ХРАНИЛИЩЕ ДЛЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ОПАСНЫХ МАТЕРИАЛОВ В СЕЙСМООПАСНЫХ РЕГИОНАХ Российский патент 2000 года по МПК G21F9/24 

Изобретение относится к строительству, а именно к конструкциям хранилищ из цилиндрических резервуаров для хранения экологически опасных материалов (радиоактивных и токсичных отходов, нефти и нефтепродуктов, сжиженного газа и т. п.), сооружаемых в сейсмоопасных регионах, где разрушение емкостей при землетрясении может привести к экологической катастрофе.

Известны сейсмостойкие железобетонные торообразные емкости для хранения экологически опасных материалов [1].

Недостатком известной конструкции является недостаточно полное использование площадей для размещения емкостей для хранения материалов, поскольку не предусмотрено заполнение пространства внутри тора.

Известен цилиндрический резервуар для хранения нефтепродуктов с устройством по периметру резервуара компенсационной торообразной оболочки незамкнутого сечения, одна из продольных кромок которой прикреплена к стенке, а другая - к днищу резервуара. На днище параллельно стенке установлена перегородка с образованием между последней и торообразной оболочкой кольцевого зазора, заполненного незамерзающей жидкостью [2].

Недостатком известной конструкции является непригодность резервуара к использованию в условиях повышенной сейсмоопасности, поскольку компенсационное устройство ликвидирует только изгибающие моменты, возникающие в стенке и днище резервуара при его загрузке, и не компенсирует перемещения, возникающие при землетрясении.

Наиболее близким является хранилище нефти и нефтепродуктов, состоящее из группы цилиндрических резервуаров, компенсационных защитных устройств и уплотненного земляного вала, защищающих от воздействий, возникающих в результате перемещений грунта [3].

Недостатками известного хранилища является его недостаточная надежность при воздействии сейсмических нагрузок, из-за автономного расположения резервуаров и отсутствия жесткой единой конструктивной системы.

Техническая задача заключается в повышении надежности хранилища экологически опасных материалов при сейсмических воздействиях за счет создания многобарьерного конструктивного усиления при рациональном использовании площадей и обеспечении дополнительных емкостей для хранения материалов.

Поставленная задача решается таким образом, что в хранилище для экологически опасных материалов в сейсмоопасных регионах, включающем группу цилиндрических резервуаров, защитное компенсационное устройство и уплотненный земляной вал, согласно изобретению защитное компенсационное устройство выполнено в виде разделенной на отсеки силовыми поперечными диафрагмами сталежелезобетонной торообразной оболочки, возведенной вокруг группы цилиндрических резервуаров высотой сечения, равной 0,8-1 высоты резервуара, и расположенных внутри тора в разных уровнях по высоте сечения оболочки затяжных элементов, состоящих из диаметральных соединенных по центру тора и дугообразных охватывающих каждый резервуар металлических связей, концы которых закреплены в силовых поперечных диафрагмах оболочки, при этом пространство между резервуарами и оболочкой заполнено песком или глинопесчаной смесью, а земляной вал возведен вокруг торообразной оболочки на высоту сечения последней.

Предлагаемое хранилище отличается тем, что вокруг группы цилиндрических резервуаров возведена защитная сталежелезобетонная торообразная оболочка высотой сечения, равной 0,8 - 1,0 высоты резервуара, снабженная образующими во внутреннем объеме тора отдельные отсеки поперечными силовыми диафрагмами. Внутри тора в разных уровнях по высоте сечения оболочки расположены затяжные элементы в виде диаметральных соединенных по центру тора и дугообразных охватывающих каждый резервуар металлических связей. Концы связей закреплены в силовых поперечных диафрагмах оболочки. При этом пространство между емкостями на всю высоту заполнено песком или глинопесчаной смесью, а вокруг торообразной оболочки возведен вал из уплотненного грунта.

Выполнение торообразной оболочки высотой сечения 0,8-1,0 высоты резервуара позволяет ей максимально воспринимать нагрузки, возникающие при землетрясении. Торообразная оболочка с отношением радиуса осевой окружности тора к высоте сечения не более 5-7 благодаря своей форме сама изначально обладает высокой пространственной жесткостью и сейсмостойкостью и в значительной степени может снизить силовые воздействия внутри тора от сейсмических нагрузок. С увеличением указанного отношения деформативность оболочки растет, снижая компенсационно-демпфирующий эффект. Для повышения жесткости и сейсмостойкости торообразной оболочки и хранилища в целом тор-емкость снабжена внутренними силовыми диафрагмами, металлическими затяжными элементами, внутреннее пространство хранилища заполнено демпфирующим материалом, а снаружи хранилище обваловано уплотненным грунтом.

На фиг. 1 изображено хранилище в плане; на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б фиг. 1.

Хранилище для экологически опасных материалов в сейсмоопасных регионах состоит из цилиндрических резервуаров 1, размещенных компактной группой, вокруг которых возведена сталежелезобетонная торообразная оболочка 2 высотой сечения в пределах 0,8-1,0 высоты цилиндрического резервуара. Торообразная оболочка 2 разделена на отдельные отсеки силовыми поперечными диафрагмами 3. В разных уровнях по высоте оболочки размещены затяжные элементы 4, состоящие из диаметральных металлических связей 5, соединенных между собой в узле 6, и дугообразных металлических связей 7. Концы металлических связей 5 и 7 закреплены в силовых поперечных диафрагмах 3 оболочки 2. Пространство между резервуарами 1 и торообразной оболочкой 2 заполнено демпфирующим материалом 8 - песком или глинопесчаной смесью. Вокруг торообразной оболочки 2 на всю высоту сечения оболочки образован уплотненный земляной вал 9.

