Stainless Steel Tank Design

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    03-Dec-2015

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A nice document about stainless steel tank design.

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<ul><li><p>NDICE </p><p>1.- ANTECEDENTES. </p><p>2.- REGLAMENTOS UTILIZADOS. </p><p>3.- BIBLIOGRAFIA UTILIZADA. </p><p>4.- ANLISIS DE CARGAS. </p><p>5.- DISEO ESTRUCTURAL. </p><p>6.- CONCLUSIONES. </p></li><li><p> 1.- ANTECEDENTES: se requiere la revisin estructural de un tanque cilndrico vertical de 10.5 m de dimetro y 4.0 m de altura con una capacidad de almacenamiento de 300 m3 de agua, conformado en placa lisa de acero inoxidable, se encuentra apoyado sobre una cimentacin en concreto reforzado al exterior de la planta de proceso. 2.- REGLAMENTOS DE DISEO UTILIZADOS: API-650 Welded steel tanks for oil storage_1993. Manual de Diseo de Obras Civiles de la C.F.E. 3.- BIBLIOGRAFIA UTILIZADA: Stresses in Plates and Shells,A.C. Ugural,Mc Graw-Hill.1981 Guide to storage tanks &amp; equipment.B.Long, B.Garner, professional Engineering Publishing.2001 Aboveground storage tanks, P.E. Myers, Mc Graw-Hill.1997 4.- ANALISIS DE CARGAS: 4.a.- Antecedentes: dada la estructura en cuestin, su tipo, geometra, y al encontrase ubicada al exterior de la planta, en base al reglamento se har una revisin para cargas gravitacionales de operacin y cargas ssmicas las cuales rigen el diseo. 4.b.- Materiales para anlisis: para la elaboracin del modelo estructural se han considerado bsicamente los siguientes materiales: acero. Los valores de las propiedades mecnicas para este material se muestran a continuacin: Acero Mdulo de Elasticidad: 2089,704 kg/cm Cociente de Poisson: 0.3 Densidad: 7,833 kg/m Amortiguamiento Crtico: 0.03 Coeficiente Trmico (): 6.6 x 10-6 </p></li><li><p> 4.c.- Cargas de Anlisis: las cargas a considerar son: Carga Muerta CM, constituda por: Peso propio del tanque que se toma en cuenta con el comando selfweight de la plataforma de anlisis. Cargas Hidrosttica CH: Carga trapecial sobre las paredes del tanque considerando un peso volumtrico del agua de 1.0 ton/m3. Carga uniforma sobre el fondo del tanque, 3.5 ton/m2 considerando un peso volumtrico del agua de 1.0 ton/m3. Carga ssmica CS: Para las cargas accidentales por sismo (CS) se toman los valores de un espectro de diseo para la zona ssmica B y un tipo de suelo II, se tienen entonces los siguientes valores para una revisin esttica simplificada: coeficiente ssmico bsico, c = 0.30 factor de ductilidad, Q = Q = 2.0 coeficiente ssmico, Cs = 0.15 Dichas cargas se integran en el modelo como cargas uniformemente distribuidas y cargas puntuales sobre los elementos estructurales. 4d.- Combinaciones de Cargas: el caso de carga bsico que se considera es entonces el siguiente: 4d.1.- Carga muerta CM. 4d.2.- Carga hidrosttica - CH. 4d.3- Carga ssmica - CS. A partir de tales casos de carga bsicos se genera la siguiente combinacin de carga: 4d.4.- 1.0 CM + 1.0 CH + 1.0 CS </p></li><li><p> 4e.- Formulacin del modelo estructural: los elementos de la estructura se han modelado mediante elementos lineales y 2D existentes en la librera de la plataforma de anlisis, las conexiones entre ellos se han supuesto como nudos rgidos . Mediante la plataforma de anlisis se lleva a cabo un anlisis de tipo esttico lineal, obtenindose as los valores de las reacciones de apoyo, solicitaciones en los elementos, desplazamientos y rotaciones para los distintos casos y combinaciones de carga. 