Введение. Металлические каркасы подвесных паровых котлов являются ответственными сооружениями, повреждения которых при сейсмических воздействиях могут приводить к крупным техногенным катастрофам с гибелью людей и значительным материальным ущербом.

Задачи обеспечения сейсмостойкости таких объектов в настоящее время осложняется тем, что существует большое число противоречий в нормативных документах, регламентирующих расчеты строительных конструкций и котельного оборудования, отсутствует четкая методология проведения расчетных обоснований в части формирования расчетных схем, учитывающих взаимодействия элементов каркаса и котельного оборудования, определения параметров демпфирования системы «каркас–котел» и технологических требований безопасной работы системы, моделирования элементов антисейсмического раскрепления и демпфирующих устройств.

Цели и задачи. На основании анализа существующего нормативного опыта, научно-экспериментальных исследований, а также с учетом выполненных в различное время специалистами ООО «ЦВС» расчетов для российских и зарубежных (Болгария, Индия, Вьетнам) проектов выработать подходы к оценке сейсмостойкости каркасов котлов и проектированию системы антисейсмического раскрепления.

Методы. В основе методологии выполнения расчетного обоснования сейсмостойкости каркасов подвесных котлов в составе системы «каркас–котел» лежат положения действующей редакции СП 14.13330.2018 по определению расчетных сейсмических нагрузок, учету трехкомпонентного сейсмического воздействия, применению метода прямого динамического анализа при расчетах на контрольное землетрясение. Дополнительно учитываются нормы котлонадзора, развивающие положения строительных сводов правил.

Расчетные обоснования производятся с применением программных комплексов МКЭ SCAD Office и ANSYS.

Исследование и результаты.

Сухое трение в контактных зонах между элементами котла и каркаса может вносить существенней вклад в диссипацию энергии колебаний, сопоставимый с уровнем конструкционного демпфирования системы «каркас–котел»; учет трения может приводить к уменьшению горизонтальных сейсмических перемещений и всех компонент внутренних усилий в элементах каркаса на величины до 15…35%.

Эффективным средством регулирования динамической реакции системы «каркас-котел» являются упругопластические элементы антисейсмического раскрепления, которые могут быть запроектированы с учетом геометрических особенностей системы «каркас-котел» с применением численных методов. Их установка позволяет кратно уменьшать величины относительных перемещений котла и каркаса; варьирование количеством и местами установки элементов обеспечивает допустимые уровни перемещений при различных уровнях сейсмического воздействия (от 0.1 g до 0.4 g).

Подвесная система котла, связанная с перекрытием каркаса, может иметь крайне неравномерную загрузку. При выравнивании усилий в тягах подвесок на реальном объекте указанная монтажная операция должна быть корректно смоделирована в программном комплексе для анализа работы конструкций. Уточненный КЭ-элементный анализ подвесок позволяет избежать излишне консервативных оценок их напряженно-деформированного состояния, проанализировать работу важных с технологической точки зрения узлов системы, от которых зависит её общая устойчивость.

Заключение. Оценка сейсмостойкости каркасов подвесных котлов предполагает рассмотрение системы «каркас-котел» и учет целого ряда технологических требований наряду с требованиями прочности и устойчивости элементов металлоконструкций. При оценке сейсмостойкости каркасов подвесных котлов принимается более высокий уровень демпфирования, чем рекомендуемый СП 14.13330 для стальных конструкций, в том числе, с учетом гашения колебаний силами трения в контактах элементов системы. Применение упругопластических элементов антисейсмического раскрепления является простым и одновременно достаточно эффективным средством регулирования динамической реакции.