Файл: Майзель В.С. Сварные конструкции учебник.pdf

Г л а в а IX

ЛИСТОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ

§ 40. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Листовыми называют такие конструкции, несущая основа ко­ торых состоит из листов. Эти конструкции используются главным образом для хранения, транспортировки, перегрузки и перера­ ботки газов, жидкостей и сыпучих тел. Листовые конструкции имеют весьма широкое применение, годовой их выпуск составляет по весу более 30% от всех изготовляемых в нашем народном хо­

3)бункеры и силосы для перегрузки и хранения сыпучих материалов;

4)трубопроводы большого диаметра (D ►> 600 мм) для пере­ дачи газов, жидкостей и пылевидных масс на большие расстояния;

5)обшивки и настилы для передачи давлений и создания гер­ метичности;

6 ) конструкции специального назначения — кожухи доменных печей, воздухонагревателей, пылеуловителей в металлургической промышленности, сосуды и аппараты химической, нефтяной и дру­ гих отраслей промышленности.

Условия работы листовых конструкций являются весьма раз­ нообразными. В зависимости от назначения они могут работать при статической и динамической нагрузках, при высоких и низ­ ких температурах, в условиях воздействия различных агрессив­ ных сред.

По условиям эксплуатации листовые конструкции разделяют на две группы.

К первой группе относятся листовые конструкции, работающие без воздействия взрывоопасной или ядовитой среды при давле­ нии: р ■< 0,5 атм и температуре t •< 100° С. Конструкции этой группы проектируются и изготовляются в соответствии с общими нормами и правилами, принятыми для металлических кон­ струкций.

Ко второй группе относятся листовые конструкции, работаю­ щие в более тяжелых условиях, характеризующихся наличием большого давления, высокой температуры, воздействием взрыво-

опасных или ядовитых сред. Проектирование и изготовление кон­ струкций этой группы производится в соответствии с дополнитель­ ными требованиями, установленными Госгортехнадзором или другими специальными ведомствами.

Основной особенностью листовых конструкций является то, что все их соединения должны удовлетворять не только условиям прочности, но одновременно и условиям плотности.

Выполнение этих условий наиболее просто и надежно обеспе­ чивается в сварных конструкциях.

К числу особенностей изготовления листовых конструкций относится то, что при заготовке для них деталей применяются такие операции, как вальцовка, штамповка, холодная гибка, ко­ торые вызывают большие пластические деформации материала, что связано со значительным использованием запаса его деформа­ ционной способности. Это приводит к тому, что к материалу ли­ стовых конструкций предъявляются повышенные требования по характеристикам пластичности по сравнению с материалом дру­ гих конструкций.

Листовые конструкции имеют большую протяженность свар­ ных швов, что способствует применению при их изготовлении ав­ томатических методов сварки.

§ 41. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТОНКИХ ОБОЛОЧЕК

Основными несущими элементами листовых конструкций являются оболочки и пластинки. Так, например, корпусы раз­ личных газгольдеров, резервуаров, котлов, трубопроводы боль­ ших диаметров, кожухи доменных печей обычно являются обо­ лочками. Листовые настилы, плоские переборки, стенки бунке­ ров, плоские днища сосудов являются пластинками. Толщина обо­ лочек и пластинок, применяемых в листовых конструкциях, обычно мала по сравнению с другими их габаритными размерами. Это дает возможность при расчете листовых конструкций рассмат­ ривать их напряженное состояние не как объемное (трехосное), а как плоскостное (двухосное). Такое допущение является справед­ ливым в случаях, когда толщина оболочки не превосходит 1 / 2 0 от величины ее радиуса кривизны, а толщина пластинки не пре­ восходит 1/5 от наименьшего размера в ее плоскости.

Расчет тонкостенных оболочек основывается на безмоментной теории, построенной на предположениях о том, что оболочки яв­ ляются гибкими и не могут оказывать сопротивления действию изгибающих и крутящих моментов. Предполагается , что напря­ жения в такой безмоментной оболочке (рис. 9.1, а) распределяются равномерно по толщине. Это справедливо для участков оболочки, удаленных от мест, где возможна концентация напряжений.

Рассматривая условия равновесия бесконечно малого элемента, вырезанного из оболочки (рис. 9.1, б), можно, спроектировав все

♦

действующие силы на нормаль к поверхности, составить следую щее уравнение:

Здесь p — расчетное давление на единицу поверхности оболочки; о 1— напряжение вдоль образующей (или меридиональное на­ пряжение); а2— напряжение в кольцевом направлении (или

оболочки; s — толщина оболочки.

Полученное уравнение называется уравнением Лапласа. Оно содержит две неизвестные величины а± и а2. Второе уравнение, необходимое для их определения, может быть получено при рас­ смотрении условий равновесия по параллельному кругу радиуса г (сечение аа, рис. 9.1, а).

Проектируя все силы на ось вращения оболочки будем иметь

2 nrscr1 sin ß = nr2p.

Выражая радиус параллельного круга через радиус кривизны поверхности,

Из этих двух уравнений можно найти напряжение в кольцевом