Ένα ψηλό, κάθετο δοχείο πίεσης, όπως μια στήλη απόσταξης σε ένα διυλιστήριο, δεν υπόκειται μόνο στις εσωτερικές πιέσεις λειτουργίας. Για τη μελέτη δοχείων πίεσης – Pressure Vessel Software που αφορά τέτοιες κατασκευές, η ανάλυση πρέπει να επεκταθεί πέρα από την καθαρή μηχανολογία και να ενσωματώσει αρχές πολιτικής μηχανικής. Οι φορτίσεις που προκαλούνται από περιβαλλοντικά φαινόμενα, όπως ο άνεμος και ο σεισμός, είναι συχνά εξίσου ή και περισσότερο κρίσιμες για τον σχεδιασμό του δοχείου και των στηρίξεών του από την ίδια την πίεση.
Ανάλυση Φορτίσεων Ανέμου
Η δύναμη που ασκεί ο άνεμος σε έναν ψηλό πύργο μπορεί να είναι τεράστια. Η ανάλυση αυτή λαμβάνει υπόψη:
- Την ταχύτητα του ανέμου αναφοράς για τη συγκεκριμένη γεωγραφική τοποθεσία, όπως καθορίζεται από τους εθνικούς κανονισμούς ή τους Ευρωκώδικες (π.χ., Eurocode 1).
- Το ύψος και το σχήμα της κατασκευής.
- Την ύπαρξη εξωτερικών στοιχείων όπως σωληνώσεις, πλατφόρμες και μόνωση, που αυξάνουν την εκτεθειμένη επιφάνεια.
Αυτές οι φορτίσεις προκαλούν μια συνολική καμπτική ροπή (overturning moment) στη βάση του δοχείου, καθώς και διατμητικές δυνάμεις, που πρέπει να παραληφθούν από τη στήριξη (ποδιά) και τη θεμελίωση.
Σεισμική Ανάλυση
Σε σεισμογενείς περιοχές όπως η Ελλάδα, η σεισμική ανάλυση είναι αδιαπραγμάτευτη. Σε αντίθεση με τον άνεμο που είναι εξωτερική δύναμη, η σεισμική φόρτιση είναι μια αδρανειακή δύναμη. Ο σεισμός κινεί τη βάση του δοχείου, και η μάζα του δοχείου (μαζί με το περιεχόμενό του) αντιστέκεται σε αυτή την κίνηση, δημιουργώντας τεράστιες εσωτερικές τάσεις. Η μελέτη δοχείων πίεσης πρέπει να υπολογίσει αυτές τις δυνάμεις χρησιμοποιώντας:
- Τη σεισμική ζώνη της τοποθεσίας εγκατάστασης (σύμφωνα με τον Eurocode 8).
- Τη συνολική μάζα της κατασκευής.
- Την ιδιοπερίοδο ταλάντωσης του δοχείου για να αποφευχθούν φαινόμενα συντονισμού.
Ο Συνδυασμός των Φορτίσεων
Η πραγματική πρόκληση είναι ο συνδυασμός όλων αυτών των φορτίσεων. Η μελέτη πρέπει να εξετάσει πολλαπλά σενάρια (π.χ., πίεση + άνεμος, πίεση + σεισμός) για να βρει τον πιο δυσμενή συνδυασμό τάσεων σε κάθε σημείο του δοχείου, από την κορυφή μέχρι τις αγκυρόβιδες στη βάση. Σε πολλές περιπτώσεις ψηλών δοχείων, το απαιτούμενο πάχος του κελύφους στο κάτω μέρος καθορίζεται όχι από την εσωτερική πίεση, αλλά από την ανάγκη να αντέξει τις καμπτικές τάσεις που προκαλούνται από τον άνεμο ή τον σεισμό. Η παράλειψη αυτής της ανάλυσης ισοδυναμεί με σχεδιασμό μιας κατασκευής που είναι καταδικασμένη να αστοχήσει.