НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ ПРИРОДООХОРОННОГО І
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ ПРИРОДООХОРОННОГО І
КУРОРТНОГО БУДІВНИЦТВА
Ажермачов Сергій Геннадійович
УДК 624.114.024:62 – 192:003.13
Зниження металоємності і підвищення довговічності
металевих конструкцій технологічних палуб
морських платформ
05.23.01 – будівельні конструкції, будівлі і споруди
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Сімферополь – 2005
Дисертація є рукописом.
Робота виконана в Національній академії природоохоронного і курортного будівництва Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Пермяков Володимир
Олександрович. Київський національний
університет будівництва і архітектури, завідувач
кафедрою “Металевих і дерев'яних конструкцій”.
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Мущанов Володимир
Пилипович. Донбаська національна академія
будівництва і архітектури, проректор по науковій роботі,
завідувач кафедрою “Теоретична і прикладна
механіка”.
Кандидат технічних наук, доцент Рижаков Микола
Миколайович. Головний фахівець з гідротехнічних
споруд інституту НДПІшельф м. Сімферополя.
Провідна організація: Одеська державна академія будівництва і
архітектура, кафедра металевих і дерев'яних
конструкцій.
Захист відбудеться “____” ________ 2005 р. о “ ” годi на засіданні спеціалізованої ученої ради Національної академії природоохоронного і курортного будівництва за адресою 95006 р. Сімферополь вул. Павленко 5, до. 102, зал засідань.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національної академії природоохоронного і курортного будівництва за адресою 95006 м. Сімферополь вул. Павленко 5.
Автореферат розісланий “____” ________ 2005.
Вчений секретар спеціалізованої ради А.А. Рубель.
Загальна характеристика роботи
Актуальність теми дисертації. В паливно-енергетичному балансі всіх країн нафта і газ займають виключно важливе значення. В даний час основний об'єм вуглеводнів, у тому числі і на Україні, здобувається на материкових родовищах. Проте, материкові родовища нафтопродуктів України характеризуються обмеженими запасами. Потенційні ресурси збільшення запасів вуглеводневої сировини геологи пов'язують з пошуком і експлуатацією нафтогазоносних структур на шельфі Чорного і Азовського морів.
У даний час більше 100 країн світу ведуть розвідку і видобуток нафти і газу на шельфі морів. Окремі країни повністю задовольняють свої потреби в нафтопродуктах за рахунок морських свердловин (Англія, Норвегія).
Загальний щорiчний видобуток нафти в світі досягає 3000 млн. тонн, з них 900 млн. т. видобувається на морському шельфі.
Розвідка і видобуток вуглеводнів на шельфі ведеться, як правило, з використанням спеціальних споруд – морських платформ, які можуть бути стаціонарними або рухомими, виготовленими із сталі або залізобетону, висотою від декількох десятків до декількох сотень метрів. Незалежно, з якого матеріалу виготовлені опорні конструкції платформ, технологічні палуби для розміщення устаткування і побутових приміщень завжди виконуються із сталі. Матеріаломісткість технологічних палуб досягає 500010000 т. Дослідження таких споруд значно відстають від вимог практики. Спостерігається зайва витрата сталі при не завжди забезпеченій надійності і довговічності.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основні дослідження виконувалися відповідно до ухвали Кабінету Міністрів України № 1141 від 17 вересня 1996 р. “Про освоєння вуглеводневих ресурсів українського сектора Чорного і Азовського морів” і в рамках виконання робіт за завданням інституту гідродинаміки Академії наук України у напрямках:
1.
Розробка конструктивно-компонувальних схем морських стаціонарних платформ для умов шельфу України. (Держ. реєстр. N0197U015931)
2.
Розробка технічних пропозицій на льодостiйку стаціонарну платформу для освоєння ресурсів нафти і газу Азово-чорноморського шельфу. (Держ. реєстр. N0197U017063)
3.
Розробка конструктивних рішень морських споруд для розвідки і видобутку вуглеводнів на шельфі Чорного моря при глибині Н
100 м. ( Держ. реєстр. N0104U003267)
У дисертації автором досліджені особливості оптимальної компоновки балочних клітин технологічних палуб морських платформ; запропоновані конструктивні рішення, якi забезпечують зниження матеріаломісткості палубних конструкцій; розроблені розрахункові моделі, що дозволяють оцінити можливість використання сталей різної міцності з урахуванням концентраторів напружень залежно від заданої довговічності, а також розрахункова модель, що відображає дійсну роботу зварних швів в комбінованих зварних з'єднаннях при циклічних навантаженнях.
