Кельнер А.Г. Проектирование сборного железобетонного цилиндрического резервуара. 2011 г
Подождите немного. Документ загружается.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СБОРНОГО
ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО
ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО
РЕЗЕРВУАРА
Омск • 2011
2
Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Сибирская государственная автомобильно-дорожная
академия (СибАДИ)»
Кафедра строительных конструкций
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СБОРНОГО
ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО
РЕЗЕРВУАРА
Методические указания к практическим занятиям
по дисциплине «Железобетонные инженерные
сооружения»
Составитель А.Г. Кельнер
Омск
СибАДИ
2011
3
УДК 624.082
ББК 38.53
Рецензент главный конструктор института «Омскгражданпроект»
П.Г. Фролов
Работа одобрена научно-методическим советом специальностей
270102 в качестве методических указаний для студентов специальности
« Промышленное и гражданское строительство » (270102)
Проектирование сборного железобетонного цилиндрического
резервуара: методические указания к практическим занятиям по
дисциплине «Железобетонные инженерные сооружения»/
сост.А.Г.Кельнер. – Омск:СибАДИ, 2011. – 72 с.
Указания содержат рекомендации по проектированию
железобетонных цилиндрических резервуаров. Рассмотрены вопросы
назначения геометрических размеров резервуара, даны рекомендации по
назначению классов арматуры и бетона, изложены основные положения
по расчету и приведены рекомендации по конструированию стенки
резервуара.
Методические указания предназначены для студентов дневной и
заочной форм обучения по специальности «Промышленное и гражданское
строительство» (270102).
Табл.10.Ил.28. Библиогр.: 6 назв.
© ФГБОУ «СибАДИ», 2011
4
Введение
Цель данных методических указаний–углубить знания студентов и
конкретизировать содержание практических занятий по дисциплине
«Железобетонные инженерные сооружения» (тема «Резервуары»). В
указаниях рассмотрена методика проектирования железобетонного
цилиндрического резервуара для воды.
Методические указания могут быть также использованы студентами
при выполнении дипломных проектов.
1. ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЙ РЕЗЕРВУАР
ДЛЯ ВОДЫ
1.1. Конструктивное решение резервуара
Цилиндрический резервуар состоит из покрытия, стенки и днища (рис.
1). Резервуары проектируются из сборного, монолитного и сборно-
монолитного железобетона. При малой емкости и единичном исполнении
целесообразно возводить резервуары из монолитного железобетона. При
массовом строительстве предпочтение отдается сборным и сборно-
монолитным резервуарам. При сборно-монолитном решении стенка
резервуара выполняется сборной, днище – монолитным. Покрытие в
зависимости от его конструктивного решения может быть монолитным
или сборным.
Наиболее экономичным является покрытие в виде купола. Оно
выполняется монолитным и поэтому трудоемко при изготовлении.
Сборные покрытия цилиндрических резервуаров выполняются из
плоских или ребристых трапециевидных плит, которые укладываются по
5
ригелям или по кольцевым балкам. В свою очередь ригели и кольцевые
балки опираются на колонны (рис. 2).
Чаще всего для цилиндрических резервуаров используются
безбалочные перекрытия (рис. 3). Они могут быть монолитными или
сборными. Безбалочные перекрытия имеют малую конструктивную высоту
и гладкую поверхность, которая обеспечивает хорошую вентиляцию
пространства над уровнем содержащейся воды.
Стенка сборного резервуара состоит из панелей длиной, равной
высоте резервуара. Номинальную ширину стеновых панелей принимают
3,14 м или 1,57 м (рис. 4). При такой ширине по периметру резервуара
размещается целое число панелей. Конструктивную ширину панели
делают на 140 мм меньше номинальной. В результате при монтаже между
панелями образуется зазор, заполняемый бетоном.
Стеновые панели цилиндрических резервуаров имеют две формы
горизонтального сечения: тип «скорлупа» и плосковыпуклая (см.
