Введение к работе
Актуальность темы. Наиболее распространенным типом резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов являются вертикальные стальные цилиндрические резервуары. В процессе эксплуатации резервуары подвергаются комплексу внешних воздействий: нагрузок, температур, коррозионных рабочих сред.
Коррозия приводит к потере материала несущих конструкций, к значительному изменению его кратковременных и длительных механических характеристик, что, в конечном итоге, приводит к существенному снижению их несущей способности, уменьшению надежности и сокращению долговечности.
Как показывает анализ данных по обследованию эксплуатирующихся резервуаров, коррозионные повреждения являются причиной 60-70 % случаев отказа резервуарных конструкций.
Для сохранения резервуарного парка РФ, повышения его эксплуатационной надежности и долговечности необходимо совершенствование существующей и разработка ряда новых элементов системы управления эксплуатацией резервуарных конструкций. Важнейшей проблемой в системе управления эксплуатацией резервуарных конструкций является разработка методов расчетной оценки и анализа поведения несущих элементов сооружения, учитывающих влияние дефектов и повреждений на их несущую способность и долговечность при эксплуатации, разработка методик оценки выработанного и прогноза остаточного ресурса как отдельных наиболее нагруженных конструктивных элементов так и всего сооружения в' целом совершенствование су-чествующих и рвзрэ-боткз, новых методов противокоррозионной зншиты прзервуаров Лля оценки несттей способности и долгояриности пр-зервуарных конструкций в условиях их взаимодействия с коооозион-но-активными сомами необходимо оазоаботать расчетные методики описыв— HeHHO-.eZMLBLoe состояние oleoBvaZx констоукпийи учитываюшекак воалейст^е ягпегги^ой сп! тж и зданыГсюйства мтиГ Д агрессивной ср-ды,
Чтобы выбрать из множества существующих моделей коррозионного износа наиболее оптимально описывающие его фактический характер в конкретных условиях эксплуатации отдельного резервуара или группы однотипных по условиям эксплуатации резервуаров, необходимо провести большую работу по систематизации информации о моделях
деформирования резервуарных конструкций, о применяемых материалах и их механических характеристиках. Для решения этих задач в настоящее время начинают применяться компьютерные технологии, создаются банки данных по материалам и их механическим характеристикам, по экспериментальным данным о влиянии коррозионных сред на механические характеристики материалов и поведение резервуарных конструкций, по моделям их коррозионного износа, по моделям деформирования и разрушения.
' Анализ технического состояния вертикальных стальных цилиндрических резервуаров свидетельствует о том, что средний возраст сооружений постоянно растет, а ремонтные мероприятия, осуществляемые в настоящее время, полностью не обеспечивают восстановления их несущей способности, следствием чего стала устойчивая тенденция нарастания разрушений резервуарных конструкций и фактическая их аварийность превышает нормативные значения, а многие сооружения находятся в близком к аварийному состоянии.
Поэтому задачи разработки методик определения напряженно-деформированного состояния резервуарных конструкций с дефектами и повреждениями как коррозионного, так и некоррозионного происхождения, методик расчета выработанного и прогноза остаточного ресурса, методов технической и экспертной диагностики, оценки технического состояния, создания баз и банков данных, организации работ по проведению ремонтно-восстановительных работ и мероприятий по повышению их надежности являются весьма актуальными.
Тема диссертационной работы и полученные результаты соответствуют проблемам, решаемым в рамках проекта "Разработка методов прочностного расчета металлических и железобетонных конструкций, подверженных коррозионному разрушению" направления "Прочность и долговечность конструкций при нетрадиционных воздействиях, нарушающих внутренние связи материала" подпрограммы (раздела) "Динамика" межвузовской научно-технической программы "Поисковые и прикладные исследования высшей школы в приоритетных направлениях науки и техники" (1995-1997 гг.), а также в соответствии с темой
тонкостенных оболочечшх конструкций с учетом дефектов мм«-
Целью диссертационной работы является:
разработка структуры системы управления эксплуатацией ре-зервуарных конструкций с детализированной разработкой подсистемы прочностного мониторинга;
разработка структуры банков данных по моделям коррозионного износа и защитным покрытиям резервуарных конструкций;
построение расчетных моделей и разработка методик определения напряженно-деформированного состояния несущих элементов резервуара с учетом дефектов коррозионного происхождения;
разработка методики расчета устойчивости корпуса резервуара с распределенными коррозионными повреждениями и начальными геометрическими несовершенствами;
разработка каталога наиболее характерных дефектов и повреждений резервуарных конструкций и мероприятий по их устранению;
- разработка методик расчета усиления резервуаров.