Хранилище возводят следующим образом.

Вокруг группы резервуаров 1 торообразную оболочку 2 возводят в монолитном варианте в двойной несъемной стальной опалубке либо в сборном варианте из отдельных элементов-колец, объединяемых между собой натяжением канатной арматуры (первый барьер укрепления). В стенке тора-емкости может быть устроено необходимое количество впускных люков и коммуникационных вводов.

Для повышения жесткости и сейсмостойкости торообразной оболочки устраивают жесткие силовые поперечные диафрагмы 3, которые разделяют внутренний объем на отдельные отсеки (второй барьер укрепления). Отсеки используются как дополнительные емкости для хранения материалов, веществ пожаротушения, балластной воды или для устройства технических помещений. Диафрагмы 3 выполняют роль поперечных элементов жесткости оболочки и, кроме того, разделяя весь внутренний объем на несколько отдельных емкостей, позволяют более равномерно распределить динамические нагрузки, возникающие при сейсмическом движении масс заполняющих емкости жидкостей.

Внутри тора в нескольких уровнях по высоте его сечения располагают затяжные элементы 4, которые состоят из металлических диаметральных связей 5, соединенных по центру тора в узле 6, и дугообразных связей 7, охватывающих каждый резервуар 1. Концы металлических связей закрепляют в силовых диафрагмах 3. Связи 5 разных направлений в каждом уровне жестко соединяют между собой в узле 6 по центру тора. Связи 5 служат ограничителями деформаций тор-емкости в направлении, поперечном направлению горизонтального сейсмического воздействия, чем значительно повышается общая жесткость сооружения, а их связь в центральном узле 6 позволяет более равномерно включать в работу различные участки конструкции (третий барьер укрепления). Затяжные элементы 4 для каждого цилиндрического резервуара 1 образуют упругое ложе, обеспечивающее снижение горизонтальных перемещений стенок в различных по высоте уровнях за счет передачи вызванных сейсмическим воздействием усилий на прилегающий участок торообразной оболочки 2 (четвертый барьер укрепления).

Крепление связей 5 и 7 к силовым диафрагмам 3, передающим усилия на оболочку 2, осуществляется пропуском затяжных элементов 4 через тело диафрагмы 3 сквозь соответствующие каналы с организацией оголовников-упоров на внешней стороне тора или приваркой концов металлических связей 5 и 7 к стальным закладным деталям, анкеруемым в теле диафрагмы 3.

Внутреннее пространство между цилиндрическими резервуарами 1 и оболочкой 2 на завершающем этапе строительства заполняется на всю высоту слоем демпфирующего материала 8 - песком или глинопесчаной смесью, приготовленной в виде раствора, содержащего глину и песок в соотношении 1:10 - 1:15, что обеспечивает достаточную вязкость для образования скелета материала (пятый барьер укрепления). Затем производят наружное обвалование сооружения уплотненным грунтом 9 с откосом на полную высоту торообразной оболочки 2 (шестой барьер укрепления), чем резко снижают величины усилий от различных, в т. ч. сейсмических, нагрузок в тор-оболочке за счет увеличения площади ее упругого опирания.

Таким образом, предложенная конструкция хранилища за счет многобарьерного укрепления группы цилиндрических резервуаров для хранения экологически опасных материалов на сейсмоопасных территориях, объединяя в себе целую систему конструктивных мер, обеспечивает высокую степень эксплуатационной надежности и экологической безопасности указанных сооружений.

Источники информации:
1. Свидетельство на полезную модель N 3504, G 21 F 9/22, 16.01.97.

2. Авторское свидетельство СССР N494513, E 04 H 7/00, 05.12.75.

3. Железобетонные резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов. Проектирование и сооружение / Под ред. Т.Т. Стулова. -М.: Недра, 1968, с. 15, 117-160.

Использование: при строительстве хранилищ экологически опасных материалов в сейсмоопасных регионах для повышения надежности при сейсмических воздействиях за счет создания многобарьерного конструктивного усилия при рациональном использовании площадей и обеспечении дополнительных емкостей для хранения материалов. Сущность изобретения: хранилище состоит из группы цилиндрических резервуаров, вокруг которых возведена торообразная сталежелезобетонная оболочка на высоту сечения 0,8-1,0 высоты резервуара, разделенная на отдельные отсеки силовыми диафрагмами жесткости. Внутри тора в разных уровнях по высоте сечения расположены затяжные элементы, состоящие из диаметральных соединенных по центру тора и дугообразных охватывающих каждый резервуар металлических связей. Концы металлических связей закреплены в силовых поперечных диафрагмах торообразной оболочки. Пространство между резервуарами и торообразной оболочкой заполнено демпфирующим материалом, песком или глинопесчаной смесью. Вокруг торообразной оболочки возведен на всю высоту последней уплотненный земляной вал. 3 ил.

Хранилище для экологически опасных материалов в сейсмоопасных регионах, включающее группу цилиндрических резервуаров, защитное компенсационное устройство и уплотненный земляной вал, отличающееся тем, что защитное компенсационное устройство выполнено в виде разделенной на отсеки силовыми поперечными диафрагмами сталежелезобетонной торообразной оболочки, возведенной вокруг группы цилиндрических резервуаров, высотой сечения, равной 0,8 - 1,0 высоты резервуара, и расположенных внутри тора в разных уровнях по высоте сечения оболочки затяжных элементов, состоящих из диаметральных соединенных по центру тора и дугообразных охватывающих каждый резервуар металлических связей, концы которых закреплены в силовых поперечных диафрагмах оболочки, при этом пространство между резервуарами и оболочкой заполнено песком или глинопесчаной смесью, а земляной вал возведен вокруг торообразной оболочки на высоту последней.