книги / Строительные конструкции
..pdfРасстояния между стержнями кольцевой напрягае мой арматуры могут изменяться в широком диапазоне: от 15—20 см до 10 мм (при проволочной арматуре).
Кольцевую напрягаемую арматуру покрывают не сколькими слоями торкрет-бетона общей толщиной (от внешней поверхности арматуры) 25 мм, что обеспечивает необходимую ее защиту от коррозии. Первый слой нано сят сразу же после натяжения, а последующие — при на полненном водой сооружении, что предупреждает обра зование трещин в торкрет-бетоне при последующих на полнениях. Торкретирование (или оштукатуривание) внутренней поверхности цилиндрических стенок выпол няют до натяжения арматуры, с тем чтобы внутренний слой получил обжатие.
Трещиностойкость днища может быть повышена пу тем его обжатия кольцевой напрягаемой арматурой. При решении узла сопряжения стенки с днищем по рис. XI. 16 днище будет обжиматься нижними витками кольцевой арматуры стенки. Такой узе,* выполняют в резервуарах, предназначенных для хранения мазута и нефтепродук тов. Между днищем и бетонной подготовкой для умень шения трения при обжатии насыпают слой песка. Чтобы предотвратить утечку цементного молока при бетониро вании монолитного днища, на песчаное основание укла дывают два слоя пергамина.
Сборные железобетонные конструкции зданий и со оружений по мере накопления опыта их применения по стоянно совершенствуются. Для водопроводных и кана лизационных емкостных сооружений разрабатывается новая типовая серия, согласно которой для цилиндриче
ских сооружений стеновые панели |
типа |
скорлупы ис |
|||
пользуются только при диаметре сооружения |
£> = 4 ,5 —> |
||||
9 м (радиус криволинейной поверхности R = 3 м), а при |
|||||
больших |
диаметрах — плоско-выпуклые |
панели с R = |
|||
= 7,5 м |
( D = 9— 18 м) и с R = 15 м |
(£>= 24—50 м). |
|||
Ширина панелей Ъ = |
1,5 м (при |
£>^:18 м) |
и Ь = 2 м |
||
(при D > 1 8 м). В стенах сооружений панели соединяют |
|||||
сваркой |
закладных деталей, затем |
стык |
замоноличи- |
||
вают цементно-песчаным |
раствором |
марки М 300 под |
давлением. Соединение стеновых панелей типа «скорлу пы» с днищем жесткое, плоско-выпуклых панелей по движное с применением тиоколовых герметиков или би тума,
231
§ XI.3. РАСЧЕТ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЕМКОСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Стенки цилиндрических емкостных сооружений ис пытывают воздействие гидростатического давления жид кости, которое, как известно, возрастает с увеличением глубины по линейному закону (рис. X I.17, а).
Нормативное давление жидкости рв на глубине h от ее поверхности равно:
f e a - l |
|
рн = |
yh, |
|
(XI. 1) |
||
где y — объемная масса жидкости. |
|
|
|||||
Щ 'А ГА/7 |
|
для |
|||||
Коэффициент |
перегрузки |
|
|||||
|
гидростатического |
давления жидко |
|||||
|
сти /г= 1,1, поэтому |
расчетное |
дав |
||||
|
ление р = 1 Л |
yh. |
|
|
|
|
|
|
Для воды |
у = |
1, |
следовательно, |
|||
|
|
р=1,1Л. |
|
(XI.2) |
|||
|
От внутреннего |
равномерно |
рас |
||||
|
пределенного давления цилиндриче |
||||||
|
ская стенка испытывает осевое рас |
||||||
Рис. XI.17. К опреде |
тяжение. Кольцевое |
растягивающее |
|||||
лению кольцевых рас |
усилие в стенке Т0 легко определить, |
||||||
тягивающих усилий в |
если горизонтальное |
сечение |
напол |
||||
цилиндрической стен |
ненного жидкостью |
цилиндра |
ради |
||||
ке |
|||||||
усом г мысленно разрезать по ли |
|||||||
|
|||||||
|
нии диаметра |
(рис. X I.17,б). |
Рав |
нодействующую гидростатического давления р-2г урав новешивают усилия в стенке 2Г0, откуда
Т0 = рг= 1,1hr. (XI.3)
Рис. XI.18. Перемещения и усилия в стенках открытых цилиндриче ских резервуаров от внутреннего гидростатического давления
1 —начальное состояние; 2 деформированное состояние
232
Таким образом, коль цевые растягивающие усилия То при отсутствии связи стенки с днищем возрастают по линей ному закону пропор ционально увеличению гидростатического дав ления. Радиальные де формации стенки увели чиваются по мере роста кольцевых усилий (рис.
