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

указаниям СН 200-62 и главы СНпП Н-Г.3-62. Коэффи­ циент перегрузки для временной нагрузки принимается равным 1,1.

Изгибающие моменты и нормальные силы в продоль­ ных сечениях трубы от давления грунта вычисляют по

N „ — нормальная сила в продольном сечении в Н/м (тс/м); К* н Кь — коэффициенты, зависящие от местоположения сечения н характери­

Нагрузка и нормальная сила от внутреннего давления в трубах

Внутреннее расчетное давление в полимержелезобетонных трубах определяется в зависимости от требу­ ющегося рабочего напора, повышения давления в тру­ бопроводе при гидравлическом ударе, наличия на трубо­ проводе противоударной аппаратуры и учета других дополнительных воздействий в соответствии с требова­ ниями СНиП П-Г.3-62. Расчетное внутреннее давление должно быть не менее того, которым испытывается тру­ бопровод, а последнее в соответствии с п. 6.5 СНиП П-Г.4-62 принимается равным рабочему давлению плюс три атмосферы. При расчете трубопроводов на совмест­ ное действие внутреннего давления и внешней нагрузки, превышающей Н-18 (НГ-60), повышение давления при гидравлическом ударе не учитывается. Так как обычно временная нагрузка при расчетах трубопровода прини­ мается НК-80, а на самом трубопроводе устанавливает­

122

ся противоударная аппаратура, то, как правило, повы­ шение давления от гидравлического удара не учитыва­ ется.

Гидростатическое давление в круглых трубопроводах не вызывает возникновения изгибающих моментов, а ве­ личину нормальной силы в любом продольном сечении определяют по формуле

где N n — нормальная сила в продольном сечешш в Н/м (тс/м); Р — расчетное давление в Па (тс/м2); D a — внутренний диаметр трубы в м; I — длина, принимаемая в расчетах равной 1 м [знак «минус» в формуле (33) принят для обозначения растяжения].

При расчете раструбного сечения в тех случаях, когда раструбная щель уплотняется резиновым кольцом, учи­ тывается дополнительное давление резины, равное

0,3 МПа (30 тс/м2) .

Вакуум внутри трубопровода может образовываться только в напорных трубопроводах или в специально для этого предназначенных. Так как напорные трубопроводы, армированные на давление, превышающее атмосферное, всегда будут в состоянии сопротивляться действию ваку­ ума, то при расчете обычных трубопроводов влияние вакуума при подсчете нагрузок, изгибающих моментов и нормальных сил не учитывается. На действие вакуума в сочетании с напором грунтовых вод с внешней стороны трубопровода рассчитывается лишь полимерный слой полимержелезобетонных труб по формулам (3) —(9).

Суммируя значения изгибающих моментов и нор­ мальных сил, действующих в продольном сечении едини­ цы длины трубопровода и вычисляемых по формулам

(22), (23), (25), (26) и (31) —(33), получают суммарные расчетные значения каждой из этих величии и, поль­ зуясь ими, рассчитывают несущую способность труб.

Как уже отмечалось, известны и другие методы опре­ деления нагрузок и подсчета значений изгибающих мо­ ментов и нормальных сил в продольных сечениях трубо­ провода, в том числе и с приведением всех нагрузок к условным, в виде двух диаметрально противополож­ ных линейных сил, приложенных по концам вертикально­ го диаметра труб [29, 59, 77]. Такой метод хотя и явля­ ется условным, но дает хорошие результаты, главным образом при расчете преднапряженных напорных желе­ зобетонных труб [64].

