Оцінка впливу геометричних параметрів на несучу здатність сталевих резервуарів, виготовлених із високоміцних сталей
DOI:
https://doi.org/10.32347/2522-4182.18.2026.20-32Ключові слова:
сталеві резервуари, циліндрична оболонка, міцність, стійкістьАнотація
Сталеві вертикальні наземні резервуари широко застосовуються в хімічній, нафтовій та газовій промисловості як ємності для зберігання рідких продуктів і газів.
З точки зору розрахунку вертикальних резервуарів, можна зазначити, що під час експлуатації циліндрична стінка може перебувати у двох діаметрально протилежних розра-хункових ситуаціях: у заповненому стані всі шари циліндричної стінки знаходяться в стані розтягнення від тиску продукту та дії внутрішнього надлишкового тиску, тоді як у порожньому стані – всі шари стискаються як у меридіональному, так і в окружному напрямках відповідними навантаженнями. При проєктуванні сталевих резервуарів товщина поясів циліндричної стінки визначається, перш за все, з умови забезпечення міцності, після чого уточнюється з урахуванням вимог стійкості конструкції. Це становить суть проблем, пов'язаних з ефективним використанням високоміцних сталей для вертикаль-них резервуарів: застосування високоміцних сталей дозволяє зменшити товщину поясів циліндричної стінки, але це можливе змен-шення обмежене умовами стійкості. Ефективного вирішення цієї проблеми можна досяг-ти шляхом варіювання геометричних параметрів резервуара, що за одних і тих же зовнішніх навантажень дасть змогу регулювати рівень внутрішніх напружень і критичних навантажень резервуара.
У статті досліджується вплив товщини циліндричної стінки та геометричних параметрів резервуарів різної місткості на напружено-деформований стан і критичні параметри стійкості. Встановлено, що визначення мінімально допустимої товщини стінки за умовами стійкості є більш жорстким, ніж за умовами міцності. При цьому забезпечення міцності нижніх поясів циліндричної стінки для резервуарів середньої та великої місткості можливе лише за рахунок застосування сталей високої міцності. Водночас ефективність їх використання обмежується вимогами стійкості
Посилання
Mittelstedt, C. (2023). Theory of plates and shells. Berlin: Springer. 579 p.
https://doi.org/10.1007/978-3-662-66805-4
Макаренко, В., Білик, С., Ньюхук, Дж., Чеботар, І., Коваленко, М., Винников, Ю., Харченко, М., Максимов, С., Кусков, Ю., & Макаренко, Ю. (2020). Сталеві резервуари. Основи корозійно-механічної стійкості. Київ: ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України, 523 с.
Ibrahim, A., Ryu, Y., & Saidpour, M. (2015) Stress Analysis of Thin-Walled Pressure Vessels. Modern Mechanical Engineering, 5, 1-9.
http://dx.doi.org/10.4236/mme.2015.51001
Al-Yacouby, A. M., Hao, L. J., Liew, M. S., Ratnayake, R. M. C., & Samarakoon, S. M. K. (2021). Thin-Walled Cylindrical Shell Storage Tank under Blast Impacts: Finite Element Analysis. Materials, 14, 7100.
https://doi.org/10.3390/ma14227100
Єгоров, Є. А., Івченко, Ю. В., & Ковтун-Горбачова, Т. А. (2023). Особливості напружено - деформованого стану вертикальних циліндричних резервуарів при вітровому навантаженні. Металознавство та термічна обробка металів, (2), 56–62.
https://doi.org/10.30838/J.PMHTM.2413.040723.56.984
Dziuba, L., Lishchynska, K., Chmyr, O., & Tomenko, V. (2021). Influence of boundary forces on the strength of a thin-walled cylindrical tank. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, (1164), 012045.
https://doi.org/10.1088/1757-899X/1164/1/012045
Adamkowski, A., & Lewandowski, M. (2015). Analytical model of stress concentration for welded joints in thin-walled structures. Thin-Walled Structures, (97), 101–113.
https://doi.org/10.1016/j.tws.2015.09.001
Lotsberg, I. (2008). Stress concentration factors at welds in pipelines and tanks. Marine Structures, (21), 138–159.
https://doi.org/10.1016/j.marstruc.2007.12.002
Mark, J., Holst, F. G., Rotter, J. M., & Calladine, C. R. (2000). Imperfections and buckling in cylindrical shells with consistent residual stresses. Journal of Constructional Steel Research, (54), 265–282.
https://doi.org/10.1016/S0143-974X(99)00047-4
Rastgar, M., & Showkati, H. (2018). Buckling behavior of cylindrical steel tanks with concavity of vertical weld line imperfection. Journal of Constructional Steel Research, (145), 289–299.
https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2018.02.028
Rotter, J. M. (2002). Future directions and challenges in shell stability analysis. Thin-Walled Structures, 40, 729–754. https://doi.org/10.1016/S0263-8231(02)00024-1
Єгоров, Є. А., & Кучеренко, О. Є. (2023). Комп’ютерне моделювання тонкостінних оболонкових структур з геометричними недосконалостями. Опір матеріалів і теорія споруд, 111, с. 205 – 213.
