13-12-05
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
1
Steel shell structures
COMPLEX STEEL STRUCTURES
13-12-05
2
LECTURE PLAN
STEEL SHELL STRUCTURES
TANKS
BINS AND SILOS
BIBLIOGRAPHY
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
13-12-05
3
STEEL SHELL STRUCTURES
TYPES OF STEEL SHELL STRUCTURES:
- tanks
- vertical
- horizontal
- sphere
- tower
- underground
- silos
- bins/containers
- pipelines
STEEL SHELL STRUCTURES =
= STRUCTURES MADE OF STEEL PLATES
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
13-12-05
4
PN-EN 1991-4:2003 „Eurocode 1. Action on structures. Action on
silos and tanks”
PN-EN 1993-4-1:2007 „Eurocode 3. Design of steel structures.
Part 4-1. Silos”
PN-EN 1993-4-2:2007 „ Eurocode 3. Design of steel structures.
Part 4-2. Tanks”
PN-EN 14015 „Specification for the design and manufacture of site
built vertical, cylindrical, flat-bottomed, above ground, welded, steel
tanks for the storage of liquids at ambient temperature and above”
API 650 Welded Steel Tanks for Oil Storage
STANDARDS:
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
5
PN-B-03210:1997 „Konstrukcje stalowe. Zbiorniki pionowe walcowe
na ciecze. Projektowanie i wykonanie”
PN-B-03211:1997 „Konstrukcje stalowe. Zbiorniki kuliste ciśnieniowe.
Projektowanie i wykonanie”
PN-B-03202:1996 „Konstrukcje stalowe. Silosy na materiały sypkie.
Obliczenia statyczne i projektowanie”
STANDARDS:
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
6
CYLINDRICAL VERTICAL STORAGE TANKS
PURPOSE:
- Storage of liquids like water, oil, petrol, etc.
CAPACITY: up to 100 000 m
3
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
7
Źródło [2]
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
CYLINDRICAL VERTICAL STORAGE TANKS
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
8
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
CYLINDRICAL VERTICAL STORAGE TANKS
FIXED ROOF
FLOATING ROOF
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
9
Źródło [1]
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
CYLINDRICAL VERTICAL STORAGE TANKS - DIMENSIONS
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
10
LOADS OF TANKS – HYDROSTATIC PRESSURE
FLUID DENSITY
ρ
(kN/m
3
):
petrol:
- aviation
7,0
- car
7,5
Fuel oil (heavy)
9,5
Molasses
13,6
Kerosene
8,2
Oil:
- mineral
9,5
- organic
9,3
Petroleum (crude oil)
8,5
Water
10,0
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
11
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
LOADS OF TANKS – WIND ACTION
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
12
Źródło [2]
Źródło [6]
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
LOADS OF TANKS – WIND ACTION
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
13
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
LOADS OF TANKS – WIND ACTION
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
14
For analysis characteristic values
can be taken:
• overpressure:
ρ
n
= 2,5 kPa
• underpressure:
ρ
p
= 0,5 kPa
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
LOADS OF TANKS – OVER AND UNDERPRESSURE
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
15
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
LOADS OF TANKS – TEMPERATURE
STEEL SHELL STRUCTURES
Storage temperature:
- asphalt procucts
140 – 170
o
C
- heavy oil 70
- 90
o
C
13-12-05
16
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