Мета досліджень – понизити металоємність i забезпечити задану довговiчнicть на основi вдосконалення конструктивних рішень палубних конструкцій морських платформ, а також врахування спільної роботи сталевого настилу і ефективних підкріплюючих елементів та вибору марки сталі.
Задачі досліджень:
1. Розробити методику розрахунку палубних конструкцій з використанням в якостi підкріплюючих елементiв симетричних, несиметричних, гофрованих і попередньонапружених профілів.
2. Розробити методику оцінки можливості використання сталей різної міцності і допустимих значень концентраторів напружень з урахуванням заданої довговічності конструкцій.
3. Запропонувати розрахункову модель комбінованих зварних з'єднань з урахуванням дійсної роботи флангових і лобових зварних швів при циклічних навантаженнях, що дозволяє підвищити довговічність з'єднання.
Об'єкт дослідження – технологічні палуби морських платформ для розвідки і видобутку вуглеводнів на шельфі морів.
Предмет досліджень – настил палуби i пiдкрiплюючi його елементи.
Методи досліджень:
-
класичні методи теорії пружності, опору матеріалів.
-
експериментальні методи:
а) фізичний експеримент;
б) математичне моделювання.
Наукову новизну одержаних результатів складають:
- залежності визначення оптимальних розмірів підкріплюючих настил елементів і відстаней між ними з умови пружної і пружнопластичної роботи матеріалу;
- прямий метод визначення площі стінки і вільного пояса в несиметричному підкріплюючому профілі;
- вперше запропоновано використовувати профілі з гофрованими стінками для підкріплюючих настил елементiв, якi забезпечують зниження металоємності за рахунок меншої товщини стінки і відмови від ребер жорсткості, а також підвищення довговічності за рахунок відмови від зварних швів, якi прикріплюють ребра жорсткості, і зменшення концентраторів напружень;
- запропонований підхід до визначення довговічності і допустимих значень коефіцієнтів концентрації напружень для конструкцій з різних марок сталей;
- розрахункова модель комбінованих зварних з'єднань з урахуванням дійсної роботи флангових і лобових зварних швів при циклічних навантаженнях, що дозволяє підвищити довговічність з'єднання.
Практичне значення одержаних результатів дозволяє:
1.
Понизити металоємність палубних конструкцій за рахунок оптимального розподілу ефективних підкріплюючих елементів і регулювання зусиль в основних несучих конструкціях на 15 – 20 % у пiдкрiплюючих елементах.
2.
Забезпечити задану довговічність металевих конструкцій і зварних з'єднань з різних марок сталей.
Результати досліджень використані інститутом НДПІ шельф при розробці проектів морських платформ для незамерзаючих і замерзаючих морів Азово-чорноморського басейну і інших регіонів.
Особистий внесок претендента полягає в наступному:
1.
Запропонована наближена методика розрахунку, що дозволяє при розробці проектів палубних конструкцій понизити витрату металу на 15 – 20 % у пiдкрiплюючих елементах.
2.
Розроблені конструктивні рішення підкріплюючих елементів, що дозволяють підвищити жорсткість палубного настилу.
3.
Запропонована методика визначення зусиль в балках з вертикально-гофрованими стінками при їх попередньому напруженнi затягуванням.
4.
Експериментально перевірена передумова підвищення жорсткості балок з гофрованими стінками за рахунок роботи на вигин поясів в площині найбільшої жорсткості.
5.
Розроблена методика визначення довговічності і допустимих значень коефіцієнтів концентрації напружень для конструкцій з різних марок сталей.
6.
Розроблена розрахункова модель, що відображає дійсну роботу лобових і флангових швів в комбінованих зварних з'єднаннях при циклічних навантаженнях.
Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації доповiдалися і обговорювалися:
1.
На міжнародних конференціях: “Морські споруди континентального шельфу” м. Севастополь, 1989 р.; “Зварні конструкції” м. Київ, 1990 р.; “Сучасні проблеми відновлення і реконструкції будівель і споруд” Крим – Артек, 2002 р.; “Теорія і практика металоконструкцій” Донецьк – Макіївка, 1997 р.; “Захист вiд коррозii i монiторинг залишкового ресурсу промислових будiвель, споруд та iнженерних ятерів” м. Донецьк, 2003 р.
