книги из ГПНТБ / Литвин, А. Н. Железобетонные конструкции с полимерными покрытиями

шинах. Для изготовления продольной арматуры п соеди­ нительных элементов используют только гладкую арма­ туру класса A-I диаметром 6 мм.

Соединительные элементы в арматурных каркасах выполняют несколько функций. Они обеспечивают пра-

Рис. 43. Схема расположения арматурных каркасов в полнмержелезобетонных трубах

Рис. 44. Схемы арматурных каркасов и соединительных эле­ ментов для полимержелезобетопных труб

вильное взаимное расположение каркасов раструба и цилиндрической части трубы, предохраняют полимерные воротники от повреждения их острыми концами продоль­ ной арматуры, а некоторые из них используются в каче­

стве монтажных петель при транспортировании кар­ касов.

112

Резиновые кольца, применяемые для уплотнения сты­ ковых соединений полимержелезобетонных труб, долж­ ны быть гладкими, без пузырей п трещин и не иметь по­ сторонних включений. Размеры различных углублений и выступов в них, включая заводское клеймо, не должны превышать 1 мм. Кольца должны изготовляться в основ­ ном формовым способом из морозостойких сортов резины, стабилизированных против всех видов старения. Раз­ рушающее напряжение при разрыве применяемой рези­ ны должно быть не менее 18 МПа (180 кгс/см2), а отно­ сительное удлинение при разрыве не менее 500%. Твер­ дость используемой резины в условных единицах по ТМ-2 должна быть в пределах 50—-60, а остаточное удли­ нение после разрыва не должно превышать 15%. Удель­ ная остаточная деформация применяемой резины при испытании ее на морозостойкость и старение не должна превышать 45%. Уплотнительные кольца для полимер­ железобетонных труб, предназначенных для транспорти­ рования химически агрессивных промышленных стоков, должны изготовляться из кислотощелочестойких сортов резины (табл. 10).

по диаметру поперечного сечения ±1 мм.

Полимержелезобетонные трубы диаметрами более 1500 мм не включены в сортамент и в основном их из­ готовляют с опорной пятой. Непроницаемость их в сое­ динениях обеспечивается за счет сварки полимерных сло­ ев смежных труб. На рис. 45 приведены схематические

разрезы таких труб и показам способ стыкования смеж­ ных звеньев в трубопровод. В таких трубах ребра, заанкернвающне полимерный слой, обычно располагаются перпендикулярно продольной оси трубопровода. По окон­ чании монтажа на полимерный слой смежных звеньев наваривают узкую полимерную накладку, а затем пазы, отформованные в торцах элементов, заделывают цемент­ ным раствором. Иногда вместо накладки используют ос­ тавляемый при формовании выпуск полимерного слоя, позволяющий вести сварку внахлестку. Монтаж трубо­ провода показан на рис. 46. Ширина звена равна 1800 мм. При его изготовлении применяли профилированный по­ лимерный лист шириной 1884 мм, полученный при про­ дольной разрезке рукава диаметром 600 мм. Такой лист отрезали в поперечном направлении на нужную длину и сваривали в заготовку требующегося диаметра с нуж­ ным расположением ребер. Перед сваркой края ребер на длине около 20 мм срезали с обеих сторон листа, а при бетонировании звена сварной шов располагали таким образом, чтобы он впоследствии оказался в верхней ча­ сти трубопровода. Опорную пяту во избежание расходо­ вания на нее значительных количеств бетона выполняли так, чтобы ее плоскость была касательной к окружности, прочерченной наружным радиусом трубопровода. На опорной пяте выполнялись два прилива высотой около 20 мм, улучшающие схему работы трубопровода и об­ легчающие его монтаж. Звенья армировали кольцевой

114

Гтряженио-деформпровапиого состояния полпмержелезс)- бетопных труб с целью разработки метода их расчета, выполненные А. Р. Вульфом [11, 42, 43], показали сле­ дующее.

1.Полимержелезобетонные трубы после образования трещин в нх степках не становятся геометрически изме­ няемыми многозвенными механизмами и могут сопротив­ ляться значительным дополнительным внешним нагруз­ кам: несущая способность труб, первоначально не имев­ ших трещин, и труб, предварительно испытанных внут­ ренним давлением с образованием в их железобетонных стенках сквозных трещим, практически одинакова. Внеш­ няя нагрузка, вызывающая образование первых трещин, почти вдвое меньше нагрузки, соответствующей предель­ ному состоянию той же трубы по несущей способности, поэтому резервы несущей способности труб после обра­ зования трещин в их стейках весьма значительны.