LOADS OF TANKS – TEMPERATURE
STEEL SHELL STRUCTURES
Risk of brittle fracture in low temperature
2
1
3
13-12-05
17
CALCULATION OF TANK SHELL / WALL
Shell plate thickness - design conditions
Shell plate thickness - test conditions
(3)
(4)
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
STEEL SHELL STRUCTURES
{
}
c
p
H
W
S
D
e
c
c
+
+
−
⋅
⋅
⋅
⋅
=
)
3
,
0
(
98
20
{
}
t
c
t
t
t
p
H
W
S
D
e
+
−
⋅
⋅
⋅
⋅
=
)
3
,
0
(
98
20
13-12-05
18
where:
e
c
– the shell thickness required for design conditions, [mm]
e
t
– the shell thickness required for test conditions, [mm]
D – tank diameter, [m]
S – allowable design stress, [N/mm
2
]
S
t
- allowable test stress, [N/mm
2
]
W – maximum design density of the contained liquid under storage
conditions , [kg/l]
W
t
– maximum design density of the test medium, [kg/l]
p – is the design pressure, [mbar]
p
t
– is the test pressure, [mbar]
c - corrosion allowance (can be taken as C
1
=0,04 - 0,06 mm / year)
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
CALCULATION OF TANK SHELL / WALL
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
19
DATA:
Tank capacity: 2000 m
3
h = 4 x 2000mm + 1 x 1000 mm = 9000 mm
D = 18000 mm
steel: S235
p = 25 mbar (overpressure)
p
t
= 0,0 mbar
H
c
= 7,00 m (plate ring no. 1)
c = 0,06 x 50 years = 3 mm
W = 1,1, x 0,75 = 0,83 kg/l (car petrol)
W
t
= 1,1 x 1,00 = 1,10 kg/l (water)
S = 0,667 x 235 = 156 N/mm
2
S
t
= 0,75 x 235 = 176 N/mm
2
Źródło [2]
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
CALCULATION OF TANK SHELL / WALL - EXAMPLE
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
20
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
CALCULATION OF TANK SHELL / WALL
STEEL SHELL STRUCTURES
Shell plate thickness - design conditions
Shell plate thickness - test conditions
{
}
{
}
mm
c
p
H
W
S
D
e
c
c
29
,
6
3
29
,
3
3
25
)
3
,
0
00
,
7
(
83
,
0
98
156
20
18
)
3
,
0
(
98
20
=
+
=
+
+
−
⋅
⋅
⋅
⋅
=
=
+
+
−
⋅
⋅
⋅
⋅
=
{
}
{
}
mm
p
H
W
S
D
e
t
c
t
t
t
69
,
3
0
,
0
)
3
,
0
00
,
7
(
10
,
1
98
176
20
18
)
3
,
0
(
98
20
=
+
−
⋅
⋅
⋅
⋅
=
=
+
−
⋅
⋅
⋅
⋅
=
mm
t
mm
e
e
t
c
0
,
7
29
,
6
)
69
,
3
;
29
,
6
max(
)
;
max(
=
→
=
=
13-12-05
21
Źródło [1]
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
CALCULATION OF TANK SHELL / WALL
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
22
TANK SHELL / WALL - PLATE CONNECTION
Źródło [2]
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
23
SHELL / WALL TO FIXED ROOF CONNECTION
Źródło [2]
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
24
Cross section area of a stiffener must satisfy two conditions:
2
2
f
dT
r
q
A
f
tg
γ
α
⋅
⋅
≥
⋅
⋅
∑
(3)
2
10
fn
nz
dT
r
A
f
tg
γ
ρ
α
⋅
⋅
⋅
≥
⋅
(4)
where:
Σγ
f
q – vertical loads with partial factors (snow and self weight), kPa,
ρ
nz
– overpressure in a tank, kPa,
α
- slope angle of a roof.
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
SHELL / WALL TO FIXED ROOF CONNECTION
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
25
Źródło [2]
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
FLOATING ROOF TANKS – WIND STIFFENER
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
26
(7)
where:
D – tank wall diameter, m,
H
f
– tank wall heigth, m
V
w
– the wind gust velocity, m/s (not less then 45 m/s)
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
[cm
3
]
Secondary stiffening rings must be provided if necessary (see PN-EN
14015:2004 section 9.3.3.).