2.
На українських конференціях: “Перспективи розвитку і шляхи підвищення ефективності вживання легенів і особо легких металевих конструкцій” м. Житомир, 1984 р.; “Проблеми комплексної забудови Південного берега Криму” м. Сімферополь, 1988 р.; “Розвиток, вдосконалення і реконструкція спеціальних зварних сталевих конструкцій будівель і споруд” м. Черноморськ, 1988 р. ; “Будівництво і проблеми екології” м. Сімферополь, 1991 р.; “Питання надійності і оптимізації будівельних конструкцій і механізмів” м. Севастополь, 1991 р.; “Формування навколишнього середовища на урбанізованих територіях Криму” м. Сімферополь, 1996 р.
3.
На науково – технічних конференціях Національної академії природоохоронного і курортного будівництва, 1996 – 2004 рр.
Публікації. Основні положення і результати дисертації опубліковані в 21 друкарській роботі, у тому числі 13 в наукових спеціальних виданнях і матеріалах міжнародних конференцій, одержаний патент Росії. Кількість публікацій без співавторів 14 найменувань.
Структура і об'єм роботи. Дисертація складається зi вступу, чотирьох розділів, списку використаної літератури (151 найменування) і додатку. Робота викладена на 175 сторінках машинописного тексту, у тому числі 110 сторінок основного тексту, 39 повних сторінок з малюнками і таблицями, 15 сторінок списку літератури, 11 сторінок додатку.
Основний зміст роботи
У вступу викладена загальна характеристика роботи; названі актуальні задачі, з рішенням яких пов'язано досягнення мети дослідження; перераховані нові результати, які
вдалося одержати; відомості про впровадження цих результатів; відомості про виступи автора роботи перед науковою громадськістю і публікації, відомості про структуру і об'єм дисертації.
У першому розділі показано конструктивне рішення технологічних палуб морських платформ для розвідки і видобування вуглеводнів на континентальному шельфі. Розглянута підвищена металоємність палубних конструкцій, показані способи підкріплення палубного настилу. Показана роль вітчизняних учених у створенні ефективних профілів, що згинаються: Н.А. Белелюбського, В.М. Вахуркiна, В.Н. Зелатрова, Я.А. Каплуна, Б.Г. Ложкiна, Б.П. Михайлова, П.Ф. Папковича і ін.
Розробкою законів зміни маси конструкцій займалися Е.І. Беленя, Я.М. Ліхтарников, Е.О. Патон, В.А. Пермяков, Н.П. Пузиревський, Н.С. Стрілецький, В.В. Трофимович і ін. Показані особливості працювання палубних конструкцій морських платформ. Розглянуто випадки недостатньої довговічності зварних з'єднань і конструкцій палуб морських платформ.
У другому розділі розглядаються підходи створення конструкцій і споруди в цілому, як пошук самих оптимальних конструктивних рішень палубних конструкцій з позиції їх економічності. Задача ускладнюється тим, що доводиться розглядати вплив багатьох чинників; вибір схеми споруди i ефективних профілів, якi підкріплюють настил елементів; визначення вiдстаней між ними; вибiр марок сталей і конструктивних форм вузлів з'єднання елементів; регулювання зусиль в окремих елементах конструкцій, а також багато інших питань. Цю задачу можна вирішити, використовуючи закони оптимізації. Капітальні роботи по оптимізації металевих конструкцій виконані вiдомими вченими Н.С. Стрілецьким, І.М. Рабіновічем, А.І. Віноградовим, Я.М. Ліхтарниковим, Я.І. Ольковим, В.А. Пермяковим, Ю.А. Радцигом, В.В. Трофімовічем, А.А. Чирасом та ін.
Значний внесок в развиток теорії оптимального проектування внесли Е.І. Беленя,
В.В.Бирюльов, В.М.Гордєєв, Е.В.Горохов, М.П.Мельніков, В.П.Мущанов, О.О.Нілов, А.В.Перельмутер, В.В.Стоянов, В.С.Шебанін, В.М.Шимановській, W.Prager і ін.