123

При изготовлении труб на заводах обычно бывает не­ известно, где именно будут использованы изготовляемые трубы, а поэтому их испытывают давлением и разрушаю­ щей линейной внешней нагрузкой, приложенной по обра­ зующим с противоположных сторон вертикального диа­ метра трубы. Величина таких внешних разрушающих на­ грузок нормирована и приведена в ГОСТ 6482—71 для безнапорных труб нормальной и повышенной прочности (усиленных). Учитывая, что толщины стенок п диаметры всех полимержелезобетоипых труб приняты идентичны­ ми с соответствующими размерами безнапорных желе­ зобетонных труб, внешние разрушающие нагрузки для них могут быть приняты одинаковыми, как это рекомен­ довано в проекте Указаний по расчету полпмержелезобетонных напорных труб [78]. В этом случае нормативная нагрузка принимается равной 55% соответствующей раз­ рушающей, а расчетная назначается с учетом коэффи­ циента перегрузки, равного 1,3 (табл. 14).

Та б л и ц а 14. Приведенные нормативные, расчетные

иразрушающие линейные нагрузки для полимержелезобетонных труб, прокладываемых на глубинах до 4—6 м

При пользовании значениями приведенных линейных нагрузок, указанных в табл. 14 или подсчитанных по дру­ гим предложенным методам приведения, величину изги­ бающего момента в продольном сечении трубы по шелыге и лотку определяют по формуле

124

В продольном сечении по горизонтальному диаметру изгибающий момент имеет противоположный знак и меиьшую абсолютную■величииу

Нормальную силу в любом продольном сечении тру­ бы от действия гидростатического давления определяют по формуле (33).

2. Расчет полимержелезобетонных труб по несущей способности

Для определения несущей способности трубы и ее армирования расчетными обычно являются ее про­ дольные сечения в шелыге и лотке. Расчет ведется в со­ ответствии с предписаниями СНиП П-В.1-62 для виецентренно растянутого продольного сечения. Арматуру как одиночную, так и двойную, располагают по окружности. Рекомендуемое иногда эллиптическое расположение ар­ матуры в соответствии со знаками изгибающих моментов трудно осуществимо из-за осложнений с механизирован­ ным изготовлением таких арматурных каркасов и с труд­ ностью строгой фиксации их положения в процессе изго­ товления труб и прокладки из них трубопроводов. Поэто­ му основным вариантом армирования труб кольцевого поперечного сечения следует считать расположение в них одиночной арматуры по окружности и лишь в некоторых случаях двойное армирование по концентрическим ок­ ружностям, применяемое в трубах больших диаметров с достаточно толстой стенкой.

Схемы приложения усилий в продольном сечении трубы для общего случая ее армирования приведены на рис. 48. Прочность вненцентренио растянутого продоль­ ного сечения в шелыге и лотке трубы рассчитывают в случае больших эксцентриситетов (рис. 48, б) при од­ ном ряде спиральной арматуры или двух рядах, но с при­ ложением растягивающего усилия за пределами расстоя­ ния между равнодействующими усилий в растянутой ар­ матуре Fа и в сжатой арматуре F' по формулам:

(36)

125

и сжатой арматур в см2; R,, — расчетное сопротивление бетона сжа­ тию при изгибе в Па (кгс/см2); b — расчетная ширина сечения стенки трубы в см; х — высота сжатой зоны бетона в см, определяемая из равенства

здесь h0— полезная высота сечения в см; с н е ' — расстояние от точки приложения продольной силы N n соответственно до равнодействую­

щей усилий в арматурах F a и F a в см; а и а ' — расстояние от центра

тяжести арматур F n и F a соответственно до ближайшего края сече­ ния бетона в см.

Рис. 48. Схема прило­ жения усилий в про­ дольном сечении тру­ бы при ее расчете по несущей способности

а — с малым эксцентри­ ситетом; б — с большим эксцентриситетом

Высота сжатой зоны бетона х дополнительно должна удовлетворять условию:

где So — статический момент площади сжатой зоны бетона относи­

тельно оси, проходящей через точку приложения равнодействующей усилий в арматуре Да, в см3; S0 — статический момент площади всего расчетного сечения бетона относительно тон же оси в см3.

Вслучае малых эксцентриситетов (рис. 48,а), когда

всечении имеется два ряда спиральной арматуры и рас­ тягивающее усилие N„ приложено между равнодейству­ ющими усилий в арматурах Fa и Fa: прочность продоль­

ного сечения определяют по формулам:

( 40)

126

где Sa и S a — статические моменты площади сечения всей спиральной

арматуры относительно оси, нормальной к плоскости действия изги­ бающего момента и проходящей через точку приложения равнодей­

ствующей усилий соответственно в арматурах F „ и F a в см3.