Minimum section modulus Z, in [cm3] of the primary stiffening ring
shall be determined by the equation:
STEEL SHELL STRUCTURES
FLOATING ROOF TANKS – WIND STIFFENER
2
2
2
45
058
,
0
w
f
V
H
D
Z
⋅
⋅
⋅
=
13-12-05
27
PIPELINE CONNECTION – SHELL NOZZLES
a) tank with an internal corrosion protection,
b) tank without an internal corrosion protection,
Źródło [1]
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
28
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
PIPELINE CONNECTION AND COMPENSATOR
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
29
MANHOLES
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
STEEL SHELL STRUCTURES
Shell /wall manhole
– min. Ø600 mm
Roof manhole
- min. Ø600 mm (for rescue)
- min. Ø500 mm (for ventilation)
13-12-05
30
CLEAN-OUT DOORS
Źródło [1]
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
31
FOUNDATIONS
Źródło [2]
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
32
TANK BOTTOM
Źródło [2]
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
33
Źródło [2]
Źródło [1]
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
TANK BOTTOM
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
34
Źródło [2]
Źródło [2]
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
WALL TO BOTTOM CONNECTION
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
35
FLOATING ROOF
- single deck (Fig. a)
- double deck (Fig. b)
Źródło [2]
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
STEEL SHELL STRUCTURES
Rib stiffener arrangement
for deck membrane.
13-12-05
36
FLOATING ROOF – LOADS
The minimum pontoon volume shall be sufficient to keep the roof
floating on a liquid having a spacific gravity of 0,7, if:
a) any two adjacent compartments of the pontoon and the central
diaphragm are punctured and the main roof drain is considered to be
inoperative or,
b) it carries a load of 250 mm of rain water, calculated on the total
roof area and the main roof drain is considered to be inoperative,
The roof must be designed, so it can carry self load, life load, climatic
loads, etc., when it rests on the support legs.
STEEL SHELL STRUCTURES
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
13-12-05
37
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
Źródło [3]
FLOATING ROOF
STEEL SHELL STRUCTURES
Rib stiffener made of angle
(L)
membrane deformation
rolling ladder
ladder rail
Pontoon-membrane floating roof with a rolling ladder
13-12-05
38
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
39
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
FLOATING ROOF – SUPPORT LEGS
STEEL SHELL STRUCTURES
Źródło [www.astanks.com]
13-12-05
40
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
Źródło [3]
FLOATING ROOF – SUPPORT LEGS
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
41
FLOATING ROOF – MECHANICAL SEAL
Źródło [2]
Źródło [2]
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
42
Źródło [2]
Źródło [5]
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
FLOATING ROOF – RUBBER SEAL
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
43
FIXED ROOF
- self supporting (cone or dome)
- column supported
Źródło [2]
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
44
FIXED ROOF EQUIPMENT
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
STEEL SHELL STRUCTURES
Flame protection
Pressure valve
13-12-05
45
FLOATING COVER
Źródło [5]
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
Konstrukcje metalowe - Wykład 24
46
Fire of a tank
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
47
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
Fire at Czechowice-Dziedzice Refinery (26.06.1971)
37 people killed and 105 injured.
Ź
ród
ło: W
.
Go
rgo
lew
sk
i[
w
w
w
.gorpol.pl]
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
Konstrukcje metalowe - Wykład 24
48
A tank after fire
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
Konstrukcje metalowe - Wykład 24
49
Sprinkler installation (red) for cooling and i foam installation (yellow)
for fire extinguishing on a storage tank
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
Konstrukcje metalowe - Wykład 24
50
Action of sprinklers
Ź
ród
ło [www
.straz.s
zc
ze
ci
n.pl]
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
51
TANK EXAMPLES
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
52
TANK EXAMPLES
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
53
HORIZONTAL CYLINDRICAL TANKS
DIMENSIONS:
diameter: 1,40 – 3,20 m
length: 3 – 20 m
capacity: 3 – 150 m
3
PUROPSE:
- storage of water, petrol, oil, gases etc.
