Анализ напряженно-деформированного состояния резервуара при развитии осадок вследствие оттаивания мерзлого грунта

Abstract

Актуальность. В настоящее время оценка напряженно-деформированного состояния резервуаров, расположенных на многолетнемерзлых грунтах, является важной задачей для предупреждения аварий и разливов нефти и нефтепродуктов, что может повлечь за собой серьезные экологические последствия. В статье подробно рассматривается влияние различных нагрузок, в том числе осадки грунта, возникающей в результате оттаивания многолетнемерзлого грунта. Причиной увеличения зоны оттаивания грунта является повышение средней годовой температуры воздуха, что становится все более актуальной проблемой в условиях глобального изменения климата. Цель. Анализ влияния коэффициентов постели основания под резервуаром и величины просадки на напряженно-деформированное состояние резервуара вертикального стального. Методы. Разработана упрощенная модель резервуара, с помощью которой были получены зависимости напряженно-деформированного состояния от таких важных параметров, как гидростатическое давление продукта, границы непросадочного и просадочного грунта в основании резервуара, а также величины коэффициентов постели грунта на сжатие. Эта модель позволила определить наиболее значимые факторы при расчете, влияющие на напряженно-деформированное состояние резервуара при осадке. В дальнейшем полученные результаты исследования позволят провести уточненные расчеты напряженно-деформированного состояния элементов резервуара, что будет иметь критическое значение при оценке устойчивости конструкции при осадке основания, а также обеспечит эффективность эксплуатации резервуаров. Результаты. Получены зависимости эквивалентных напряжений в стенке и в днище резервуара при различном отношении коэффициента постели оттаявшего и мерзлого грунта, а также от величины зоны оттаивания. Напряжения в стенке резервуара в большей степени зависимы от высоты налива продукта - вес параметра 77 %, однако разница коэффициентов постели грунтов также оказывает значительное влияние - 18 %. На напряжения в днище резервуара изменение коэффициентов постели грунта уже влияет в большей степени (50 %), чем нагрузка от гидростатического давления (38 %)

Relevance. At present, the assessment of the stress-strain state of tanks located on permafrost soils is an important task to prevent accidents and spills of oil and petroleum products, which may entail serious environmental consequences. This paper discusses in detail the effect of various loads, including ground settlement resulting from thawing of permafrost soil. The reason for the increase in the ground thawing zone is the growth in the average annual air temperature, which is becoming an increasingly urgent problem in the context of global climate change. Aim. To analyze the effect of bedding coefficients of the base under the tank and the amount of subsidence on the stress-strain state of a vertical steel tank. Methods. The authors have developed a simplified model of the tank. With the help of the model the authors obtained the dependences of the stress-strain state on such important parameters as hydrostatic pressure of the product, the boundaries of non-sagging and subsidence soil in the tank base, as well as the values of the bedding coefficients of the soil in compression. This model made it possible to determine the most significant factors in the calculation that affect the stress-strain state of the tank during settlement. In the future, the obtained results of the study will allow carrying out refined calculations of stress-strain state of the tank elements, which will be critical in assessing the stability of the structure during settlement of the base, as well as ensuring the efficiency of tank operation. Results. The dependences of equivalent stresses in the tank wall and in the tank bottom at different ratio of bedding coefficient of thawed and frozen soil, as well as on the size of the thawing zone were obtained. The stresses in the tank wall are more dependent on the height of the product filling - the weight of the parameter is 77%, but the difference in bedding coefficients of the soils also has a significant effect of 18%. The stresses in the tank bottom are already more affected by the variation of soil bed coefficients (50%) than by the hydrostatic pressure loading (38%)