирование, строительство и эксплуатация магистральных газонефтепроводов и нефтебаз» вып.25. Уфа, 1975. - С. 200-206.

26. Галеев В.Б., Иштиряков М.С. Напряженно-деформированное состояние днища вертикального цилиндрического резервуара / Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов, № 2. М.: ВНИИОЭНГ, 1977. - С. 28-29.

27. Галеев В.Б., Любушкин В.В. Закрепление грунтов оснований резервуаров в Западной Сибири. Нефтепромысловое строительство. ВНИИОЭНГ, М., 1976, №5, с. 18-20.

28. Галеев В.Б., Любушкин В.В., Буренин А.В. К вопросу осадок вертикальных стальных резервуаров / Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов, № 11. М.: ВНИИОЭНГ, 1976. - С. 13-15.

29. Галеев В.Б., Файзуллин С.М. Способ возведения основания сооружения в слабых переувлажненных грунтах. Авт. свид. №619573, приоритет от 08.10.76./ зарегистр. 21.04.78/.

30. Горбунов Посадов М.И., Маликова Т.А., Соломин В.И. Расчет конструкций на упругом основании. - М.: Стройиздат 1984. - 679 с.

31. Гумеров А.Г. Исследование напряженного состояния нефтезаводских резервуаров при их эксплуатации // Дис. на соиск. уч. степени канд. техн. наук. -М., 1968.-138 с.

32. Егоров Е.А. Надежность и учет пластической фазы работы стали в сварных резервуарах // Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. РНТС ВНИИОЭНГ, 1977, № 9. - С. 28-30.

33. Егоров К.Е. К расчету деформаций оснований. М.: ФГУП «ВНИИНТПИ», 2002. - 400 с.

34. Егоров К.Е., Попова О.В. Осадки сооружений башенного типа. В кн.: Основания, фундаменты и механика грунтов: Мат-лы Ш Всесоюз. Совещания. Киев: Будивельник, 1971, с.297-302.

35. Едигаров С.Г., Бобровский С.А. Проектирование и эксплуатация нефтебаз и газохранилищ. М., Недра, 1973.

36. Зарецкий Ю.К. К расчету ленточных фундаментов на нелинейно-деформируемом и неоднородном основании // Основания, фундаменты и механика грунтов, № 1, 1965.

37. Зарецкий Ю.К. Теория консолидации грунтов. -М, 1967.

38. Иванов П.Л. Грунты и основания гидротехнических сооружений. Механика грунтов. М.: Высшая школа, 1991. - 447 с.

39. Иштиряков М.С. Исследование прочности и устойчивости стальных вертикальных цилиндрических резервуаров / Дис. на соискание уч. степени канд. техн. наук. Уфа, 1982. - 127 с.

40. Клепиков С.Н. Расчет конструкций на упругом основании. Киев: Будивельник, 1967.

41. Коновалов П.А., Иванов Ю.К. Предельные значения средних и неравномерных осадок металлических резервуаров, ж.: Основания, фундаменты и механика грунтов, М., Стройиздат, 1985, №5, с.27.

42. Коновалова О.П. Подготовка оснований резервуаров с учетом консолидационных свойств слабых грунтов / Дис. на соискание уч. степени канд. техн. наук. Тюмень, 2002. - 176 с.

43. Коновалова О.П. Результаты натурных экспериментов с резервуарами различной емкости, Материалы международного семинара, г.Тюмень. Геотехнические и эксплуатационные проблемы нефтегазовой отрасли. 27-29 марта 2002 г., с.8-86.

44. Лебедев В.Д. Анализ нормативных документов, регламентирующих осадки вертикальных стальных резервуаров. / Кушнир С.Я., Горелов А.С., Потапов А.Ю. // Горные ведомости Тюмень, 2005. - №12. - С. 96 - 98.

