Расчет конструкции свайного фундамента резервуара с учетом карстовой опасности

В статье изучены вопросы расчетного обоснования проектных решений в части выполнения требований механической безопасности вертикального стального резервуара, проектируемого к возведению на территории, опасной в карстово-суффозионном отношении. Объект исследования — система «основание — фундамент — резервуар», напряженно-деформированное состояние которой рассматривается при локальном формировании карстовой воронки. Расчеты выполнены методом конечных элементов в программных комплексах SCAD и ЛИРА-СОФТ для двух вариантов расположения карстового провала. Методика исследования основана на моделировании напряженно-деформированного состояния объекта с учетом инженерно-геологических условий площадки строительства и сравнительном анализе результатов, полученных в независимых расчетных средах. Установлено, что параметры напряженно-деформированного состояния не превышают предельных значений, что подтверждает выполнение условий несущей и деформационной способности. Расхождения между результатами расчетов в альтернативных программных комплексах составляют до 3,27 % по деформациям и до 13,6 % по усилиям, что не изменяет реального механизма работы конструкции. Предложены критерии допустимых расхождений результатов и обоснована необходимость применения как минимум двух альтернативных программных комплексов при расчетном обосновании конструктивных решений для объектов повышенного уровня ответственности. 

1. Горбань Н. Н., Иванец В. К., Васильев Г. Г., Леонович И. А. Перспективы параметрического нормирования механической безопасности зданий и сооружений в нефтегазовом комплексе. Нефтяное хозяйство. 2024;(9):137–143. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2024-9-137-143

2. Горбань Н. Н., Васильев Г. Г., Леонович И. А. Задачи формирования параметрической системы обеспечения комплексной безопасности резервуарных парков морских терминалов. Нефтяное хозяйство. 2024;(1):90–97. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2024-1-90-97

3. Баязитов М. И., Бердин В. К., Кузеев И. Р., Тляшева Р. Р. Оценка напряженно-деформированного состояния вертикальных резервуаров с нефтепродуктами с учетом внештатных ситуаций. Нефтегазовое дело. 2022;(4):21–45. https://doi.org/10.17122/ogbus-2022-4-21-45

4. Сердаров И. И., Хайрудинова С. С. Моделирование и анализ НДС стального цилиндрического резервуара под воздействием рабочих нагрузок. Студенческий вестник. 2019;(23-5):70–75.

5. Тарасенко А. А., Чепур П. В., Грученкова А. А. Исследование закономерностей развития неравномерных осадок резервуаров численными методами. Новосибирск: Наука; 2017. 172 с.

6. Тарасенко А. А., Чепур П. В., Грученкова А. А. Оценка технического состояния резервуаров с недопустимыми геометрическими несовершенствами формы стенки. Нефтяное хозяйство. 2017;(6):118–121. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2017-6-118-121

7. Карпунин В. Г. Прочность и долговечность вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов при неравномерной осадке фундамента. Оригинальные исследования. 2022;(12-9):127–138.

8. Рейзмунт Е. М., Доронин С. В. Моделирование сценариев повреждения резервуара при осадке основания. Diagnostics, resource and mechanics of materials and structures. 2018;(4):23–33. https://doi.org/10.17804/2410-9908.2018.4.023-033

9. Чепур П. В., Тарасенко А. А. Особенности деформирования крупногабаритных резервуаров со стационарной крышей при неосесимметричном воздействии ветровой нагрузки. Фундаментальные исследования. 2015;(12-1):97–102.

10. Tarasenko A. A., Konovalov P. A., Zekhniev F. F., Chepur P. V., Tarasenko D. A. Effects of nonuniform settlement of the outer bottom perimeter of a large tank on its stress-strain state. Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2017;(53-6):405–411. https://doi.org/10.1007/s11204-017-9420-1

11. Гарькин И. Н., Гарькина И. А. Техническая экспертиза зданий и сооружений. Москва: Перо; 2021. 128 c.

12. Тарасенко А. А., Чепур П. В., Грученкова А. А. Определение действующих напряжений в полотнищах днищ резервуаров отечественных типоразмеров при локальных просадках оснований. Фундаментальные исследования. 2015; (2-8): 1665–1670.

13. Tarasenko A., Chepur P., Gruchenkova A. Determining deformations of the central part of a vertical steel tank in the presence of the subsoil base inhomogeneity zones. In: AIP Conference Proceedings. 2016;(1772-1):060011. https://doi.org/10.1063/1.4964591

14. Нуриев М. И., Порываев И. А., Авренюк А. Н., Сабиров Р. А., Потешкин П. В. Исследование влияния хлопунов на напряженнодеформированное состояние конструкций резервуаров. Нефтегазовое дело. 2022;(2-20):94–101. https://doi.org/10.17122/ngdelo-2022-2-94-101

15. Колесов И. Д. Проектирование в условиях карста. Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. 2025;(1-51):33–38.