Роботи вказаних вчених і інших авторів дозволяють в даний час вирішувати задачі про раціональний розподіл матеріалу для профілів тієї або іншої форми, одержувати оптимальні параметри геометричних схем для ряду конструкцій і споруд.
З урахуванням вищевикладеного розроблені варіанти балочних клітин технологічних палуб морських платформ залежно від товщини настилу, відстані між підкріплюючими елементами – стрингерами, перетину стрингеров, розміру перетину ригелів, відстані між ригелями і прольоту ригелів, симетричного i несиметричного перетину пiдкрiплюючих елементiв з урахуванням роботи матеріалу в пружній і пружньопластичнiй стадіях.
Настил технологічних палуб, як правило, є верхнім поясом підкріплюючих ригелів. Перетин ригеля виходить несиметричним. В роботі приводяться формули прямого визначення сумарного значення площі стінки і вільного пояса з умови міцності.
і з умови жорсткості
Після цього площа нижнього пояса визначається просто.
Розглянута спільна робота палубного настилу і підкріплюючих його елементів при дії поперечного навантаження. Унаслідок вигину підкріплюючих елементів кромки їх стінок, якi пов'язані з настилом, деформуються, стискаються або розтягуються і, впливаючи на настил дотичними напруженнями, примушують його зазнавати в місці з'єднання ту ж саму поздовжню деформацію. Одержані від підкріплюючих елементів дотичнI напруження розподIляються по ширині примикаючого настилу, поступово зменшуються. Наявністю цих дотичних напружень і пов'язаних з ними зсувів викликається непостійність поздовжніх деформацій по ширині настилу, що указує на зміну редукційного коефіцієнта.
У розділі 3 розглядаються ефективні профілі підкріплюючих балочних конструкцій, якi дозволяють значно понизити металоємність палубних конструкцій, зменшити об'єм зварювальних робіт, підвищити довговічність конструкцій.
Одним з перспективних профілів для підкріплення настилу можуть бути елементи з вертикально-гофрованими стінками. Вперше для балочних конструкцій такий профіль запропонував В.Н. Горнов в 1937 р., але він виявився у той час не технологічним. З широким розвитком зварки проблема виготовлення таких балок була знята. Вони виявилися достатньо технологічними у виготовленні. Більш економічними по витраті металу: за рахунок зменшення товщини стінки в 2-4 рази, за рахунок відмови від поперечних і подовжніх ребер жорсткості для забезпечення місцевої стійкості стінки. Більш довговічними при циклічних навантаженнях за рахунок зменшення концентраторів напружень і початкових зварювальних напружень, які утворюються в результаті приварювання поперечних і подовжніх ребер жорсткості. Виготовлення таких балок може проводитися на напівавтоматизованих потокових лініях заводів металоконструкцій. Такий досвід вже є. Дослідженням балок з гофрованими стінками займалися в НІБI і Казахському відділенні ЦНДЇПСЬК (Г.А. Ажермачев, Г.М. Остріков, Ю.С. Максимов, В.В. Долінський), в УПІ (Я.И. Ольков і А.Н. Степаненко), в ЛІБI (В.А. Трулль, О.П. Старих, С.Б. Бономанко), в КНУБА (П.І. Семенов, А.А. Нiлов, М.В. Лазнюк) і ін.
Завдяки хорошим показникам роботи на статичні і динамічні навантаження, ці балочні конструкції знаходять використання як ригелі сейсмостійких сталевих каркасів, підкранових балок і т.п.
У дисертації розглянута робота балок з гофрованими стінками; показано, що ці балки мають більшу жорсткість в порівнянні з балками з плоскими стінками, за рахунок ефекту вигину пояса в своїй площині, в результаті дії на нього зони гофрованої стінки, яка приварюється до нього.
У результаті загальні поздовжні деформації поясів і вертикальнI прогини таких балок є меншi за прогини балок з плоскими стінками, що видно з експериментальних досліджень поздовження пластин з привареними прямолінійними і криволінійними стрижнями (мал. 1). Поздовження проекцiї нейтральної осi пластини, підкріпленої привареним прямолінійним стрижнем (у балці з плоскою стінкою) можна виразити залежнiстю:
Загальне поздовження проекцiї нейтральної осi пластини, підкріпленої привареним криволінійним стрижнем запишеться:
Мал. 1. Експериментальні дослідження підкріплених пластин
Момент (М) і поперечна сила (Q) виникають при розтязі зразка, посиленого криволінійним стрижнем, коли стрижень прагне переміститися до нейтральної осі пластини, зменшуючи проекцiю нейтральної осi.