45. Лебедев В.Д. К проблеме прогноза неравномерных осадок вертикальных стальных резервуаров в условиях слабых водонасыщенных грунтов. / Кушнир С.Я., Горелов А.С., Потапов А.Ю. // Строительный вестник -Тюмень, 2005. №4. - С. 76 - 77.

46. Лебедев В.Д. Определение вертикального напряжения в грунтовом основании вертикальных резервуаров./ Горелов А.С., Потапов А.Ю., Дегтярев П.А. // Нефть и газ Тюмень: ТюмГНГУ, 2006. - № 5. - С. 42-43.

47. Лебедев В.Д. Прогноз осадок резервуара большого диаметра на основе фильтрационной консолидации слабых водонасыщенных грунтов. / Потапов

48. A.Ю., Кушнир С.Я., Горелов А.С., Дегтярев П.А. // Мегапаскаль: Сб. науч. трудов Тюмень: ТюмГНГУ, 2006. - №1. - С. 49-50.

49. Любушкин В.В. Исследование осадки основания и напряженного состояния днища стального вертикального резервуара / Дис. на соискание уч. степени канд. техн. наук. Уфа: УНИ, 1979. - 229 с.

50. Малыгин В.А., Кузьмина В.П. Геология и гидрогеология. М.: Недра, 1977.-240 с.

51. Махутов Н.А., Пермяков В.Н. Ресурс безопасной эксплуатации сосудов и трубопроводов. Новосибирск: Наука, 2005. - 516 с.

52. Механика грунтов, основания и фундаменты / С.Б.Ухов, В.В.Семенов,

53. B.В.Знаменский и др. М.: Высшая школа, 2004. - 566 с.

54. Мустафаев А.А. Основы механики просадочных грунтов. -М., 1978.

55. Напряжения и деформации, образующиеся в цилиндрических резервуарах вследствие неравномерного оседания основания / Ямамото С., Кавано К., ВДП. № А-49231, 18 с. «Нихон Кикай Гаккайси», 1977, т.80, № 703,1. C. 534-539.

56. Основания и фундаменты резервуаров / Ю.К. Иванов, П.А.Коновалов, Р.А.Мангушев, С.Н.Сотников. -М.: Стройиздат, 1989.-223 с.

57. Основания, фундаменты и подземные сооружения / М.И. Горбунов -Посадов, В.А. Ильичев, В.И. Крутов и др. М.: Стройиздат, 1985. - 480 с.

58. Петров И.П. Экспериментальное исследование работы нижнего узла цилиндрического резервуара / Труды ВНИПСтройнефть. Вып. 9. М., 1957. -С. 38-50.

59. Правила устройства вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов (ПБ 03-381-00). Госгортехнадзор России. М., 2001.

60. Расчет стальных цилиндрических нефтехранилищ. Кавано К., ВЦП, № А 50153, 35 с. «Ацуреку Гидзюцу», 1977, т.15, № 2, С. 85-86.

61. Репников JI.H. Расчет балок на упругом основании, объединяющем деформативные свойства основания Винклера и линейно-деформируемой среды // Основания, фундаменты и механика грунтов, № 6,1967.

62. Розенштейн И.М. Аварии и надежность стальных резервуаров. М: Недра, 1995.-253 с.

63. Садырин Ю.К., Федорова Ж.А. Влияние деформаций оснований на прочность металлических резервуаров. Нефть и газ. Известия высших учебных заведений, №8,1968.

64. Саргсян А.Е., Демченко А.Т., Дворяншков Н.В., Джинчвелашвили Г.А. Строительная механика. М.: высшая школа, 2000. - 416 с.

65. Сафарян М.К. Металлические резервуары и газгольдеры. М.: Недра,1987.-200 с.

66. Сафарян М.К. Основные положения расчета цилиндрических и сферических оболочек на устойчивость (применительно к резервуаростроению) / «Монтажные работы в строительстве». М., вып. 2,1967. - С. 20-33.

67. Сафарян М.К. Сооружение металических резервуаров.- М.: Недра,1988.-163 с.