По формулам (40) и (41) рассчитывают также проч­ ность продольных сечений трубы на действие только внутреннего гидростатического давления при наличии двух рядов спиральной арматуры. Растягивающее уси­ лие N n при этом принимается приложенным в середине толщины стенки трубы.

При наличии в стенке трубы только одного ряда ар­ матуры расчет на действие внутреннего гидростатическо­

В тех случаях, когда расчет ведут по определенным подсчетами значениям расчетных изгибающих моментов и расчетных нормальных сил для труб с выбранной по сортаменту толщиной стенки, определение нужного ар­ мирования ведут в следующем порядке. Сначала назна­ чают толщины защитных слоев а и а', определяют полез­

димое сечение растянутой и сжатой арматуры определя­ ют по формулам:

а затем определяют площадь сечения растянутой арма­ туры

127

3. Расчет полимержелезобетонных труб по ширине раскрытия трещин

Поверочный расчет полимержелезобетонных труб По ширине раскрытия трещин ведут в соответствии с «Указаниями по расчету полимержелезобетонных труб» [78] для сечений в шелыге и лотке трубы, так как здесь ширина раскрытия трещин является наибольшей. При расчете принимаются нормативные значения 'нагрузок, причем приведенную нормативную внешнюю нагрузку принимают равной 55% разрушающей (табл. 14), а нор­ мативное внутреннее давление равным рабочему.

Изгибающий момент от нормативной нагрузки п нор­ мальную силу вычисляют по формулам:

вании, если растягивающее усилие приложено между равнодействующими усилий в арматурах Fa и F'a (слу­

чай малых эксцентриситетов в соответствии с рис. 48, а) определяют по формуле

где а т— ширина раскрытия трещин в см; ф а— коэффициент, учиты­ вающий работу растянутого бетона па участке между трещинами;

Коэффициент фа вычисляют с учетом длительного

нимают равным единице.

128

/т вычисляют no формуле

(51)

Mi-

где it — отношение площади сечения растянутой арматуры к пери­ метру сечения арматурных стержней в см; щ — коэффициент армиро­ вания продольного сечения

т) — коэффициент, зависящий от вида спиральной арматуры, при­ нимаемый для стержней периодического профиля равным 0,7.

но за пределами расстояния между равнодействующими усилий в арматурах Fa и F'a (случай больших эксцентри­

ситетов по рис. 48,6), при расчете используют формулу

где а а — напряжение в растянутой спиральной арматуре по сечению с трещиной в Па (кгс/см2); 0 а„ — напряжение в растянутой спираль­

ной арматуре по сечению с трещиной, расположенному на расстоя­ нии Iт от сечения в шелыге трубы в Па (кгс/см2).

Коэффициент фа вычисляют по формуле

где Мб.т — момент относительно осп, нормальной к плоскости изгиба и проходящей через точку приложения равнодействующей усилий в сжа.той зоне сечения, воспринимаемый сечением без учета арматуры растянутой зоны непосредственно перед появлением трещины;

емый с учетом неупругих деформаций бетона без учета арматуры, расположенной в зоне, растянутой от внешней нагрузки, в см3

М'1 — эквивалентный изгибающий момент, равный моменту внешних

сил относительно центра тяжести растянутой арматуры. Для внецентренно растянутого продольного сечения трубы

Значение напряжения a a, для формулы (56) опреде­ ляют с учетом совместного действия изгибающего момен­ та, вычисляемого по формуле (47), и нормальной силы, вычисляемой по формуле (48).

Напряжение аа. в арматуре по сечению, расположен­ ному на расстоянии /т от сечения в шелыге, определяют, пользуясь значением нормальной силы по формуле (48) и значением изгибающего момента, вычисляемым из вы­ ражения:

bhlK

130