высотой до 150 мм. Высота колец кратна 600 мм. Кольца могут изготовливаться с напрягаемой кольцевой арматурой. Монтаж колец производится на цементно-песчаном растворе со сваркой закладных деталей. Смежные кольца при возведении силосного корпуса стыкуются с применением дополнительного армирования и замоноличивания (рис. 7.12, г).
Рис. 7.12. Конструкция сборных цилиндрических силосов:
а – схема сборки силоса из цельных колец при диаметре до 3 м; б – схема сборки силоса из составных колец при диаметре 6 м и более; в – армирование кольца; г – узел сопряжения смежных силосов; д – конструкция составного кольца силоса с предварительным напряжением при укрупнительной сборке; е – предварительно напряженные стены силосов диаметром 12 м из панелейоболочек; ж – панель-оболочка; 1 – сварка колец в отдельных точках;
2 – сварка накладками двух смежных элементов по всей высоте кольца; 3 – сварное соединение кольцевой арматуры; 4 – стяжной болт; 5 – сварная
сетка; 6 – шпонки; 7 – монтажные петли; 8 – кольцевая арматура диаметром 12 мм; 9 – тюбинг ребристый; 10–бетон, замоноличивающий стык тюбингов
В силосах из сегментных элементов каждое кольцо делится на 4...8 сегментов, собираемых на сварке или болтах. При сборке колец большого диаметра обычно применяют предварительное напряжение с помощью проволоки, навиваемой на кольцо в процессе его сборки, или с помощью стержневой арматуры, располагаемой в пазах продольных ребер и соединяемой болтами в кольцо (рис. 7.13, д).
Кольцо можно также собирать из ребристых панелей-оболочек, обращенных выпуклой стороной внутрь силосной банки и обжимаемых напрягаемой арматурой (рис. 7.13, е, ж). Такие силосы называют силосами канелюрного типа. Их выполняют как из обычного железобетона, так и из его разновидности – армоцемента. Достоинством данной конструкции является
то, что стенка от давления сыпучего материала работает на сжатие, что уменьшает материалоемкость конструкции.
Силосы прямоугольной формы собирают из отдельных плоских плит или пространственных блоков. Чаще применяют квадратные силосы из объемных блоков и плоских плит, заполняющих промежутки между блоками (рис. 7.13, а, б). Для перевязки швов иногда используют Г-образные элементы. Стены выполняют ребристыми, но чаще гладкими (рис. 7.13, в).. Армируют блоки по той же схеме, что и панели покрытия производственных зданий.
Рис. 7.13. Конструкции сборных прямоугольных силосов:
а – поперечный разрез; б – план компоновки силоса; в – объемный блок прямоугольного силоса с гладкими стенами; 1 – объемный блок;
2 – Г-образный угловой элемент; 3 – плоская панель; 4 – соединительные болты; 5 – отверстия для болтов; 6 – петли для подъема
Расчет силосов состоит из расчета стенок, балок, днища, колонн, фундаментов, элементов загрузочной галереи и покрытия. Все конструкции силосов, кроме стенок, рассчитываются аналогично соответствующим конструкциям промышленных зданий.
Стенки рассчитывают на нагрузки от их веса и давления сыпучего материала, а также веса конструкций покрытия и технологического оборудования, нагрузки от снега и ветра.
Для определения горизонтального давления ph сыпучего материала на стенку силоса используют формулу Янсена – Кенена, которая выводится из условий равновесия слоя материала, находящегося на глубине у
(рис. 7.14,а...г).
Рис. 7.14. К расчету стен силоса а – вертикальный разрез по силосу; б – эпюра нормального давления в сыпу-
чем материале силоса; в – определение кольцевого усилия; г – внутреннее давление от сыпучего материала на кольцевой элемент сило-
са; д – расчетная схема стен силоса, квадратного в плане; е – эпюра изгибающих моментов в стенке силоса
С учетом экспериментально установленных поправочных коэффициентов, учитывающих податливость стенок, способ загрузки и разгрузки силоса, форму его поперечного сечения и другие факторы (при F = 1), эта формула имеет вид
где k – коэффициент бокового давления, вычисляется по формуле
kph pv tan 45 / 2 , ,
– плотность сыпучего материала, т/м3;
– коэффициент трения сыпучего материала о стенки силоса, равный в зависимости от материала 0,4...0,8;
r Au – гидравлический радиус поперечного сечения силоса;
А и u – площадь и периметр сечения силоса;
α – эмпирический коэффициент, при расчете горизонтальной арматуры нижней зоны стенок на ⅔ их высоты α = 2, при расчете днища воронок α = 1,5, в остальных случаях α = 1.