Це підтверджують експериментальні дослідження, які проводилися на таких пластинах, а також розрахунок математичних моделей пластин, посилених стрижнями 2d=8, 12, 16 мм, з використанням ПК “Ліра”.
Одержано рішення для визначення зусиль в елементах балки з гофрованою стінкою при її попередньому напруженнi затягуванням.
Вираз для визначення зусиль в ненапруженому поясі:
Зусилля в напруженому поясі:
.
Зусилля в гофрованій стінці
Використання попередних напружень у консольних балках з гофрованими стінками в проекті технологічної палуби для арктичних умов дозволило одержати економію сталі 36 % і зварних швів 70 % в порівнянні із звичайними зварними балками. При цьому довговічність балок збільшилася за рахунок відмови від ребер жорсткості і зварних швів (зменшилася кількість концентраторів напружень, а місцева стійкість стінки забезпечувалася гофрами), що особливо сприятливе при експлуатації конструкцій в умовах низьких температур.
Розглянуті також межі, в яких застосовуються розрахунки палубних конструкцій, отриманих з використанням припущення пружної роботи матеріалу і за межами пружності.
У четвертому розділі розглядається довговічність конструкцій і зварних з'єднань палуб морських платформ, виконаних з різних марок сталей при циклічних навантаженнях. Особливу увагу звернено використанню сталей підвищеної і високої міцності в конструкціях схильних до навантажень, що викликають циклiчнi напруження вище розрахункових значень.
Це пов'язано з тим, що навантаження на технологічні палуби зростають, розмір палуб збільшується і фахівці все частіше застосовують для основних несучих конструкцій сталі підвищеної і високої міцності. Проте відомо, що межа утомленості для таких сталей зростає не пропорційно межі текучості. Тому виникає проблема – забезпечення заданої довговічності конструкції із сталей високої міцності, схильних до динамічних навантажень. Ця проблема особливо загострюється, коли в конструкціях, виготовлених з високоміцних сталей, присутні концентратори напружень. При високих значеннях коефіцієнтів концентрації напружень ефективність вживання сталей високої міцності знижується. І тим значніше, чим вище робочі напруження і чим більше період присутності високих напружень.
На довговічність конструкцій і зварних з'єднань палубних конструкцій великий вплив мають концентратори напружень. У роботі одержані залежності, що дозволяють визначити допустимі значення коефіцієнтів концентрації напружень для різних марок сталей з умови, щоб довговічність конструкцій з урахуванням коефіцієнта концентрації напружень забезпечувалася на протязi заданого періоду. Для сталей високої міцності зростання коефіцієнта концентрації напружень з умови забезпечення заданої довговічності конструкції при збільшенні періоду роботи у важкому режимі відбувається швидше, ніж для маловуглецевих сталей.
Одержані залежності зміни довговічності конструкцій з різних марок сталей залежно від величини початкових напружень від постійних навантажень.
Вирішено питання про вибір марки сталі для конструкцій залежно від періоду, протягом якого вони працюватимуть в екстремальних умовах при заданій довговічності.
Відповідно до сталих уявлень вважають, що схема роботи лобових і флангових швів однакова. І при визначенні напружень у зварних швах (у комбінованому зварному з'єднанні) діюче зусилля відносять до їх загальної площі. При статично прикладеному навантаженні несуча здатність такого з'єднання достатньо добре підтверджується експериментально. Проте, при динамічних навантаженнях робота лобових і флангових швів різна. Лобові шви працюють на розтягування в умовах високої концентрації напружень, флангові шви працюють на зсув. Відмінність в роботі лобових і флангових швів приводить до відмінності їх жорсткості. Тому при динамічних навантаженнях сдвиговые деформації зсуву елементів викликають різні напруження в лобових і флангових швах. В лобових швах напруження зростають швидше і в зонах концентраторів напружень швидше з'являться пластичні деформації, які приводять до появи втомних тріщин і, зрештою, викликають крихке руйнування всього з'єднання.
На підставі проведених досліджень пропонується граничну несучу здатність комбінованого зварного з'єднання при дії динамічного навантаження визначати по формулі
,
,
де Rwf(Rwz) – розрахунковий опір кутових швів.