5.- DISEO ESTRUCTURAL: 5a.- Diseo de la estructura: al emplearse la plataforma de anlisis para los elementos 2D y lineales de acero se encontraron sus deflexiones, esfuerzos cortantes SX, SY y SXY, esfuerzo mximo de Von Mises, esfuerzo mximo de Tresca; para revisar la seguridad estructural se utiliza la teora del esfuerzo cortante mximo para materiales dctiles, la cual es sencilla y conservadora, que consiste en comparar el valor de dichos esfuerzos y su diferencia algebraica con el esfuerzo cortante permisible, Ssa, que es igual a 0.4 fy. Se tomaron en cuenta los siguientes valores del esfuerzo de cedencia (0.2%) para los perfiles de las secciones: acero inox. T-304 con un fy = 2140 kg/cm2. 6.- CONCLUSIONES: a partir de los resultados del anlisis para los elementos placa y elementos lineales que conforman la estructura, se tiene los siguiente: 1.- Respecto a los esfuerzos cortantes mximos: El valor de los esfuerzos mximos de Von Mises se sita en 402 kg/cm2 sobre la parte inferior de la pared opuesta a la direccin del sismo. El valor de los esfuerzos mximos de Tresca se sita en 422 kg/cm2 tambin sobre la parte inferior de la pared opuesta a la direccin del sismo. Ambos valores son inferiores al permisible de 856 kg/cm2. </p></li><li><p> 2.- Respecto a los desplazamientos: Sobre el borde superior de las paredes del tanque se presenta un desplazamiento horizontal mximo de 5.5 mm el cual es inferior al permisible de 11.4 mm considerando una deflexin de L/350 para una altura de 4.0 m de las paredes. 5.- Respecto a la presin mxima de base: Se obtuvo un valor de 8.256 ton/m2 la cual es inferior a la permisible de 12.0 ton/m2 considerando un relleno de material inerte bajo el fondo del tanque. 6.- Respecto a los atiezadores perimetrales: Se obtuvo un valor mximo de 0.683 para la demanda de resistencia de los elementos anulares. Los resultados anteriores para la estructura analisada se muestran en el Anexo #1 (imgenes del modelo), Anexo #2 (Diseo de atiezadores perimetrales) y se adjunta el Anexo #3 como archivo tipo .txt que contiene el listado de valores para los diferentes contornos de esfuerzo obtenidos en el anlisis. </p></li><li><p> ANEXO # 1 </p><p> FIG.1.- ELEMENTOS FINITOS DE LA ESTRUCTURA. </p><p>FIG.2.- RENDERIZADO DE LA ESTRUCTURA. </p></li><li><p>FIG.3.- COMBINACION DE CARGAS SOBRE LA ESTRUCTURA. </p><p>FIG.4.- DESPLAZAMIENTOS DE NODO DE LA ESTRUCTURA. </p></li><li><p> FIG.5.- CONTORNO DE ESFUERZOS MXIMOS DE VON MISES. </p><p> . FIG.6.- CONTORNO DE ESFUERZOS MXIMOS DE TRESCA. </p></li><li><p>FIG.7.- CONTORNO DE ESFUERZOS CORTANTES SX. </p><p> FIG.8.- CONTORNO DE ESFUERZOS CORTANTES SY. </p></li><li><p>FIG.9.- CONTORNO DE ESFUERZOS CORTANTES SXY. </p><p>FIG.10.- PRESIONES MXIMAS DE BASE. </p></li><li><p>ANEXO # 2 </p><p>CODE CHECKING - (AISC 9TH EDITION) ALL UNITS ARE - KN METE (UNLESS OTHERWISE Noted) </p><p>MEMBER TABLE RESULT/ CRITICAL COND/ RATIO/ LOADING/ </p><p> FX MY MZ LOCATION </p><p> ======================================================================= </p><p> 2003 ST L25253 (AISC SECTIONS) </p><p> PASS AISC- H2-1 0.219 2 </p><p> 14.62 T 0.01 -0.01 0.00 </p><p> ----------------------------------------------------------------------- </p><p> | MEM= 2003 , UNIT NEW-MMS, L= 544. AX= 584.SZ= 3701.SY= 8101.