Вертикальное давление, передающееся через трение на стенки силоса
(при F = 1), определяется по формуле
pv ph.
При расчете днищ и воронок силосов вертикальное давление сыпучего материала определяют (при F = 1) так:
333
pv ph k .
Давление по скату силоса рα определяется так же, как в бункерах. Расчетные значения давлений от сыпучих материалов при F > 1 вычисляют умножением полученных значений на F / 1, где F – коэффициент безопасности по нагрузке (F = 1,5), 1 – коэффициент условий работы конструкции, принимаемый: для стен круглых внутренних силосов 1 = 1; стен круглых отдельно стоящих и наружных силосов с рядовым расположением, а также для прямоугольных силосов со стороной до 4 м – 1 = 2; для плоских днищ без забуток и для днищ в виде воронок 1 = 1,3; для плоских днищ с забуткой толщиной 1,5 м и более 1 = 2.
Зная горизонтальное давление сыпучего материала, определяют расчетное горизонтальное кольцевое растягивающее усилие в стенке круглого си-
лоса:
Nh F p r 1 ,
где r – внутренний радиус силоса.
Количество кольцевой арматуры на 1 м высоты силоса определяется из условия расчета на прочность:
As Nh f yd .
Для прямоугольных (квадратных) силосов расчет выполняется в нескольких ярусах по высоте силоса. На каждом ярусе ячейка силоса рассматривается как замкнутая рама, находящаяся под воздействием горизонтального давления сыпучего материала.
Подпорные стены
Подпорные стены обычно строят с целью укрепления откосов выемок, насыпей при устройстве набережных, причальных стен, устоев мостов и т. п. Их применяют также у водозаборов, на объектах очистных сооружений, на выпусках очищенных сточных вод в водоемы.
Подпорные стены могут быть массивными (рис. 7.15, а), их устойчивость обеспечивается большой собственной массой; массивные стены возводят из каменной кладки, бута, бетона и бутобетона. Подпорные стены могут быть также облегченными; устойчивость обеспечивается их формой; облегченные подпорные стены при высоте до 4...5 м обычно выполняют из монолитного железобетона в виде простого уголкового профиля (рис. 7.15, б), иногда с анкерной тягой (рис. 7.15, в); при большей высоте – уголкового профиля с контрфорсами (ребрами) (рис. 7.15, г). Кроме того, подпорные стены могут быть легкими – из забитых свай или шпунта, с устройством при высоте 6 м и более анкерных креплений (рис. 7.15, д, е). В особых случаях применяют подпорные стены ряжевые (ящичного типа) (см. рис. 7.15, ж) или рамные – рис. 7.15, з.
Рис. 7.15 Подпорные стены
В настоящее время получили широкое распространение облегченные железобетонные подпорные стены уголкового профиля из сборных элементов (рис. 7.16). Уголковый профиль стены или сразу определяется сборным элементом (рис. 7.16, а), или создается путем устройства замоноличенного стыка 1 из двух плоских элементов – лицевой плиты 2 и фундаментной пли-
ты 3 (рис. 7.16, б).
Рис. 7.16. Сборные подпорные стены уголкового типа:
а – из элементов уголкового типа; б – из плоских элементов; 1 – стык; 2 – лицевая плита; 3 – фундаментная плита
В типовых подпорных стенах при расчете в качестве грунта основания и засыпки принят песок со следующими характеристиками: угол внутреннего трения 30°, плотность 1,8 кН/м3, коэффициент трения подошвы фундамента о грунт – 0,4, условное сопротивление грунта основания осевому сжатию 0,2 МПа (эти характеристики приближены к области наихудших грунтов). Временная нагрузка на свободной поверхности грунта засыпки принята с учетом возможности складирования различных грузов, с учетом нагрузки от автомобильного, гусеничного и железнодорожного транспорта.
Разработана также новая конструкция подпорных стен с лицевыми плитами в виде оболочек типа гипар и коноид (рис. 7.17). Подпорные стены с лицевыми плитами в виде оболочек типа гипар имеют общую высоту 2,4…9,6 м, а с лицевой плитой в виде оболочек типа коноид – высотой 3,6…6 м. Применение оболочек типа гипар и коноид для подпорных стен позволяет за счет относительно малой толщины снизить расход бетона и ста-
335
ли, повысить общую жесткость и архитектурную выразительность конструкции.