і - відповідно коефіцієнти концентрації напружень для лобових і флангових швів;
Gфш і Gлш – жорсткості при зсувi для флангових і лобових швів;
Висновки
1. Проведений аналіз конструктивних рішень технологічних палуб морських платформ показує значну витрату сталі через нераціональне розподiлення підкріплюючих елементів і відстаней між ними, а також недостатню довговічність елементів і зварних з'єднань.
2. Результати досліджень дозволили одержати оптимальні перетини підкріплюючих настил елементів і відстані між ними при роботі металу в пружній і пружнопластичнiй стадіях.
3. Вперше запропоновані для підкріплюючих настил елементiв профілі з вертикально гофрованими стінками, якi забезпечують зниження металоємності і підвищення довговічності палубних конструкцій.
4. Використання оптимальних підкріплюючих настил профілів, регулювання зусиль в основних елементах дозволяє одержати економію сталі 15-20 % на підкріплюючі елементи.
5. Розроблена методика розрахунку, що дозволяє оцінити можливість використання сталі високої міцності в основних елементах залежно від заданої довговічності і величини коефіцієнта концентрації напружень.
6. Запропонована методика розрахунку комбінованих зварних з'єднань з урахуванням дійсної роботи флангових і лобових зварних швів при циклічних навантаженнях, що дозволяє підвищити довговічність зварних з'єднань.
Список опублікованих робіт
1. Ажермачев Г.А., Ажермачев С.Г. Предварительно напряженные балки с гофрированными стенками. // ИВУЗ “Нефть и газ”, 1984, №4, с. 87 – 90.
2. Ажермачев С.Г. Снижение металлоемкости посадочных площадок для вертолетов морских платформ. // Третья Украинская республиканская конференция по металлическим конструкциям “Перспективы развития и пути повышения эффективности применения легких и особолегких металлических конструкций” Житомир, Киев, 1984, с. 94.
3.
Ажермачев С.Г. Эффективность ребер жесткости для подкрепления настила морских платформ. // “Проблемы комплексной застройки Южного берега Крыма”. Материалы конференции. Симферополь, 1988, с. 211 – 212.
4.
Ажермачев С.Г. О регулировании напряжений в палубных конструкциях морских платформ. // Четвертая Украинская республиканская научно – техническая конференция по металлическим конструкциям “Развитие, совершенствование и реконструкция специальных сварных стальных конструкций зданий и сооружений”. Черноморск, Киев, 1988, с. 14.
5.
Ажермачев С.Г. Эффективность преднапряжения подкрепляющих элементов палубных настилов. // “Морские сооружения континентального шельфа”, Севастополь, 1989, с. 59 61.
6.
Ажермачев С.Г. Регулирование напряжений в сварных палубных конструкциях сооружений континентального шельфа. // Международная конференция “Сварные конструкции” Киев, 1990, с. 39 – 40.
7.
Ажермачев С.Г. Жесткость пластин, усиленных криволинейным стержнем. // “Освоение углеводородных ресурсов шельфа”. Сборник научных трудов. М. 1990, с. 24 – 29.
8.
Ажермачев С.Г. Способы эффективного регулирования напряжений в подкрепленных листовых конструкциях. // Материалы научно – технической конференции “Строительство и проблемы экологии”. Симферополь, 1991, с. 35.
9.
Ажермачев С.Г. Подкрепленные преднапряженные листовые конструкции и оптимальная компоновка подкрепляющих ребер. // Материалы 2 – й научно – технической конференции “Вопросы надежности и оптимизации строительных конструкций и механизмов”. Севастополь, 1991, с. 36.
10.
Ажермачев С.Г. Палубные конструкции МСП с предварительно напряженными подкрепляющими элементами. // “Нефтяные и газовые месторождения шельфа”. Сборник научных трудов. М. 1991, с.21 – 24.
11.
Ажермачев С.Г. Регулирование напряжений и изменение параметров сечений подкрепляющих элементов листовых палубных конструкций морских стационарных платформ. // “Нефтяные и газовые месторождения”. Сборник научных трудов. М. 1991. с. 25 – 28.
12.
Овраменко М.К., Ажермачев С.Г. Особенности определения редукционных коэффициентов в многопролетных сжатых сварных пластинах. // “Формирование окружающей среды на урбанизированных территориях Крыма”. Материалы научно – технической конференции т. III, Симферополь, 1996, с. 54.