XI. 18,а). При жестком со пряжении стенки с дни
щем на участках, примыкающих к днищу, эти деформа ции стеснены, а на уровне днища равны нулю, поскольку
днище |
практически |
нерастяжимо. |
В результате этого |
|
стенка |
искривляется |
(рис. XI. 18, б) |
и в направлении |
об |
разующей цилиндра |
(в плоскости |
меридионального |
се |
чения) возникают изгибающий момент М и поперечная сила (распор) Q. Усилия М и Q имеют наибольшее зна чение на контуре (у днища) и быстро затухают по вы соте.
Эпюра Т0 подобна эпюре гидростатического давле ния, т. е. имеет вид треугольника с нулевой ординатой поверху и максимальной у днища. При жесткой связи между стенкой и днищемэпюр кольцевых усилий 7" имеет вид кривой с нулевыми значениями вверху и вни зу (см. рис. X I.18,б).
Стенка является замкнутой осесимметричной цилин
дрической оболочкой. |
Вырезанную из |
оболочки верти |
|||
кальную полосу |
шириной 6 = 1 |
можно |
рассматривать |
||
как балку, защемленную понизу и подпертую |
по всей |
||||
длине упругими |
силами — радиальными составляющими |
||||
кольцевых усилий Т |
(рис. XI. 19). |
Прогиб этой |
полоски |
||
пропорционален |
упругому отпору, |
поэтому в расчетной |
схеме ее можно представить как балку на упругом (винклеровском) основании с одним коэффициентом отпорности (коэффициентом постели).
Расчетные формулы получают из решения диффе ренциального уравнения изгиба балки на упругом осно вании при соответствующих граничных условиях. Для кольцевого растягивающего усилия Т в любом сечении стенки, удаленном от днища на расстояние х, формула
233
(г и I подставляют в м, а б получают в см). |
|
|
Изгибающий момент в |
стенке имеет |
максимальное |
значение на уровне днища |
|
|
м = — |
- s /l) . |
(XI.7) |
При подвижном соединении стенки с днищем (когда кольцевой паз заполнен битумной мастикой) радиаль ным перемещениям стенки препятствует сила трения QTр, действующая в основании стенки:
Qjp = Nf, (XI. 8)
где N— нормальная сила в кгс/м (Н/м); / — коэффициент трения, который принимают равным 0,5.
Сила трения в открытых сооружениях создается толь ко за счет веса стенки, а в закрытых также и от веса по крытия с обсыпкой (с соответствующей грузовой поло сы). Силу трения подсчитывают для двух расчетных слу чаев:
1)обсыпка отсутствует (гидравлическое испытание сооружения);
2)сооружение обсыпано (эксплуатационные усло
вия).
Кольцевые растягивающие усилия в стенке
Т = Т 0 — |
Qip'ni- |
(XI.9) |
Если по формуле (XI.8) получают |
|
|
Qtp > Рмакс |
|
|
то в формуле (XI.9) следует принимать*1 |
|
|
Qtp = Рмакс ®/2. |
(XI 10 |
|
Максимальный момент от воздействия QTp определя |
||
ют как |
|
|
M = QTpStla- |
(XI. II) |
|
Этот момент действует в сечении, отстоящем от дни |
||
ща на расстоянии |
|
|
х = 0,6 V7b. |
(XI. 12) |
Рм8КС^
1 Указанное ограничение вызвано тем, что при QTp = -----— на
уровне днища по формуле (XI.9) получаем Т=0. Если же QTp>
Рмдис^ > -----— , то усилие Т меняет знак (сжатие вместо растяжения),
что не имеет физического смысла.
235
В сооружениях малой вместимости (до 100 м3) коль цевые растягивающие усилия в -стенке могут быть опре делены без учета ее связи с днищем, т. е. по формуле
.(XI.3).
Приведенные расчетные формулы для кольцевых рас тягивающих усилий и изгибающих моментов в цилинд рической стенке от воздействия внутреннего гидростати ческого давления характеризуют напряженное состояние стенки надземного сооружения в период эксплуатации, а для подземного сооружения — при его гидравлическом испытании (когда отсутствует обсыпка).