Рис. 7.17. Сборные подпорные стены-оболочки консольного типа:
а– лицевая (1) и фундаментная (2) плиты-оболочки типа коноид;
б– лицевая (1) и фундаментная (2) плиты-оболочки гипар (гиперболический параболоид); в – лицевая плита (1) – оболочка типа коноид, фундаментная
плита (2) – плоская
Расчет подпорных стен. Наличие горизонтального давления и возможность опрокидывания или скольжения подпорной стены вызывают необходимость расчета основания стены по предельному состоянию несущей способности. В простейшем случае подпорной стены (с верхней горизонтальной поверхностью земляной засыпки и задней вертикальной поверхностью стены) горизонтальное давление земли в какой-либо точке на глубине h опреде-
ляется по формуле (при F = 1)
x k h,
минимальное давление (на уровне верха стены) minx x1 0, а максималь-
ное давление (на уровне подошвы)
maxx x2 k h,
где k – вычисляется по формуле
k ph pv tan 45 / 2 ,
– плотность грунта.
Горизонтальное давление по высоте стены в этом случае распределено по линейному закону (рис. 7.18).
Рис. 7.18. К определению давления засыпки на подпорную стену в простейшем случае (1, 2 – эпюры)
Точка приложения равнодействующей лежит на высоте H/3, считая от подошвы фундамента, а сама равнодействующая горизонтального давления (отнесенная к единице длины стенки)
Ex maxx 0,5H k 0,5H 2.
При расчете подпорных стен необходимо также учитывать собственный вес стены, давление воды (гидростатическое и фильтрационное), нагрузки от транспорта и др., определяемые по действующим нормативным документам. Расчет подпорных стен сводится к проверке устойчивости положения, расчету на прочность и трещиностойкость самого материала тела стены.
В общем случае, когда на поверхности засыпки есть нагрузка Qz
(рис. 7.19), условие устойчивости стены против плоского сдвига (скольже-
ния) по основанию выразится неравенством:
Fsa Fsr c ,
где Fsa и Fsr – соответственно сдвигающая (активная) и удерживающая (реактивная) силы;
c – коэффициент условий работы на сдвиг; для песков (кроме пылеватых) c = 1,0, для пылеватых песков и пылевато-глинистых грунтов
c = 0,9...0,85;
Рис. 7.19. Схема нагрузок на подпорную стену при расчете на устойчивость: а, б – соответственно массивных и консольных уголкового типа
Сдвигающая сила равна сумме проекции всех сил на горизонтальную плоскость:
Fsa Ex maxx minx H2 .
Удерживающая сила равна
Fsr Ez Fv tan A c Exr ,
где Fv – сумма проекции всех сил на вертикальную плоскость;
– угол внутреннего трения грунта (угол естественного откоса); с – удельное сцепление грунта;
– угол наклона поверхности скольжения к горизонту; А – площадь подошвы стены;
Fxr – пассивное (реактивное сопротивление грунта
Exr x1r x2r h2 .
Расчет устойчивости подпорной стены против сдвига производится для трех значений угла , а именно = 0 – плоский сдвиг; = 0,5 и = – глу-
бинный сдвиг1. При сдвиге по подошве стены ( = 0) расчетные характеристики грунта и с в формулах принимаются соответственно не более 30° и 5 кПа.
Интенсивность горизонтального ( х) и вертикального ( z) активного давлений грунта, а также пассивного давления ( хr) определяются по действующим нормативным документам. При этом активное давление грунта определяется из условия образования за стеной клиновидной призмы обру-
шения с плоскостью скольжения, проходящей под углом 0 к вертикали,
0 45 0,5.
Расчет устойчивости грунта под подошвой стены производится из усло-
вия
Fv Nu c ,
где Nu – вертикальная составляющая сила предельного сопротивления основания, определяемая по действующим нормативным документам;
Fv – сумма проекции всех сил на вертикальную плоскость.
Как удерживающая, так и сдвигающая силы обычно создаются одновременным действием нескольких нагрузок; каждая из них умножается на свой частный коэффициент по нагрузке, причем для сдвигающих и опрокидывающих сил этот коэффициент принимается больше единицы, для удерживающих – равным единице.
Условие устойчивости стены против опрокидывания (без учета дефор-
маций основания) выражается неравенством
Msa Msr c ,
где Msa – опрокидывающий (активный) момент относительно центра тяжести подошвы;
Msr – удерживающий (реактивный) момент, равный алгебраической сумме моментов всех удерживающих стену сил, относительно той же точки;
c – коэффициент условий работы;
1 Туголуков А. М., Залещанский И. Д. Подпорные стены в промышленном и гражданском строительстве. Бетон н железобетон, № 12, 1984, с. 19...20.
