2165

3.2.3.Определение изгибающих моментов, возникающих

ввертикальной плоскости стенки при навивке напрягаемой арматуры

По мере навивки напрягаемой арматуры в местах, где навивка уже произведена, диаметр резервуара уменьшается за счет обжатия бетона, в то время как в необжатой части диаметр не меняется (рис. 20). В местах стыка обжатой и необжатой частей стенки резервуара в вертикальной плоскости возникают изгибающие моменты. При определении их величины рассматриваются два состояния:

1)в начале навивки арматуры, когда арматура навита на небольшом участке стенки (высота стенки ≤ 1м);

2)на стенку навито достаточно значительное количество арматуры (предпочтение отдается зоне с наибольшим количеством арматуры).

Величина изгибающего момента определяется по формулам

M1нав 0,06 Nkсж ; (3.17) M2нав 0,0476 Nkсж ,

где Nkсж sp loss1 Asp – кольцевое сжимающее усилие в стенке резервуара; толщина стенки.

Пример.

Исходные данные:

sp = 1100 МПа = 11209 кгс/см2 ;

loss1= 0.

1-й участок – V зона (участок стенки, соответствующий началу навивки арматуры):

Asp = 98,2 мм2 = 0,982 см2 ; (см. табл. 5); = 16 см.

Кольцевое сжимающее усилие

Nkсж1 11209 0,982 11097 кгс 11,0 тс.

Изгибающий момент

M1нав 0,06 11,0 0,16= 0,11 тсм. 2-й участок – ІІІ зона (зона с наибольшим количеством арматуры).

Asp = 294,2 мм2 = 2,94 см2 (см. табл. 5).

M2нав 0,0476 33,0 0,16= 0,25 тсм.

Сопоставляем значения моментов, и для дальнейшего расчета принимаем момент, имеющий большую величину

M нав 0,25 тсм.

3.2.4.Расчет стеновой панели по прочности при действии изгибающих моментов в вертикальной плоскости

Ввертикальной плоскости стеновой панели действуют следующие моменты:

-изгибающий момент от давления воды Мв;

-изгибающий момент от давления грунта Мгр;

-изгибающий момент в стадии монтажа ММ;

-изгибающий момент при навивке кольцевой арматуры Мнав.

При расчете панели по прочности необходимо учитывать не только величину изгибающего момента, но и прочность бетона стенки для рассматриваемой стадии. При давлении воды и грунта на стенку резервуара прочность

31

бетона должна соответствовать проектной. При монтаже стеновой панели прочность бетона должна быть не меньше отпускной прочности и не менее 80% от проектной. При навивке кольцевой арматуры передаточная прочность бетона должна быть не менее отпускной и удовлетворять требованиям СНиПа [4].

Методика назначения проектного класса бетона, отпускной и передаточной прочностей рассмотрена в подразделе

3.2.2. Класс арматуры стеновой панели назначается в соответствии с рекомендациями раздела 1.2. При назначении класса арматуры следует иметь в виду, что стеновая панель имеет вертикальную и горизонтальную арматуры.

Вертикальная арматура панели устанавливается по расчету, а горизонтальная – по конструктивным соображениям.

Площадь сечения вертикальной арматуры определяется из условия прочности изгибаемого элемента прямоугольной формы с одиночной арматурой. Ширина поперечного сечения в = 1,0 м; высота h ст . Расчет площади сечения арматуры выполняется по общим правилам расчета железобетонных конструкций.

При расчете вертикальной арматуры стенки резервуара рассматриваются две стадии:

1)расчет выполняется при наибольшем значении по абсолютной величине изгибающего момента и соответствующей данной стадии прочности бетона;

2)расчет выполняется при наименьшей прочности бетона и соответствующем данной стадии значении изгибающего момента.

Результаты расчетов сопоставляются между собой, и наибольшее значение площади сечения арматуры принимается для конструк-тивного решения стеновой панели. После завершения конструирования стеновой панели выполняются, если требуется, дополнительные проверки прочности панели при воздействии остальных значений изгибающих моментов с учетом соответствующей прочности бетона.

Пример. Определение площади сечения вертикальной арматуры панели.

Изгибающие моменты и соответствующие им классы бетона:

Требуемая площадь арматуры

32

Сопоставляем площади арматуры:

Asтр1 383,0 мм2 > Asтр2 218,6 мм2 .

Конструирование панели выполняем по большой расчетной площади арматуры

Asтр 383,0 мм2.

Принимаем стержни диаметром 10 мм с шагом 150 мм.

Фактическая площадь арматуры

Asфакт 78,5 1000 523,3 мм2 > Asтр 383,0 мм2 (на 1 пог.м ширины панели).