| </p><p> | KL/R- = 66.3 CB= 1.00 YLD= 209.93 ALLOWABLE STRESSES: FCZ= 126.0 | </p><p> | FTZ= 138.6 FCY= 126.0 FTY= 138.6 FC= 100.9 FT= 126.0 FV= 84.0 | </p><p> ----------------------------------------------------------------------- </p><p> 2004 ST L25253 (AISC SECTIONS) </p><p> PASS AISC- H2-1 0.140 2 </p><p> 9.73 T 0.00 0.00 0.00 </p><p> ----------------------------------------------------------------------- </p><p> | MEM= 2004 , UNIT NEW-MMS, L= 544. AX= 584.SZ= 3701.SY= 8101.| </p><p> | KL/R- = 66.3 CB= 1.00 YLD= 209.93 ALLOWABLE STRESSES: FCZ= 126.0 | </p><p> | FTZ= 138.6 FCY= 126.0 FTY= 138.6 FC= 100.9 FT= 126.0 FV= 84.0 | </p><p> ----------------------------------------------------------------------- </p><p> 2005 ST L25253 (AISC SECTIONS) </p><p> PASS AISC- H1-3 0.123 3 </p><p> 5.25 C -0.03 0.00 0.00 </p><p> ----------------------------------------------------------------------- </p><p> | MEM= 2005 , UNIT NEW-MMS, L= 544. AX= 584.SZ= 3701.SY= 8101.| </p><p> | KL/R- = 66.3 CB= 1.00 YLD= 209.93 ALLOWABLE STRESSES: FCZ= 126.0 | </p></li><li><p> | FTZ= 138.6 FCY= 126.0 FTY= 138.6 FC= 100.9 FT= 126.0 FV= 84.0 | </p><p> ----------------------------------------------------------------------- </p><p> 2006 ST L25253 (AISC SECTIONS) </p><p> PASS AISC- H2-1 0.052 3 </p><p> 0.03 T -0.03 -0.01 0.00 </p><p> ----------------------------------------------------------------------- </p><p> | MEM= 2006 , UNIT NEW-MMS, L= 544. AX= 584.SZ= 3701.SY= 8101.| </p><p> | KL/R- = 66.3 CB= 1.00 YLD= 209.93 ALLOWABLE STRESSES: FCZ= 126.0 | </p><p> | FTZ= 138.6 FCY= 126.0 FTY= 138.6 FC= 100.9 FT= 126.0 FV= 84.0 | </p><p> ----------------------------------------------------------------------- </p><p> 2007 ST L25253 (AISC SECTIONS) </p><p> PASS AISC- H2-1 0.218 2 </p><p> 14.65 T 0.01 -0.01 0.00 </p><p> ----------------------------------------------------------------------- </p><p> | MEM= 2007 , UNIT NEW-MMS, L= 544. AX= 584.SZ= 3701.SY= 8101.| </p><p> | KL/R- = 66.3 CB= 1.00 YLD= 209.93 ALLOWABLE STRESSES: FCZ= 126.0 | </p><p> | FTZ= 138.6 FCY= 126.0 FTY= 138.6 FC= 100.9 FT= 126.0 FV= 84.0 | </p><p> ----------------------------------------------------------------------- </p><p> 2008 ST L25253 (AISC SECTIONS) </p><p> PASS AISC- H2-1 0.141 2 </p><p> 9.74 T 0.00 -0.01 0.00 </p><p> ----------------------------------------------------------------------- </p><p> | MEM= 2008 , UNIT NEW-MMS, L= 544. AX= 584.SZ= 3701.SY= 8101.| </p><p> | KL/R- = 66.3 CB= 1.00 YLD= 209.93 ALLOWABLE STRESSES: FCZ= 126.0 | </p><p> | FTZ= 138.6 FCY= 126.0 FTY= 138.6 FC= 100.9 FT= 126.0 FV= 84.0 | </p><p> ----------------------------------------------------------------------- </p><p> 2009 ST L25253 (AISC SECTIONS) </p><p> PASS AISC- H1-3 0.111 3 </p><p> 5.21 C -0.02 0.00 0.00 </p><p> ----------------------------------------------------------------------- </p></li><li><p> | MEM= 2009 , UNIT NEW-MMS, L= 544. AX= 584.SZ= 3701.SY= 8101.| </p><p> | KL/R- = 66.3 CB= 1.00 YLD= 209.93 ALLOWABLE STRESSES: FCZ= 126.0 | </p><p> | FTZ= 138.6 FCY= 126.0 FTY= 138.6 FC= 100.9 FT= 126.0 FV= 84.0 | </p><p> ----------------------------------------------------------------------- </p><p> 2010 ST L25253 (AISC SECTIONS) </p><p> PASS AISC- H2-1 0.043 3 </p><p> 0.07 T -0.02 -0.01 0.00 </p><p> ----------------------------------------------------------------------- </p><p> | MEM= 2010 , UNIT NEW-MMS, L= 544. AX= 584.SZ= 3701.SY= 8101.