- overpressure up to 60 [kPa]
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
54
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
Gdański LPG Terminal
- 16 tanks:
length:
70,5 m
diameter: 5,6
m
capacity: 1652
m
3
total capacity of tanks:
13 200 t
Źródło [7]
STEEL SHELL STRUCTURES
HORIZONTAL CYLINDRICAL TANKS
13-12-05
55
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
Źródło [3]
HORIZONTAL UNDERGROUND CYLINDRICAL TANKS
- DRY SOIL
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
56
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
Źródło [3]
HORIZONTAL UNDERGROUND CYLINDRICAL TANKS
- WET SOIL
(GROUND WATER UNDER THE HALF OF TANK DIAMETER)
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
57
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
Źródło [3]
HORIZONTAL UNDERGROUND CYLINDRICAL TANKS
- WET SOIL
(GROUND WATER OVER THE HALF OF TANK DIAMETER)
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
58
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
Źródło [3]
HORIZONTAL UNDERGROUND CYLINDRICAL TANKS
- TANK IN RC BASIN
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
59
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
Źródło [3]
HORIZONTAL UNDERGROUND CYLINDRICAL TANKS
- GROUND PRESSURE
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
60
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
Źródło [3]
HORIZONTAL UNDERGROUND CYLINDRICAL TANKS
- INSIDE STIFFENERS
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
61
Źródło [2]
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
HORIZONTAL ABOVEGROUND CYLINDRICAL TANKS
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
62
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
Źródło [3]
HORIZONTAL ABOVEGROUND CYLINDRICAL TANKS
- SUPPORTS
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
63
TOWER TANKS
CAPACITY: up to several thousand m
3
PURPOSE:
-storage of water for municipal or industry needs
Ź
ród
ło http://w
iez
e
cisnien.w
.interia.pl
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
64
Źródło [2]
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
STEEL SHELL STRUCTURES
TOWER TANKS
13-12-05
65
Źródło [4]
CAPACITY: 100 – 32 000 (50 000) m
3
PURPOSE:
- storage of products that easy evaporate (eg. LPG),
- overpressure up to 4000 [kPa]
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
STEEL SHELL STRUCTURES
SPHERE TANKS
13-12-05
66
Źródło [2]
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
STEEL SHELL STRUCTURES
SPHERE TANKS
13-12-05
67
Źródło [2]
a) Bin
b) Silo
PURPOSE:
- Storage of grain, coal, sand, cement, etc.
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
BINS AND SILOS
STEEL SHELL STRUCTURES
ϕ
- angle of internal friction
13-12-05
68
Źródło [2]
BINS:
- rectangular shape (above)
- cylindrical (beside)
Źródło [2]
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
BINS AND SILOS
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
69
Źródło [2]
LOADS ON SILO WALL:
1. Static pressure
2. Dynamic pressure
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
BINS AND SILOS - LOADS
STEEL SHELL STRUCTURES
Źródło [2]
13-12-05
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
70
BINS AND SILOS - LOADS
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
71
WALL / HOPPER STIFFENERS:
Źródło [2]
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
BINS AND SILOS - DETAILS
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
72
CONNECTION OF WALLS
Źródło [2]
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
BINS AND SILOS - DETAILS
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
73
CONNECTION OF WALL
AND HOPPER
Źródło [2]
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
BINS AND SILOS - DETAILS
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
74
Źródło [4]
Źródło [4]
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
BINS AND SILOS EXAMPLES
STEEL SHELL STRUCTURES
13-12-05
75
BIBLIOGRAPHY
1. PN-B-03210:1997 „Konstrukcje stalowe. Zbiorniki walcowe pionowe na ciecze.
Projektowanie i wykonanie”
2. M. Łubiński, W. Żółtowski „Konstrukcje metalowe. Część II” Wydawnictwo Arkady,
Warszawa 2007
3. J. Ziółko „Zbiorniki metalowe na ciecze i gazy”, Wydawnictwo Arkady, Warszawa 1986
4. Materiały edukacyjne ESDEP
5. Materiały reklamowe grupy VACONO (Aluminium Rheinfelden GmbH)
6. PN-77/B-02011 „Obciążenia w obliczeniach statycznych. Obciążenie wiatrem”
7. Materiały reklamowe GASPOL SA
Konstrukcje metalowe - Wykład 21
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
KM W assembly ENG stud mod
KM W class 4 EC3 ENG stud
KM W tall buildings ENG stud (1)
KM W aluminium alloy ENG stud
KM W fabrication ENG stud
KM W strengthening ENG stud
KM W fabrication ENG stud
KM cwiczenia sruby EC3 stud
Amiga binary file structure eng
Mathematical and technical optima in design of weld steel shell structures
KM W 25 lekkie konst met stud
PresJackson Euro Mod ENG
więcej podobnych podstron