рис. 4). Панели типа «скорлупа» используются в резервуарах диаметром до
15 м, а в сооружениях диаметром 15 м и более используются панели
плосковыпуклой формы.
В сборных цилиндрических резервуарах днище, как правило,
выполняется монолитным. Стеновые панели при монтаже в этом случае
устанавливаются в паз между двумя кольцевыми ребрами по периметру
днища резервуара (см. рис. 4). Сопряжение стеновых панелей с днищем
может быть «жестким» (рис. 5,а), исключающим радиальное перемещение
стенки и ее поворот, или «подвижным», допускающим эти перемещения
(рис. 5,б).
С целью повышения трещиностойкости стен резервуара их
проектируют предварительно-напряженными. Предварительное
напряжение выполняется навивкой на стены высокопрочной арматурной
6
проволоки (рис. 6) либо установкой колец из стержневой арматуры с
последующим натяжением их электротехническим способом (рис. 7).
Эти два метода создания напряжений в арматуре детально
рассмотрены в методических указаниях. Резервуары при рассмотрении их
относительно уровня поверхности земли могут быть подземными
(заглубленными), полузаглубленными и наземными (рис. 8).
1.2. Рекомендации по выбору материалов для резервуара
При назначении класса бетона учитываются конструктивные
особенности резервуара. Для покрытий рекомендуется тяжелый бетон
классов В20 В30.
Для стен и днища резервуаров применяют бетон классов
В15В35, марок по водонепроницаемости W4W10 и по морозостойкости
F100 F200.
В преднапряженных конструкциях класс бетона по прочности должен
быть ≥ В20. В дальнейшем класс бетона конкретизируется в зависимости
от технологического режима эксплуатации резервуара, воздействия на
сооружение окружающей среды (расчетной температуры наружного
воздуха, влажности грунта, агрессивности грунтовых вод).
Класс арматуры, применяемый в резервуарах, зависит от вида
железобетонной конструкции. В преднапряженных железобетонных
конструкциях в качестве напрягаемой арматуры рекомендуется применять
высокопрочную проволоку Вр1200-Вр1400 (Вр-II), стержневую арматуру
классов А600 (А-IV), А800 (А-V). В железобетонных конструкциях без
предварительного напряжения в качестве арматуры, устанавливаемой по
расчету, рекомендуется использовать классы А400 (А- III), А500, В500
7
(Вр-I). В качестве конструктивной арматуры допускается использовать
классы А240 (А- I), А300 (А- II).
2. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ
Железобетонные резервуары представляют собой пространственные
конструкции, при расчете которых необходимо учитывать совместную
работу всех несущих элементов. Однако на практике для упрощения
инженерных расчетов несущую систему резервуаров расчленяют на
отдельные элементы (покрытия, стены, днища), расчет которых
выполняют раздельно для каждого элемента. Такой подход позволяет
более четко представить расчетную схему каждого конструктивного
элемента резервуара и более правильно определить виды нагрузок для
каждой конструкции.
Основными видами нагрузок, которые воздействуют на отдельные
конструкции резервуара, являются следующие. Покрытия резервуаров
рассчитывают на собственную массу конструкции и грунтовой засыпки
(утеплителя); снеговую нагрузку, соответствующую климатическому
району строительства; временную нагрузку, находящуюся на поверхности
засыпки.
Стены резервуара рассчитываются на вертикальную нагрузку от
покрытия; гидростатическое давление жидкости; горизонтальное активное
давление грунта; вертикальную нагрузку от засыпки и временной
нагрузки; ветровую нагрузку (для наземных сооружений).
Днища резервуаров рассчитываются на нагрузки от покрытия и
давления грунта, передаваемые на днище через стеновые панели и
внутренние колонны; давление грунтовых вод.
8
Конструктивный расчет несущих элементов железобетонных
резервуаров выполняют по двум группам предельных состояний. Сборные
железобетонные конструкции дополнительно рассчитывают на усилия,
возникающие при изготовлении, транспортировке и монтаже.