Обсыпка создает в стенке кольцевые сжимающие усилия. Их в расчете обычно не учитывают, так как в сооружении, заполненном жидкостью, они уменьшают кольцевые растягивающие усилия, а в опорожненном со
оружении воспринимаются |
бетонным - сечением стенки. |
|
От воздействия обсыпки |
(при опорожненном |
соору |
жении) определяют только |
изгибающий момент |
в ме |
ридиональной плоскости и соответствующую вертикаль ную арматуру. Боковое давление грунта, как и давление
воды, увеличивается с возрастанием |
глубины по линей |
ному закону. Расчетное давление |
на глубине h от по |
верхности грунта составляет |
(XI. 13) |
Ргр = Yrp №п, |
где уГр — объемная масса грунта; п — коэффициент перегрузки (для насыпного грунта п= 1,2); k — коэффициент, учитывающий связность
грунта, |
k = tg?(45° —<р/2) |
(XI. 14) |
|
||
(ф — угол внутреннего трения грунта). |
грунта |
|
Временную |
нагрузку на. поверхности |
Рвр(Рвр=1—2,5 тс/м2, или 10—25 кН/м2) заменяют эквивалентным слоем грунта ЛВр=Рвр/угр. Если обозна чить расстояние от уровня земли [с учетом Лвр до верха стенки hi и до низа стенки Лг (рис. XI.20, а) ], то боковое давление по верху стенки
236
|
Если сооружение |
за |
|||
глублено |
ниже |
уровня |
|||
грунтовых |
вод, |
то |
боко |
||
вое |
давление |
на |
стенку |
||
на |
уровне |
днища |
(рис. |
||
XI.20, б) складывается |
из |
||||
давления р0 от слоя грун |
|||||
та высотой Н\ (от уров |
|||||
ня воды до поверхности), |
|||||
давления |
рвьв от |
частиц |
грунта, |
насыщенного |
во |
Рис. Х1.20. Давление грунта на |
|||
подземное |
сооружение |
|||||
дой (в |
пределах |
высоты |
||||
|
|
|||||
Я2), и давления |
воды |
рв: |
|
|
||
|
|
|
Ро — YrpН1 tik\ |
(XI. 16) |
||
|
|
Рвав = Vbbb ttk, |
(XI. )7) |
где уазв— объемная массы грунта, взвешенного в воде, VB3B= (ftp - T B) 0 - * ) .
„/
здесь угр — объемная масса частиц грунта; у»— то же, воды, рав ная 1; т — пористость грунта в долях единицы.
рв = ув пНг ==* 1,1 |
Нг тс/м? (11 НгкН/м2); |
(XI.18) |
Ргрг = Ро |
-Ь Рвав -f- Рв• |
(XI. 19) |
Величины у'р, т , ф определяют при инженерно-геоло гических изысканиях на участке строительства. Для neci
чаных грунтов |
приближенно |
можно |
принять |
уГр= |
||
= 1,8 т/м3; увзв = |
1,1 т/м3 (при у 'р= 2 ,7 |
т/м3 и т = 0 ,3 5 ), |
||||
Ф=40° |
|
|
|
|
|
|
Равнодействующая |
подпора |
грунтовой поды, дейст |
||||
вующая снизу вверх на |
днище |
площадью Fm |
равна: |
|||
|
рн = ТвЯ2Рдн = Я2РдН. |
|
(XI .20) |
|||
Вес опорожненного сооружения |
GH (включая |
обсып |
||||
ку на покрытии) |
с коэффициентом |
п — 0,9 должен пре |
вышать равнодействующую подпора, взятую с коэффи циентом перегрузки л = 1 ,1 :
0,9G"> |
1,1Р«. |
(XI.21) |
Как отмечалось в § XI.1, |
для ряда |
открытых соору |
жений это условие выполнить невозможно. В таком слу чае в период высокого стояния грунтовых вод сооруже ние должно быть постоянно заполнено жидкостью.
Кольцевые растягивающие усилия в стенках цилин дрических сооружений определяют в сечениях, располо
237
женных по высоте через 1 м (или через 0,5 м). Д ля каж дой зоны высотой 1 м по наибольшему расчетному коль
цевому усилию (с некоторым запасом) |
находят требуе |
мую площадь сечения кольцевой арматуры: |
|
Fa — T/Ra. |
(XI.22) |
По ней подбирают необходимое число стержней на 1 м высоты стенки (в данной зоне).
В монолитных стенках без предварительного напря жения кольцевую арматуру располагают с двух сторон, соблюдая требуемую толщину защитного слоя.
В предварительно-напряженных стенках кольцевая арматура является напрягаемой и располагается с внеш ней стороны.
На образование или раскрытие трещин рассчитывают наиболее нагруженный пояс стенки в соответствии с ука заниями, изложенными в гл. V. При этом следует учиты вать, что растягивающее усилие Т, длительно действу ющее.