F – принимается для каждой нагрузки в соответствии с действующими нормами.
Физический смысл данного условия таков: когда равнодействующая всех сил, действующих на стену (включая ее собственный вес), перестает пересекать площадь ее основания, т.е. подошву, достигается предельное состояние по опрокидыванию. Проверку давления на грунт подпорной стены производят так же, как и для внецентренно нагруженных фундаментов.
Расчет сопротивления тела стены складывается из расчета ее отдельных элементов – фундаментной плиты, лицевой (вертикальной) плиты и ребер (контрфорсов). Основная нагрузка на подпорную стену передается в виде давления грунта. Эпюра напряжений в грунте будет иметь вид трапеции или треугольника – эпюра 1, см. рис. 7.18 (растягивающие напряжения в грунте не допускаются). На эпюру 1 накладывается прямоугольная эпюра напряжений от равномерного давления грунта, находящегося над задним участком опорной плиты (эпюра 2, см. рис. 7.18). Задний участок опорной плиты будет находиться под воздействием давления, равного разности давлений, определяемых эпюрами 1 и 2. Как правило, эпюра 2 дает бóльшие по абсолютной величине значения давления, и суммарное давление на задний участок опорной плиты будет направлено вниз, тогда как передний участок будет находиться под воздействием давления, направленного вверх.
При расчете подпорных стен с ребрами (контрфорсами) могут быть два случая: 1) ребра расположены относительно часто – расстояние между ними составляет менее половины высоты вертикальной плиты (или ширины тыльной части фундаментной плиты); 2) ребра расположены относительно редко
– расстояние между ними составляет более половины высоты вертикальной плиты или ширины тыльной части фундаментной плиты. В первом случае задний участок плиты и вертикальная стена рассматриваются как неразрезные плиты, опирающиеся на ребра. Для расчета плиты ее делят на отдельные полосы шириной 1 м и используют метод предельного равновесия. Во втором случае плиту также рассчитывают по методу предельного равновесия. Схема разрушения для плит, заделанных по трем сторонам, показана на рис. 7.20,а, схема армирования плиты со свободной стороны (слева) и со стороны досыпки (справа) – на рис. 7.20,б.
При расчете ребра его рассматривают как консоль с заделкой внизу и с высотой, равной общей высоте стены, минус толщина нижней плиты. В процессе расчета подбирают сечение основной рабочей арматуры в нескольких горизонтальных сечениях. Изгибающий момент берется согласно эпюре давления грунта в рассматриваемом горизонтальном сечении. Расчет ведется по обычным формулам для изгибаемых сечений, перпендикулярных основной рабочей арматуре ребра. При этом горизонтальные и вертикальные хомуты в расчете на изгибающий момент не учитываются. Горизонтальные стержни, соединяющие ребро с передней стенкой, рассчитывают на непосредственное растяжение под действием горизонтального давления грунта. Расстояние между этими стержнями уменьшается книзу (в пределах каждой зоны они
располагаются на одинаковых расстояниях друг от друга). Вертикальные стержни располагаются на равном расстоянии друг от друга и также рассчитываются на растяжение под воздействием направленного вниз давления грунта (на заднем участке опорной плиты).
Рис. 7.20. К расчету передней стенки подпорной стены методом предельного равновесия
Подземные каналы и тоннели
Каналы и тоннели служат для межцеховых и внутрицеховых прокладок кабелей, трубопроводов различного назначения, отвода сточных вод, транспортировки разнообразных продуктов и отходов производства и т. д. Унифицированные каналы и тоннели должны удовлетворять различным технологическим требованиям и в тоже время выполняться из достаточно простых и экономичных конструкций.
К непроходным каналам предъявляются такие же требования, как и к тоннелям, однако каналы не предназначены для прохода обслуживающего персонала, поэтому они и называются непроходными. Их высота обычно составляет менее 2 м.
Конструктивно каналы и тоннели должны быть такими, чтобы их можно было возводить из минимального числа сборных элементов и по возможности исключать устройство монолитных участков. Днища каналов и тоннелей желательно выполнять гладкими, что упрощает устройство пола с уклоном (не менее 0,2%), для стока вод. Необходимость устройства гидроизоляции предопределяет гладкую наружную поверхность сборных элементов каналов и тоннелей. Стыки сборных элементов должны быть максимально простыми. Устройство стыков с применением закладных изделий позволяет упростить