68. Сафарян М.К., Иванцов О.М. Проектирование и сооружение стальных резервуаров. М.: Гостоптехиздат, 1961. - 328 с.

69. Сафарян М.К., Шутов В.Е. Расчет стальных вертикальных цилиндрических резервуаров большой емкости на действие ветровой нагрузки. Экспресс-информация ВНИИГазпрома, № 1,1968. С. 15-22.

70. СНиП 2.05.06.-.85* Магистральные трубопроводы / Госстрой России. -М.: ГУПЦПП, 1998.-60 с.

71. СП 50-101-2004 Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений. М.: ФГУП ЦПП, 2005. - 130 с.

72. Справочник по специальным функциям / Под. ред. М.Абрамовица и И.Стиган. -М.: Наука, 1979. 832 с.

73. Строительство зданий и сооружений в сложных грунтовых условиях / Абелев М.Ю., Ильичев В.А., Ухов С.Б. и др. М.: Стройиздат, 1986.

74. Стулов Т.Т. Расчет наземных резервуаров с учетом устойчивости основания // Труды МИНХ и ГП. 1967, № 5. - С. 95-105.

75. Тарасенко А.А. Напряженно деформированное состояние вертикальных стальных резервуаров при ремонтных работах. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук.- Тюмень, 1998

76. Тарасенко А.А. Напряженно-деформированное состояние крупногабаритных резервуаров при ремонтных работах. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.- Тюмень, 1991.-254с.

77. Тарасенко А.А., Воробьев В.А., Васильев Г.Г., Иванцова С.Г. Практикум по проектированию, сооружению и ремонту вертикальных стальных цилиндрических резервуаров. М.: Изд-во РГУНГ им. И.М.Губкина, 2004. -167 с.

78. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001. - 592 с.

79. Хакимов Х.Р. Экспериментальное исследование деформаций оснований. Гидротехническое строительство, 1939, №9, с.28-32.

80. Цытович Н.А. Механика грунтов. -М.: Высшая школа, 1979. 272 с.

81. Цытович Н.А. Механика грунтов. М.: Гос. изд. литер, по строительству, архитектуре и строительным материалам, 1963. - 653 с.

82. Цытович Н.А., Тер-Мартиросян З.Г. Основы прикладной геомеханики в строительстве. -М.: Высшая школа, 1981. 317 с.

83. Швецов Г.И. Сравнение фактических деформаций поверхности грунтовых оснований с расчетами. Основания, фундаменты и механика грунтов, 1967, №3, с.3-4

84. Шутов В.Е. Оптимизация резервуарных конструкций для хранения нефтепродуктов / Автореферат дис. на соискание уч. степени докт. техн. наук. -Москва, 1983. 37 с.

85. Ясин Э.М. Устойчивость моментного состояния равновесия оболочек / Труды Уфимского авиационного института, 1967. С. 23-24.

86. Ясин Э.М., Ращепкин К.Е. Устойчивость верхних поясов вертикальных цилиндрических резервуаров для хранения нефтепродуктов // Нефтяное хозяйство, № 3,1967. С. 57-59.

87. Ясин Э.М., Ращепкин К.Е. Устойчивость плоских днищ вертикальных цилиндрических резервуаров для хранения нефтепродуктов / Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов, № 8. М.: ВНИИОЭНГ, 1966. - С. 13-14.

88. Clarke J. S. How to handle tank bottom and foundation problems. Oil fnd Gaz Journal, 1971, № 5, pp. 82-84.

89. Greenwood D.A. Differential settlement tolerance of cylindrical steel tanks for buk liquid storage. Proceedings, Conference on Settlement of Structures, British Geotechnical Society, Cambridge, 1974, pp. 361-367.

90. Krupka U. Borceni kruhoveho plaste velkych nadrzi vlivem sedani -Jnzenyrske stavby, 1974, r 22, № 11, s, 538-542.