2.Образование и раскрытие трещин в стенках напор­ ных полимержелезобетонных труб обусловлено порядком приложения к ним нагрузок: при действии только внут­ реннего гидравлического давления характер образования

и раскрытия трещин соответствует примятому в СНнП И-В.1-62, а при действии только внешней нагрузки коренным образом отличается от него. В последнем слу­ чае первые трещины возникают в шелыге и лотке трубы, т. е. в сечениях, расположенных по ее вертикальному диаметру, а при дальнейшем росте внешней нагрузки они появляются и в сечениях, расположенных по концам го­ ризонтального диаметра. В других сечениях трубы тре­ щины от приложения внешней линейной' нагрузки, как правило, вообще не возникают, а по мере роста внешней нагрузки продолжают раскрываться только уже имею­ щиеся трещины, причем в шелыге и лотке трубы они до­ стигают максимальных размеров. Поэтому при расчетах ширины раскрытия трещин эти сечения следует прини­ мать за расчетные.

3. При нормативных нагрузках, независимо от по­ следовательности нх приложения, ширина раскрытия трещин в стенках полимержелезобетонных труб, арми­ рованных стальной арматурой класса А-Ill из расчета обеспечения их несущей способности, во всех экспери­ ментах не превышала 0,08—0,09 мм. Поэтому можно за­ ключить, что при подборе армирования труб по несущей способности с использованием арматуры класса А-Ш

116

автоматически будет обеспечиваться допустимая ширина раскрытия трещин, не превышающая 0,1 мм. Поэтому расчет полнмержелезобетонных труб по несущей способ­ ности является основным, а по ширине раскрытия тре­ щин — поверочным.

4. Деформации по диаметру полнмержелезобетонных труб имеют максимальную величину при нагружении пу­ стых труб внешней линейной нагрузкой, но в целом они невелики и не превышают 0,9% внутреннего диаметра трубы. При наличии внутри трубы гидравлического дав­ ления деформации ее диаметра заметно уменьшаются и перед началом разрушения (в условиях экспериментов) они не превышали 0,3% внутреннего диаметра трубы. По-впдимому, овализация сечения трубы, возникающая в результате приложения внешней линейной нагрузки и усиливающаяся за счет снижения жесткости трубы пос­ ле образования трещин в ее стенках, под влиянием внутреннего давления начинает уменьшаться, так как труба стремится принять форму окружности. При этом наблюдается не только эффект выправления формы тру­ бы, наблюдавшийся другими исследователями для гиб­ ких стальных труб, но и некоторое повышение ее несу­ щей способности по отношению к действию внешних нагрузок. Это свидетельствует о том, что при наличии сов­ местного действия внутреннего давления и внешней на­ грузки пользоваться в расчетах методом наложения сил недопустимо.

5. Наиболее неблагоприятная комбинация нагрузок наблюдается, когда к трубе сначала прикладывают внешнюю линейную нагрузку, а затем создают внутрен­ нее давление. Однако и в этом случае нагрузка (при нор­ мативном значении) мало влияет на величину несущей способности трубы при ее разрушении внутренним дав­ лением.

6.20—40-кратное изменение давления в пределах 1 — 1,5 МПа (10—15 ат) не приводит к заметным изменениям ширины раскрытия трещин.

7.Засыпка трубы грунтом при хорошем его уплотне­ нии повышает ее несущую способность примерно на

20%.

В целом результаты экспериментов подтвердили воз­ можность и целесообразность применения напорных и безнапорных полнмержелезобетонных труб для строи­

117

тельства трубопроводов и показали, что их расчет по СНпП П-В. 1-62 с корректировкой в части определения ширины раскрытия трещин будет вполне надежным*.