16. Вознесенский Е. А. Распространение и прогноз развития опасных геологических процессов на территории России. Вестник Российской академии наук. 2024; (94-8):749–759. https://doi.org/10.31857/S0869587324080061

17. Дробинина Е. В., Катаев В. Н. Изучение изменчивости физико-механических свойств перекрывающих отложений в карстологическом прогнозе. Ученые записки крымского федерального университета имени В. И. Вернадского. География. Геология. 2021;(7-2):316–330.

18. Сорокина М. Н., Землеруб Л. Е., Терегулов М. Р. Монолитный сегментно-сферический фундамент для крупногабаритных РВС, оснащенный системой определения и предотвращения просадки грунта. Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2024;(3-4):56–60. https://doi.org/10.24412/0131-4270-2024-3-4-56-60

19. Семин А. С., Татьянников Д. А. Анализ методов устройства фундаментов на слабых основаниях для стальных вертикальных резервуаров. Современные технологии в строительстве. Теория и практика. 2020;(2):391–398.

20. Полищук А. И., Шмидт О. А. Развитие метода расчета осадок кольцевых свайных фундаментов резервуаров. Основания, фундаменты и механика грунтов. 2021;(5):2–7.

21. Тарасенко А. А., Чепур П. В. Особенности совместной работы кольцевого фундамента и грунтового основания при наличии зон неоднородности. Основания, фундаменты и механика грунтов. 2016;(4):9–3.

22. Кардапольцев А. В., Каравайченко М. Г. Численное моделирование ребристо-кольцевой купольной крыши вертикального резервуара для хранения СПГ. Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2021;(1):24–29. https://doi.org/10.24412/0131-4270-2021-1-24-29

23. Урманова А. Р., Султанмагомедов Т. С., Байкова Л. Р., Давлетбаева А. Р. Анализ напряженно-деформированного состояния резервуара при развитии осадок вследствие оттаивания мерзлого грунта. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2025;(11-336):44–54. https://doi.org/10.18799/24131830/2025/11/4898

24. Давлетбаева А. Р., Султанмагомедов Т. С. Моделирование деформаций свайных фундаментов шаровых резервуаров при сезонном оттаивании вечной мерзлоты. Материалы XIX Международной научнопрактической конференции, приуроченной к 95-летию со дня рождения профессора В. Ф. Новоселова и к 15-летию со дня образования ООО "НИИ Транснефть", 2024. С. 233–235.

25. Шейнин В. И. К проблеме обнаружения и определения размеров подземных карстовых полостей. Инженерные изыскания. 2022;(3-16):34–44.

26. Кислицын Д. И., Боковая П. М., Жильцов И. С. Метод раннего обнаружения карстового провала под строительным объектом. Приволжский научный журнал. 2023;(2-66):81–87.

27. Китаева М. А., Дробинина Е. В. Опыт проведения карстологического районирования территории проектирования линейного сооружения. Спелеология и спелестология. 2023;(2):21–25.

28. Мущанов В. Ф., Цепляев М. Н., Зубенко А. В. Варианты конечноэлементного моделирования элементов вертикальных цилиндрических резервуаров. Журнал теоретической и прикладной механики. 2020;(2-71):37–48.

29. Мосолов Г. В., Солдатов М. В., Димов И. Л. Применение численной модели грунта с двойным упрочнением и учетом малых деформаций для расчета осадок резервуаров. Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2024;(1-14):8–20. https://doi.org/10.28999/2541-9595-2024-14-1-8-20

30. Котов П. И., Роман Л. Т., Царапов М. Н. Влияние условий оттаивания и уплотнения на деформационные характеристики оттаивающих грунтов. Вестник Московского университета. Серия 4. Геология. 2017;(4-1):58–63. https://doi.org/10.33623/0579-9406-2017-1-58-63

31. Сюй С., Дай Ц. Х., Чэнь Л. Ц., Сюй С. Т. Нелинейная упругопластическая модель грунта, ее численная реализация и использование. Основания, фундаменты и механика грунтов. 2022;(3):5.

32. Кислицын Д. И., Хромых В. Е. Численные эксперименты по методу раннего определения местоположения и диаметра карстового провала в основании строительного объекта по имеющимся малым вертикальным перемещениям на однородном грунте. Приволжский научный журнал. 2023;(4-68):50–56.