150

Вертикальная арматура устанавливается симметрично с внутренней и наружной сторон панели. Конструктивную

(горизонтальную) арматуру принимаем диаметром 6 мм из стали класса А-I с шагом 250 мм. Армирование стеновой панели показано на рис. 21. Проверку прочности стенки резервуара при навивке кольцевой арматуры выполнять нет необходимости, поскольку изгибающий момент при навивке Мнав=2,45 кН м значительно меньше момента при монтаже Мм = 10,89 кН м, а класс бетона выше (В22,5 > В20).

3.2.5. Расчет стеновой панели по образованию трещин

Расчет стеновых панелей по образованию трещин выполняется на те же силовые воздействия с учетом тех же прочностных характеристик бетона, что и расчет на прочность. При определении величины изгибающих моментов от давления воды и грунта следует иметь в виду, что при расчете по прочности эти моменты определялись на уровне низа панели. При расчете по образованию трещин моменты необходимо определять на уровне заделки панели в фундаменте.

Пример. Определение изгибающих моментов при действии воды и грунта на уровне заделки панели в фундаменте.

Действие воды. Изгибающие моменты согласно табл. 3: на отметке 0,00 – 1,83 тс м; на отметке 0,50 – 0,21

тс м.

На уровне верха фундамента (отметка 0,27) изгибающий момент будет равен (рис. 22, а) 1,83 – 0,21 = 1,62.

1,62 0,50 0,27 0,75. 0,50

0,21 + 0,75 = 0,96 тс м.

33

диаметр d = 10 мм;

площадь As 523,3мм2;

Es 2,00 105 МПа;

Изгибающий момент Мгр = 1,05 тс м = 10,30кН м.

Расчетное сечение стеновой панели симметричное и имеет прямоугольную форму с размерами в = 1,0 м; h

Момент сопротивления для растянутой грани сечения

Wred Jred 36646 4581см3.

yo 8

Момент сопротивления с учетом неупругих деформаций растянутого бетона

Wpl Wred 1,75 4581 8017см3.

Момент, воспринимаемый сечением при образовании трещин:

Mcrc Rbt,ser Wpl 1,80 102 8017 1443060Н см 14,43кН м.

Mcrc 14,43кН м M гр 10,30кН м.

Следовательно, трещиностойкость стеновой панели при проектном классе бетона В25 обеспечена.

Расчет для класса бетона В20

Изгибающий момент Мм = 1,11 тс·м = 10,89 кН м.

Бетон класса В20:

Rbt,ser 1,40МПа;

Wpl Wred 1,75 4659 8153 см3;

Mcrc 1,40 102 8153 937595Н см 9,38кН м.

Сопоставляем изгибающие моменты:

Мм = 10,89 кН м >Mcrc 9,38кН м.

Из сопоставления видно, что момент при монтаже стеновой панели больше момента трещиностойкости,

следовательно, её трещиностойкость не обеспечена.

С целью обеспечения трещиностойкости стеновой панели для данной стадии увеличиваем длину консоли,

назначая её величину в пределах 0,8 1,2 м. Принимаем для расчета l1 = 0,9 м; l2 = 3,9 м (см. рис.19).

Изгибающие моменты для стадии монтажа:

на опоре Mопм = 2,23 кН м;

35

в пролете Mпрм = 9,36 кН м.

Вэтом случае

Mcrc 9,38кН м M гр 9,36кН м.

Условие выполняется.

Следовательно, трещиностойкость стеновой панели при действии всех изгибающих моментов в вертикальной плоскости обеспечена.

3.2.6. Определение напряжений, контролируемых при натяжении арматуры

При натяжении арматуры на бетон не одновременно следует учитывать уменьшение напряжения в арматуре,

натянутой ранее, вследствие упругого обжатия бетона усилиями от арматуры, натягиваемой позднее.

Указанное уменьшение предварительного напряжения в ранее натянутой арматуре может быть принято равным

арматуры, натянутой ранее на уровне её центра тяжести) от сил натяжения групп арматуры, натянутой позднее; при этом напряжение в арматуре принимается за вычетом потерь, происходящих в процессе обжатия бетона (первые потери).

Рекомендуется протяженность участка по высоте стенки резервуара, в пределах которого размещается одна группа стержней, принимать равной 1 м.

Напряжение в бетоне определяется по формуле

Усилие натяжения Ni считается приложенным в центре тяжести зоны; значения ei , yi определяются согласно

рекомендациям, указанным на рис. 24. Величина напряжения в определяется для каждой группы стержней арматуры, натягиваемой после той группы стержней, для которой определяется потеря напряжений. Группа стержней,

натягиваемых ранее, должна быть напряжена сильнее на найденную таким образом величину изменения напряжения.

Пример.

Исходные данные для расчета:

Высота стенки резервуара 4,8 м.

Толщина 0,16 м.

Арматура класса Вр-II.

Диаметр проволоки 5 мм.

Площадь сечения проволоки As1=0,196 см2.

Модуль упругости арматуры Es =2,0·105 МПа.