1. Общие положения расчета, определение нагрузок, изгибающих моментов и нормальных сил

При расчете несущей способности полпмержелезобетонных труб кольцевого поперечного сечения учитыва­ ют следующие нагрузки и соответствующие значения ко­ эффициентов перегрузки:

собственную массу трубы; коэффициент перегрузки —

U ;

массу транспортируемой жидкости; коэффициент пе­ регрузки — 1,1;

постоянную нагрузку па трубу от засыпки грунтом; коэффициент перегрузки — 1,2;

временную нагрузку на трубу от прохождения па по­ верхности засыпки транспорта НК-80; коэффициент пе­ регрузки — 1,1;

гидростатическое испытательное давление в сети; ко­ эффициент перегрузки •— 1; повышение давления от гидравлического удара в связи с принятием временной нагрузки НК-80 в соответствии со СНиП П-В. 1-62 и. 7.34 не учитывается;

давление на раструб зажатого резинового уплотни­ тельного кольца; коэффициент перегрузки— 1.

Суммарное воздействие перечисленных нагрузок соз­ дает в стенках труб напряженное состояние, которое

вконечном счете эквивалентно действию изгибающих моментов и нормальных сил (рис. 47).

Наиболее напряженными могут быть сечения трубы

вшелыге, лотке и по горизонтальному диаметру, которые и следует рассматривать. При этом следует иметь в виду, что напряжения в этих сечениях зависят от условий про­ кладки трубопровода: при укладке труб на неспрофилированное основание напряжения получаются существен­ но большими, чем при укладке на спрофилированное ос­ нование с углом охвата 90°. Существенно они зависят и

от жесткости или податливости основания, а также от

* Методика расчета полимержелезобетоиных труб по ширине раскрытия трещим была составлена канд. техн. наук А. Р. Вульфом и включена в проект указании по расчету полимержелезобетоиных труб [10, 78].

118

ширины траншеи и от степени уплотнения грунта обрат­ ной засыпки. В связи с этим в формулы для определения численных значений изгибающих моментов и нормаль­ ных сил в расчетных сечениях труб обычно вводят те или иные эмпирические коэффициенты, которые различ­ ными организациями и исследователями часто принима­ ются существенно отличными друг от друга. Иногда же вообще весь расчет ведут по упрощенным расчетным схе­ мам с приведением фактических нагрузок к условным

Рис. 47. Расчетная схема продольного и попереч­ ного сечении напорной полнмержелезобетонной трубы

Мп — нормальные силы и из­

гибающие моменты, действу­ ющие в продольном сечении; NПр и МПр — то же, дейст­

вующие в поперечном (коль­ цевом) сечении

линейным, приложенным по образующим, проведенным по концам вертикального диаметра трубы. Наиболее обо­ снованным представляется метод определения нагрузок, изгибающих моментов и нормальных сил, практикуемый институтом Мосинжпроект, который базируется на тех­ нических условиях проектирования железнодорожных, автодорожных и городских мостов и труб (СН 200-62) и усредненных значениях коэффициентов, подтвержден­ ных опытом расчета и строительства трубопроводов. При пользовании этим методом применяют формулы для определения нагрузок, изгибающих моментов и нормаль­ ных сил.

Нагрузки, изгибающие моменты и нормальные силы от линейной массы трубы

119

D n — внутренний диаметр трубы в м; уб— плотности железобетона,

равная 2,5 т/м3.

Для сечения в раструбе в формуле (21) принимается вместо наружного диаметра трубы Da наружный диа­ метр раструба £>„.р, а вместо внутреннего диаметра тру­ бы Dв — внутренний диаметр раструба DB,р.

Изгибающие моменты и нормальные силы в различ­ ных продольных сечениях трубы от ее собственной массы определяют по общим формулам:

коэффициенты, зависящие от местоположения сечения и способа опи-

Нагрузки, изгибающие моменты и нормальные силы от массы жидкости, транспортируемой по трубам

Изгибающие моменты и нормальные силы в продоль­ ных сечениях трубы от массы жидкости определяют по формулам:

120

Нагрузки, изгибающие моменты и нормальные силы от давления грунта на трубу

Постоянная составляющая нагрузки от давления грунта на трубы определяется по формуле

грунта в т/м3; Я3— высота слоя засыпки от поверхности земли до

где Я э— высота слоя засыпки от поверхности земли до верха трубы в м; h — выступающая часть трубы над основанием в м; D a — на­

ружный диаметр трубы в м; 5 — коэффициент, равный: при очень жестком, скальном основании или при свайном фундаменте S = 1 5 ;

при плотном основании (суглинки и глины твердые и тугопластичные,

эффициенте уплотнения грунта засыпки не менее 0,95 значение С снижают на 30% •

Временную нагрузку от транспорта, проходящего по поверхности земли, над трубопроводом, принимают по

121