К предварительно-напряженным стенкам1 предъяв ляют требования по трещиностойкости первой категории. Стенки должны быть рассчитаны на образование трещин от воздействия расчетного кольцевого усилия Т по усло
вию T ^ N т |
(где NT — усилие, воспринимаемое стенкой |
при образовании трещин). В монолитной стенке N? вы |
|
числяют по |
формуле (V.27), в сборной — NT следует |
определять без учета ненапрягаемой кольцевой армату ры (т. е. без учета горизонтальной арматуры панелей), которая в стыках прерывается, и без учета работы рас твора в швах между панелями. Поэтому расчетная фор
мула принимает вид |
|
|
||
|
|
Т < N0 или Т < т т ст0 Flt, |
(XI .23) |
|
где No— сила |
обжатия; сг<>— предварительное напряжение в коль |
|||
цевой напрягаемой |
арматуре с |
учетом всех потерь; F„ — площадь |
||
сечения напрягаемой |
арматуры; |
т т — коэффициент точности натя |
||
жения (mT=0,9). |
|
|
|
|
Принятые величины FHи оо при малых процентах ар |
||||
мирования |
p .= F H/^6< 0,25% следует |
дополнительно |
проверить из условия, чтобы напряжения в стенке за полненного резервуара (при отсутствии обсыпки) были сжимающими, а значение их было не менее 8 кгс/см2 (0,8 М Па).
1 При напрягаемой кольцевой арматуре класса A-IV н выше.
23$
Расчетное выражение получим, разделив обе части формулы (XI. 23) на F<s= 1006 см2.
а<5 = /ят о0 ц > 8 кгс/см? (0,8 МПа).
К стенкам, выполненным без предварительного на
пряжения с |
кольцевой |
арматурой |
классов A-I, А-П, |
||
А-Ш, предъявляют |
требования |
по трещиностойкостй |
|||
3-й категории. |
|
|
|
|
|
Ширина |
раскрытия |
трещин |
от |
кольцевого усилия, |
|
вызванного |
нормативной нагрузкой |
ТН= Т / 1,1, не долж |
|||
на превышать 0,1 мм |
(ат.дл^ 0 ,1 |
мм). |
Методика определения ат для центрально-растяну тых элементов приведена в гл. V.
Вертикальную арматуру стенок подбирают по наи большему изгибающему моменту. Арматура, располо женная с внутренней стороны, воспринимает растягива ющие усилия, вызванные моментом М, от внутреннего
давления жидкости |
(при |
отсутствии |
обсыпки); армату |
ра, расположенная |
с внешней стороны,— растягиваю |
||
щие усилия, вызванные |
моментом |
Мгр от воздействия |
обсыпки (при опорожненном сооружении).
Требуемую площадь сечения арматуры определяют как для прямоугольного сечения шириной 6 = 1 0 0 см. Армирование монолитной стенки показано на рис. XI.21.
В сборных панелях вертикальная арматура должна быть, кроме того, рассчитана из условия работы панели на изгиб при транспортировании и монтаже. Если вер тикальная арматура сборной панели, поставленная по монтажному случаю ее работы, недостаточна для рабо ты на изгибающий момент в эксплуатационном состоя нии, в нижней части панели устанавливают дополни тельную сетку (см. рис. XI.10, б).
Для повышения трещиностойкостй панелей большой высоты при их транспортировании и монтаже дополни тельно ставят продольные напрягаемые стержни.
Днища цилиндрических емкостных сооружений пред ставляют собой плоскую или коническую плиту, лежа щую на упругом основании и имеющую по контуру же сткую или шарнирную связь со стенкой.
При отсутствии подпора грунтовых вод собственный вес днища и вес жидкости уравновешиваются соответст вующим отпором грунта. Изгибающие моменты в дни ще возникают на участках, примыкающих к цилиндри ческой стенке и к фундаментам колонн,
239
Pfcc. X 1.21. |
Армирование |
стенки мо |
нолитного |
цилиндрического соору |
|
|
жения |
|
1 —кольцевая |
арматура по |
расчету на |
усилие Т; 2 —вертикальная |
арматура по |
|
расчету на М от давления жидкости; 3 — |
||
то же, по расчету на /Ирр |
от давления |
грунта
Mi
)
Рис. XI.22. Расчетная схема узла сопряжения стенки, днища и опорно го кольца
а —заданная система; б — основная система; р—дав ление воды; . N —давление от стенки на узел; q —реак тивный отпор грунта; AfiQ1—изгибающий момент и поперечная сила в стенке на грани узла; M2Qi —то же,
в днище
Рис. XI.23. К приближенному расчету днища
Приведенные выше формулы для определения усилий в цилиндрической стенке были получены в предпо ложении полной заделки стенки в днище (или при под вижном ее опирании); фактически же стенка, опорное кольцо, устраиваемое в месте сопряжения стенки с дни щем, и днище деформируются совместно, и для опреде ления усилий во всех этих элементах следует рассчиты вать узел в целом (рис. XI.22); Так же совместно надо
240