Величина предварительного напряжения sp =1100 МПа.

Первые потери напряжения в арматуре n1=0.

Бетон класса В22,5.

Начальный модуль упругости бетона Eв =25,5·103 МПа.

36

Площадь сечения и момент инерции стенки резервуара:

Aв 160 4800 768 103мм2 .

Jв 160 48003 147,5 1010мм4 .

12

Стенка по высоте разбивается на 5 зон по аналогии с тем, как это делалось при определении кольцевых

=0,79 МПа.

вIV 7,84 0,79 6,19МПа.

V

y4 0,9м = 900 мм.

NIII 1100 294,2 323320Н = 323,3 кН.

37

=0,32 МПа.

вIV 7,84 ( 0,15) 1,18 МПа.

вIIV 7,84 0,00 0,00 МПа.

вIIII 7,84 0,16 1,25 МПа.

вIII 7,84 0,32 2,51 МПа.

Полное снижение предварительного напряжения в напрягаемой арматуре равно:

в зоне V:

= 6,19 + 2,98 + (-0,24) + (-1,18) = 7,75 МПа;

в зоне IV:

= 4,08 МПа;

в зоне III:

Полные величины контролируемых напряжений и усилий в арматуре (в одной проволоке) по зонам приведены в табл. 7.

Таблица 7

Значения величин контролируемых напряжений и усилий в арматуре

38

3.2.7. Конструкция стенки резервуара

Кольцевая напрягаемая арматура располагается по всей высоте стенки. Её количество определяется расчетом (см.

табл. 5). Снаружи напрягаемая арматура защищается торкретбетоном. При конструировании стенки резервуара необходимо соблюдать требования к расстоянию между витками кольцевой арматуры. Для проволочной арматуры,

укладываемой при помощи арматурно-навивочной машины, они следующие: S ≥ 25 мм; S ≤ 0,38 r ; S ≤ 800

мм.

Конструкция и армирование стенки резервуара предварительно -напряженной проволочной арматурой показаны на рис. 25.

3.3.Стенка резервуара с предварительно напрягаемой стержневой арматурой

3.3.1.Определение площади сечения стержневой напрягаемой арматуры

Стержневая арматура согласно разделу 1.2 принимается из стали классов А600 (А-ІV), А800 (А-V). Натяжение стержневой арматуры производится электротермическим способом. Стенка обжимается кольцами, каждое из которых выполняется, как правило, из четырех звеньев. Расположение и конструкция анкерных упоров и опорных уголков показаны на рис. 25.

Расчет площади сечения стержневой арматуры аналогичен вычислению площади для проволочной арматуры.

Согласно формуле (3.6) определяется площадь арматуры исходя из ее прочности. Для преднапряженных конструкций,

для которых не допускается образования трещин, определяющим является расчет не по прочности, а по трещиностойкости. Для обеспечения трещиностойкости коэффициент условий работы арматуры принимается равным

s6 1,0, а площадь сечения арматуры, вычисленная по формуле (3.6), увеличивается на 30 40%.

Пример. Определение количества кольцевой стержневой арматуры.

Напрягаемая стержневая арматура принята из стали класса А-ІV. Прочностная характеристика арматуры Rs= 510

МПа [4].Определение площади сечения стержневой арматуры производим по кольцевым растягивающим усилиям

(табл. 2). Весь расчет сводим в табл. 8.

Таблица 8

Определение количества кольцевой стержневой арматуры

39

3.3.2. Расчет стенки со стержневой напрягаемой арматурой по образованию трещин

Расчет стенки со стержневой напрягаемой арматурой по образованию трещин аналогичен расчету с проволочной

арматурой. Расчет производится на действия нагрузок с коэффициентом f 1 и заключается в проверке

выполнения условия N Ncrc .

В случае, когда стенка резервуара состоит из сборных панелей, работа бетона не учитывается . Тогда

Принято считать, что натяжение стержневой арматуры осуществляется на «бетон», а способ натяжения электротермический. Величина предварительного натяжения арматуры назначается согласно рекомендациям СНиПа

[4].

Пример. Назначение величины предварительного натяжения арматуры.

Напрягаемая арматура А-ІV.

Прочностная характеристика арматуры Rs,ser= 590 МПа.

Согласно рекомендациям СНиПа [4]

sp p Rs,ser .

sp p 0,3 Rs,ser .

p 30 360, l

где l расстояние между наружными гранями упоров, м.

При диаметре резервуара D = 18 м и когда обжимное арматурное кольцо стенки резервуара состоит из четырех звеньев, расстояние между упорами будет равно (рис. 26)

l= 14,13 + 0,20 = 14,33 м.

Тогда

p 30 360 30 360 55,2 МПа. l 14,33

Величина предварительного натяжения арматуры

sp 590 55,2 534,2МПа.

sp 0,3 590 55,2 232,2 МПа.

Принимаем sp 530 МПа.

40