13.
Овраменко М.К., Ажермачев С.Г. Повышение эффективности применения листового настила. “Формирование окружающей среды на урбанизированных территориях Крыма”. // Материалы научно – технической конференции т. III, Симферополь, 1996, с. 54 – 55.
14.
Пермяков В.А., Ажермачев С.Г. Повышение стойкости усталостным и хрупким разрушениям металлических конструкций палуб морских платформ. // Международная конференция “Теория и практика металлоконструкций”, Сборник научных трудов т. I. Донецк – Макеевка, 1997, с. 13- 14
15.
Ажермачев Г.А., Камаев В.Б., Ажермачев С.Г., Зайдман Г.В. Разработка базовых конструкций морских стационарных платформ для освоения нефтяных и газовых ресурсов континентального шельфа Украины. Крымский республиканский центр научно – технической и экономической информации. № 55-98. Симферополь, 1998. с. 1 – 4.
16.
Ажермачев С.Г. Определение надежности палубных конструкций и вертолетно – посадочных комплексов морских платформ. // Строительство и техногенная безопасность. Сб. науч. трудов. Вып. 4, КАПКС. Симферополь, 2001, с.37-52.
17.
Патент 2163874. Россия. Ажермачев Г.А., Козловский Л.К., Ажермачев С.Г., Козловский А.Л., Москва. 10.03.2001. с. 3.
18.
Ажермачев С.Г. К вопросу применения классической теории упругости при определении напряжений и деформаций в зонах концентрации напряжений. // Строительство и техногенная безопасность. Сб. науч. трудов Вып. 7, КАПКС, Симферополь, 2002, с. 16 – 18.
19.
Пермяков В.А., Ажермачев С.Г. Усталостная прочность сварных конструкций морских стальных платформ. // Строительство и техногенная безопасность. Сб. науч. трудов. Вып. 8. КАПКС. Симферополь, 2003, с. 41- 44.
20.
Ажермачев С.Г. Повышение надежности сварных конструкций морских платформ. // Матерiали мiжнародноi конференцii. Захист вiд корозii i монiторинг залишкового ресурсу промислових будiвель, споруд та iнженерних мереж. Донецьк. 2003, с. 409 – 413.
21.
Пермяков В.А. , Ажермачев С.Г. Прочность сварных соединений при кратковременных перегрузках. // Будiвництво в сейсмiчних районах України”. Киев – Ялта. 2004 р. с.501 – 504.
22.
Ажермачев С.Г. Приближенный способ определения общей массы палубных конструкций морских платформ. // Строительство и технологенная безопасность. Сб. науч. Трудов. Вып. 9. КАПКС. Симферополь, 2004. с. 11 - 16.
АНОТАЦIЯ
Ажермачев С.Г. Зниження металоємності і підвищення довговічності металевих конструкцій технологічних палуб морських платформ. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.23.01 – будівельні конструкції, будівлі і споруди.
Національна академія природоохоронного і курортного будівництва. Сімферополь. 2005.
Дисертація присвячена проблемі зниження металоємності і підвищенню довговічності металевих конструкцій технологічних палуб морських платформ.
Проведений аналіз конструктивних рішень підкріплюючих настил елементів технологічних палуб морських платформ показав зайву витрату металу при не завжди забезпеченій довговічності через нераціональне вживання профілів, що підкріплюють настил, і відстані між ними. Наводиться огляд наукових праць, якi мають великий вплив на розвиток і вдосконалення елементів, що згинаються. Сформульовані принципи підходів до створення економічних профілів для підкріплення палубних настилів і відстані між ними з умови роботи матеріалу в пружній і пружнопластичної стадії. Запропоновані прямі шляхи визначення площі перетину стінки і вільних поясів для несиметричних профілів. Розглянута картина спільної роботи настилу і підкріплюючих його елементів при вертикальному навантаженні.
Показана ефективність використання профiлiв з вертикально гофрованими стінками для пiдкрiплюючих згинних елементiв конструкцiї платформ.
Розроблена методика оцінки можливості використання в палубних конструкціях сталей високої міцності при циклічних навантаженнях з урахуванням заданої довговічності і величини концентраторів напружень. Наводиться методика визначення несучої здатності комбінованих зварних з'єднань з урахуванням дійсної роботи лобових і флангових швів при циклічних навантаженнях.