Расчет резервуаров в целом производится для следующих случаев их
загружения:
резервуар заполнен водой, но не обсыпан грунтом
(гидравлические испытания) (рис. 9,а);
резервуар обсыпан грунтом, но не заполнен водой (стадия
эксплуатации) (рис. 9,б).
При расчете резервуаров нагрузки и воздействия принимаются в таких
возможных сочетаниях, которые являются наиболее невыгодными как для
резервуара в целом, так и для каждого его элемента. Рекомендации и
требования к сочетанию нагрузок приведены в СНиПе «Нагрузки и
воздействия» [ 5 ].
В методических указаниях рассмотрен расчет и конструирование
сборной предварительно-напряженной железобетонной стенки
цилиндрического резервуара. Методика проектирования стенки резервуара
рассматривается на едином сквозном для всех разделов методических
указаний примере. Для единого примера принят резервуар, конструкция и
размеры которого показаны на рис. 10, 11.
2.1. Назначение толщины стенки панели
Толщина стеновых панелей определяется из условия обеспечения
трещиностойкости стенки. Согласно принятой номенклатуре толщину
стеновых панелей (стенки) рекомендуется назначать в пределах δ=12
20 см с градацией через 2 см.
9
Толщина стеновой панели внизу (см) предварительно может быть
назначена по эмпирической зависимости
δ
низ
= 0,25 DH, (2.1)
где D – диаметр резервуара, м; Н – высота стеновой панели, м.
Толщина стенки вверху по конструктивным требованиям должна быть
δ
верх
≥ 12 см. (2.2)
При конструировании панель стенки принимается постоянной по всей
высоте. В этом случае ее толщина будет равна
.
2
низверх
(2.3)
Пример. Определение толщины стенки панели.
Толщину стенки панели определим для резервуара, показанного на
рис. 10.
Резервуар имеет размеры:
Диаметр D = 18 м.
Высота стеновых панелей Н = 4,8 м.
Толщина стенки внизу согласно формуле (2.1)
δ
низ
= 0,25·18·4,8 = 21,6 см.
Толщина стенки вверху согласно (2.2)
δ
верх
= 12 см.
Определяем постоянную толщину стенки
8,16
2
6,2112
2
низверх
см.
С учетом унификации принимаем толщину стенки равной δ=16 см.
После определения толщины стеновой панели переходят к определению
усилий в стенке. Методика определения усилий в стенке резервуара
зависит от конструктивного закрепления стеновой панели в днище. В
10
методических рекомендациях рассмотрены два способа соединения стенки
с днищем – жесткое соединение и шарнирное подвижное.
3. ЖЕСТКОЕ СОЕДИНЕНИЕ СТЕНКИ С ДНИЩЕМ
3.1. Расчетные усилия, действующие в стенке резервуара
3.1.1. Кольцевые растягивающие усилия
Стенка резервуара является замкнутой осесимметричной оболочкой,
на которую воздействует гидростатическое давление воды. От внутреннего
гидростатического давления цилиндрическая стенка испытывает осевые
кольцевые растягивающие усилия (рис. 12).
Величина расчетного кольцевого растягивающего усилия в стенке
определяется по формуле
)
1
1(
21
max
Hm
rPNN
om
kk
, (3.1)
где
om
k
N – кольцевое усилие в рассматриваемом сечении без учета связи
стенки с днищем;
max
P – гидростатические давления у низа стенки (рис.13);
r
– радиус резервуара;
H
– высота стенки;
m
–характеристика жесткости
стенки, определяемая по формуле
r
m
3,1
; (3.2)
1
и
2
коэффициенты для расчета осесимметричных оболочек,
определяются по табл. 1 в зависимости от параметра
x
m
, где
x
–
расстояние от низа стенки до рассматриваемого сечения.