| </p><p> | KL/R- = 66.3 CB= 1.00 YLD= 209.93 ALLOWABLE STRESSES: FCZ= 126.0 | </p><p> | FTZ= 138.6 FCY= 126.0 FTY= 138.6 FC= 100.9 FT= 126.0 FV= 84.0 | </p><p> ----------------------------------------------------------------------- </p><p> 2011 ST L25253 (AISC SECTIONS) </p><p> PASS AISC- H2-1 0.216 2 </p><p> 14.66 T 0.01 -0.01 0.00 </p><p> ----------------------------------------------------------------------- </p><p> | MEM= 2011 , UNIT NEW-MMS, L= 544. AX= 584.SZ= 3701.SY= 8101.| </p><p> | KL/R- = 66.3 CB= 1.00 YLD= 209.93 ALLOWABLE STRESSES: FCZ= 126.0 | </p><p> | FTZ= 138.6 FCY= 126.0 FTY= 138.6 FC= 100.9 FT= 126.0 FV= 84.0 | </p><p> ----------------------------------------------------------------------- </p><p> 2012 ST L25253 (AISC SECTIONS) </p><p> PASS AISC- H2-1 0.140 2 </p><p> 9.74 T 0.00 0.00 0.00 </p><p> ----------------------------------------------------------------------- </p><p> | MEM= 2012 , UNIT NEW-MMS, L= 544. AX= 584.SZ= 3701.SY= 8101.| </p><p> | KL/R- = 66.3 CB= 1.00 YLD= 209.93 ALLOWABLE STRESSES: FCZ= 126.0 | </p><p> | FTZ= 138.6 FCY= 126.0 FTY= 138.6 FC= 100.9 FT= 126.0 FV= 84.0 | </p><p> ----------------------------------------------------------------------- </p><p> 2013 ST L25253 (AISC SECTIONS) </p><p> PASS AISC- H1-3 0.107 3 </p></li><li><p> 5.12 C 0.02 0.00 0.54 </p><p> ----------------------------------------------------------------------- </p><p> | MEM= 2013 , UNIT NEW-MMS, L= 544. AX= 584.SZ= 3701.SY= 8101.| </p><p> | KL/R- = 66.3 CB= 1.00 YLD= 209.93 ALLOWABLE STRESSES: FCZ= 126.0 | </p><p> | FTZ= 138.6 FCY= 126.0 FTY= 138.6 FC= 100.9 FT= 126.0 FV= 84.0 | </p><p> ----------------------------------------------------------------------- </p><p> 2014 ST L25253 (AISC SECTIONS) </p><p> PASS AISC- H2-1 0.034 2 </p><p> 1.55 T 0.00 -0.01 0.54 </p><p> ----------------------------------------------------------------------- </p><p> | MEM= 2014 , UNIT NEW-MMS, L= 544. AX= 584.SZ= 3701.SY= 8101.| </p><p> | KL/R- = 66.3 CB= 1.00 YLD= 209.93 ALLOWABLE STRESSES: FCZ= 126.0 | </p><p> | FTZ= 138.6 FCY= 126.0 FTY= 138.6 FC= 100.9 FT= 126.0 FV= 84.0 | </p><p> ----------------------------------------------------------------------- </p><p> 2015 ST L25253 (AISC SECTIONS) </p><p> PASS AISC- H2-1 0.217 2 </p><p> 14.66 T 0.01 -0.01 0.00 </p><p> ----------------------------------------------------------------------- </p><p> | MEM= 2015 , UNIT NEW-MMS, L= 544. AX= 584.SZ= 3701.SY= 8101.| </p><p> | KL/R- = 66.3 CB= 1.00 YLD= 209.93 ALLOWABLE STRESSES: FCZ= 126.0 | </p><p> | FTZ= 138.6 FCY= 126.0 FTY= 138.6 FC= 100.9 FT= 126.0 FV= 84.0 | </p><p> ----------------------------------------------------------------------- </p><p> 2016 ST L25253 (AISC SECTIONS) </p><p> PASS AISC- H2-1 0.140 2 </p><p> 9.75 T 0.00 0.00 0.00 </p><p> ----------------------------------------------------------------------- </p><p> | MEM= 2016 , UNIT NEW-MMS, L= 544. AX= 584.SZ= 3701.SY= 8101.| </p><p> | KL/R- = 66.3 CB= 1.00 YLD= 209.93 ALLOWABLE STRESSES: FCZ= 126.0 | </p><p> | FTZ= 138.6 FCY= 126.0 FTY= 138.6 FC= 100.9 FT= 126.0 FV= 84.0 | </p><p> ----------------------------------------------------------------------- </p></li><li><p> 2017 ST L25253 (AISC SECTIONS) </p><p> PASS AISC- H1-3 0.126 3 </p><p> 4.98 C 0.03 0.00 0.54 </p><p> --------------------------------------------------------------...</p></li></ul>