Ключові слова: морські платформи, технологічні палуби, настил, підкріплюючі елементи, металоємність, довговічність, втомні руйнування, концентратори напружень, високоміцні стали, зварні з'єднання.
АННОТАЦИЯ
Ажермачев С.Г. Снижение металлоемкости и повышение долговечности металлических конструкций технологических палуб морских платформ. – Рукопись.
Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01. – строительные конструкции, здания и сооружения.
Национальная академия природоохранного и курортного строительства. Симферополь. 2005.
Диссертация посвящена проблеме снижения металлоемкости и повышению долговечности металлических конструкций технологических палуб морских платформ.
Проведенный анализ конструктивных решений подкрепляющих настил элементов технологических палуб морских платформ показал завышенный расход металла при невсегда обеспеченной долговечности. Дается обзор научных трудов, оказавших влияние на развитие и совершенствование изгибаемых элементов. Изложены принципы подходов к созданию экономичных профилей для подкрепления палубных настилов и расстояния между ними из условий работы материала в упругой и упруго-пластической стадиях. Предложены прямые пути определения площади сечений стенки и свободных поясов для несимметричных профилей. Рассмотрена картина совместной работы настила и подкрепляющих его элементов при вертикальной нагрузке.
Показана эффективность применения в качестве подкрепляющих изгибаемых элементов профилей с вертикально гофрированными стенками, обладающими:
-
меньшей металлоемкостью за счет уменьшения толщины стенки в 2-4 раза и за счет отказа от применения поперечных и продольных ребер жесткости для обеспечения ее местной устойчивости;
-
более высокой долговечностью за счет отсутствия концентраторов напряжений и начальных сварочных напряжений в результате наложения сварных швов при прикреплении ребер жесткости;
-
более высокими энергопоглощающими способностями, чем балки с плоскими стенками.
Эффективность применения балок с гофрированными стенками повышается при регулировании в них усилий.
Размер технологических палуб увеличивается, возрастают нагрузки, все чаще начинают применять для основных несущих конструкций стали повышенной и высокой прочности. Однако, стали высокой прочности очень чувствительны к концентраторам напряжений, особенно при циклических нагружениях. Этот недостаток резко снижает долговечность конструкций из таких сталей. В диссертации разработана методика оценки возможности применения в палубных конструкциях сталей повышенной и высокой прочности в зависимости от заданной долговечности и величины значений концентраторов напряжений. Дается методика определения несущей способности комбинированных сварных соединений с учетом действительной работы лобовых и фланговых швов при циклических нагрузках.
Ключевые слова: морские платформы, технологические палубы, настил, подкрепляющие элементы, металлоемкость, регулирование усилий, долговечность, усталостные разрушения, концентраторы напряжений, высокопрочные стали, сварные соединения.
SUMMARY
Agermachev S.G. Decline of metal consumption and increase of longevity of metallic constructions of technological decks of marine platforms. – Manuscript.
Dissertation on competition of scientific degree of candidate of engineering sciences on speciality 05.23.01 – build constructions, buildings and buildings.
National academy of nature protection and resort building. Simpferopol. 2005.
Dissertation is devoted to the problem of decline of metal consumption and increase of longevity of metallic constructions of technological decks of marine platforms.
The conducted analysis of structural decisions of elements of technological decks of marine platforms supporting flooring showed the overpriced expense of metal at not always well-to-do longevity.
The review of scientific labours having influence on development and perfection of the bent elements is given. Principles of approaches to creation of economical types for the reinforcement of the deck floorings and distance between them from the condition of work of material in resilient and elastic plastical stage are expounded. The direct paths of decision of area of section of wall and free belts for asymmetrical types are offered. The picture of joint work of flooring and elements supporting it at the vertical loading is considered.
Efficiency of application as the supporting bent elements of types with the apeak corrugated walls is shown.
The method of estimation of possibility of application in deck constructions of steel high durability at the cyclic loadings taking into account the set longevity and size of stress concentrators is developed. The method of decision of bearing strength of the combined welded connections taking into account actual work of frontal and flanking stitches at the cyclic loadings is given.
Keywords: marine platforms, technological decks, flooring, supporting elements, metal consumption, longevity, tireless destructions, stress concentrators, high-strength steels, welded connections.