Научая новизна заключается в следующем:
разработана система управления эксплуатацией резервуарных конструкций и важнейшая ее подсистема - прочностной мониторинг;
созданы банки данных по моделям коррозионного износа и по защитным покрытиям для резервуарных конструкций;
разработана методика расчета резервуара при коррозионном износе с учетом работы защитного покрытия;
разработаны методики оценки напряженно-деформированного состояния корпуса резервуара с учетом коррозионного износа;
разработана методика расчета корпуса резервуара на устойчивость с учетом коррозионных повреждений и геометрических несовершенств в виде осесимметричных вмятин;
разработан каталог дефектов и повреждений резервуарных конструкций с указанием вызвавших их причин, возможных последствий развития и инженерных мероприятий по их устранению;
разработаны расчетные методики усиления корпусов резервуаров с коррозионными'повреждениями;
разработаны программы для расчета напряженно-деформированного состояния сооружения при коррозионном износе с учетом работы защитного покрытия.
" 6 -
Достоверность результатов работы подтверждается применением известных методов расчета напряженно-деформированного состояния оболочечных конструкций; сопоставлением результатов расчета по предложенным математическим моделям коррозионного износа с рядом экспериментальных данных; сопоставлением полученных результатов расчетов напряженно-деформированного состояния с теоретическими и экспериментальными исследованиями, полученными другими авторами и решением ряда тестовых задач.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались: на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Саратовского государственного технического университета (1995-1998 гг.); Международном коллоквиуме "Производство и качество конструкций резервуаров" (Саратов, 1995г.); 1-й и 2-й Международной конференции "Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности металлических конструкций и методы их решения" (Санкт-Петербург, 1995 г., 1997 г.); на Международной конференции "Современные проблемы совершенствования и развития металлических, деревянных и пластмассовых конструкций" (Самара 1996 г ); на 6-й и 7-й межвузовских конференциях "Мате-матическое моделирование и краевые задачи" (Самара, 1996-1997 гг ); на научных семинарах IASS в Польше (Варшава 1996-1997 гг. ; на 52 Международной конференции профессоров научных работников, аспирантов и студентов "Технические ВУЗы - Республике" (Минск 1997 г ); на XXIX научно-технической конференции поаЛег-сооско-преподавательского состава научных работников аспирантов студентов российских вузов с,участием представителей посевных' строительных и пооизволственнш ооганизаций тенза \^7v
Тппо1шле^С стппи^іг^ГГЗім обо^ов^ии- Zo ппыГ плп6лр!ы Zonp" ГКямытин iSfiТГ JZT
В целом диссертационная работа докладывалась и обсуждалась на научном семинаре кафедры "Мосты и транспортные сооружения" (Саратов. 1997 г.) и кафедры "Железобетонные конструкции" Пензенской государственной архитектурно-строительной академии (Пенза, 1997 г.).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 30 публикациях, в том числе 2-х монографиях.
Объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, основных выводов, списка литературы из 235 наименований, 16 приложений и содержит 51 рисунок, 23 таблицы. Основное содержание диссертации изложено на 224 страницах машинописного текста.
На защиту выносятся:
структура системы управления эксплуатацией ревервуарных конструкций с детализированной разработкой подсистемы прочностного мониторинга;
структуры банков данных по моделям коррозионного износа резервуарных конструкций и по защитным покрытиям;
методика определения напряженно-деформированного состояния корпуса вертикального стального цилиндрического резервуара, подверженного коррозионному износу с помощью модифицированного метода А.М.Ляпунова;
методика расчета устойчивости корпусов резервуаров с коррозионными повреждениями распределенного характера и с геометрическими несовершенствами;
структура каталога по дефекаам и повреждениям резервуарных конструкций.
методики расчета усиления корпусов стальных цилиндрических резервуаров с распределенными коррозионными повреждениями.