https://doi.org/10.32347/2410-2547.2023.111.205-213
Mykhailovskyi, D., & Komar, O. (2025). Analysis of methods for calculating the penetrating effect of the main types of ammunition and fragmentation damage to defensive structures. Building Сonstructions. Theory and Practice, (17), 168–178.
https://doi.org/10.32347/2522-4182.17.2025.168-178
Кошевий, О. (2018). Оптимізація стального звареного резервуару при обмеженні: напружень, переміщень, власних частот коливання. Будівельні конструкції. Теорія і практика, 1 (3), 34–50.
https://doi.org/10.32347/2522-4182.3.2018.34-50
Бензель, О., & Лавріненко, Л. (2021). Інформаційне моделювання сталевої будівлі з підвищеними вимогами жорсткості. Будівельні конструкції. Теорія і практика, (9), 30–44.
https://doi.org/10.32347/2522-4182.9.2021.30-44
Адаменко, В. (2022). Розвиток методів розрахунку і конструювання сталевих будівель і споруд: від Ейфелевої вежі до Національного стадіону Сінгапурського спортивного комплексу. Будівельні конструкції. Теорія і практика, (11), 32–43.
https://doi.org/10.32347/2522-4182.11.2022.32-43
Нужний, В. (2024). Особливості розрахунку на витривалість баштових споруд при дії вітрових навантажень. Будівельні конструкції. Теорія і практика, (15), 97–109. https://doi.org/10.32347/2522-4182.15.2024.97-109
Тонкачеєв, В., Малишко, Д., & Лавріненко, Л. (2024). Чисельне моделювання вітрового впливу на конструкції стадіону в модулі RWIND програмного комплексу DLUBAL RFEM. Будівельні конструкції. Теорія і практика, (14), 89–101.
https://doi.org/10.32347/2522-4182.14.2024.89-101
Башинський, О., & Башинська, О. (2022). Аналіз напружено-деформованого стану вогнезахищеної сталевої балки перекриття. Будівельні конструкції. Теорія і практика, (12), 126–138.
https://doi.org/10.32347/2522-4182.12.2023.126-138
Teng, J. G., & Rotter, J. M. (Eds.). (2006). Buckling of Thin Metal Shells. London: Imprint CRC Press. 520 p.
https://doi.org/10.1201/9781482295078
Himayat, U. (2009). Buckling of thin-walled cylindrical shells under axial compression. Int. Journal for numerical methods in engineering, (79), 1332 – 1353.
https://doi.org/10.1002/NME.2612
Sadovsky, Z., Krivacek, J., & Sokol, M. (2021). Imperfection sensitivity of axially compressed cylindrical shells under varying dimensions. Engineering Structures, (247), 113 – 133. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2021.113133
Godoy, L. A. (2016). Buckling of vertical oil storage steel tanks: Review of static buckling studies. Thin-Walled Structures, (103), 1–21.
https://doi.org/10.1016/j.tws.2016.01.026
Fazlalipour, N., Ghanbari-Ghazijahani, T., & Showkati H. (2025). A review of buckling capacity of steel cylindrical shells under external pressure: Reinforcements and imperfections (2005 – Present). Thin-Walled Structures, (217), 113 – 475.
https://doi.org/10.1016/j.tws.2025.113475
Hutchinson, J. W., & Thompson, J. M. (2018). Imperfections and energy barriers in shell buckling. International Journal of Solids and Structures, (148 – 149), 157 – 168. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2018.01.030
EN 1993–1–6:2007 “Eurocode 3. Design of steel structures. Part 1–6: Strength and Stability of Shell Structures”. (2006). Brussels : Centr. Secr., 94 p.
ДБН В.1.2–2:2006 «Навантаження і впливи. Норми проектування». (2006). Київ : Міністерство будівництва, архітектури та житлово-комунального господарства України, 60 с. [Чинний від 1 січня 2007 р].
ВБН В.2.2–58.2–94 «Резервуари вертикальні сталеві для зберігання нафти і нафтопродуктів з тиском насичених парів не вище 93,3 кПа. Відомчі будівельні норми України». (1994). Київ: Держкомнафтогаз, 98 с. [Чинний від 1 жовтня 1994 р.]
ДСТУ Б В.2.6–183:2011 «Резервуари вертикальні сталеві для нафти та нафтопродуктів. Загальні технічні умови». (2012). Київ: Мінрегіон України, 77 с. [Чинний від 1 жовтня 2012 р.].
ДБН В.2.6–163.2014 «Сталеві конструкції. Норми проектування». (2014). Київ : Мінрегіон України, 199 с. [Чинний від 1 січня 2015 р.]
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Є.ЄГОРОВ, Ю.ІВЧЕНКО, О. ІВЧЕНКО, М. НІКІФОРОВ
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами: Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
