|
1. Конструкции резервуаров.
Железобетонные резервуары применяются как емкости в различных отраслях промышленности,
на транспорте, в сельском хозяйстве и др., но наиболее широкое применение они
нашли в водопроводно-канализационном хозяйстве городов и промышленных
предприятий, а также в нефтяной, газовой и нефтеперерабатывающей
промышленности.
По форме в плане резервуары в большинстве случаев бывают
круглыми или прямоугольными. Выбор формы резервуара определяется главным
образом экономическими расчетами, а в ряде случаев местными или специальными
условиями — рельефом местности, планом участка застройки и др. По
месторасположению днища относительно уровня земли различают резервуары
подземные, полуподземные (полузаглубленные) и наземные.
По способу возведения железобетонные разервуары могут быть
монолитными, сборными и сборно-монолитными с обычным армированием и с
предварительным напряжением.
Прямоугольные резервуары при том же объеме имеют большую
смачиваемую поверхность, чем цилиндрические, что важно с точки зрения
проницаемости стенок.
В цилиндрических резервуарах проще осуществить
предварительное напряжение стенок.
В зависимости от назначения резервуары могут быть без
покрытия, т. е. открытыми, или с покрытием (с промежуточными
опорами-колоннами или без них)—закрытыми.
Покрытие резервуаров выполняют в виде тонкостенных
пространственных конструкций (куполов, сводов, Байтовых покрытий), в виде
плоских балочных или безбалочных перекрытий, а иногда и в виде покрытия по
фермам.
заглубленный предварительно- напряженный резервуар
вместимостью 30 000 м3 для хранения нефтепродуктов. Днище резервуара монолитное
железобетонное, стенка и покрытие сборные железобетонные. Стенка собирается
нз предварительно-напряженных в вертикальном направлении плит размером
210X964 см. Толщина плиты изменяется от 157 мм вверху до 260 мм внизу; ее масса равна 10 т. Сопряжение стенки с кольцевым железобетонным
фундаментом жесткое, осуществляется сваркой закладных деталей. Плиты при
монтаже соединены между собой сваркой выпусков арматуры, предусмотренных
вдоль длинных сторон плит с шагом 1 м. Для удобства сварки и замоноличивания
между плитами оставляют зазор 150 мм.
Предварительному напряжению подвергается не только стенка
резервуара, но и кольцевой железобетонный фундамент, днище, кольцевой
бортовой элемент, уложенный по консольному карнизу верха стенки, и покрытие.
Одним из самых больших резервуаров в мире является круглый
резервуар вместимостью 275 000 м3, построенный в 1956 г. в Южной Африке. Его диаметр 186,5 м, высота стенок 10 м. Общая площадь, занимаемая резервуаром, 2,8 га; резервуар выполнен целиком из монолитного железобетона.
2. Цилиндрические резервуары. Стенки таких резервуаров
испытывают преимущественно осевые растягива- кицне усилия и имеют небольшую
толщину. Практически толщину стенки вверху принимают не менее 8— 10 см.
Стенки небольших резервуаров нередко выполняют одинаковой
толщины по всей высоте. В больших резервуарах стенки обычно уширяются книзу.
Арматура стенок состоит из горизонтальных стержней,
образующих замкнутые кольца или непрерывную спираль, и вертикальных стержней;
чаще всего стержни устанавливают в два ряда.
Горизонтальные стержни воспринимают кольцевые усилия. Эти
усилия увеличиваются книзу резервуара; однако, начиная примерно с 2/з высоты
от верха, кольцевые усилия благодаря жесткой связи стенки с днищем перестают
возрастать и постепенно уменьшаются книзу.
В связи с этим сечение кольцевой арматуры (на единицу
высоты), вычисленное по наибольшему усилию, обычно принимается постоянным в
нижней части стенки, а в верхней части оно уменьшается соответственно с
уменьшением кольцевых усилий.
Вертикальные стержни являются не только монтажными,
служащими для удержания колец во время бетонирования, они необходимы также и
для восприятия изгибающих моментов, действующих в вертикальных плоскостях.
Эти стержни обычно принимают несколько меньшего диаметра, чем кольцевые
стержни, и располагают с шагом 10—20 см. Обычно только часть (половина)
вертикальных стержней устанавливают на всю высоту резервуара от дна до верха
стенки; другую часть стержней (через один) обрывают ниже середины высоты.
В больших резервуарах устраивается двойная (симметричная)
арматура по всей высоте или только в нижней части на высоту от ('/з—Уг) Л
(при этом стенки имеют значительную толщину — 15 см и больше). Двойная арматура полезна также и для борьбы с появлением поверхностных трещин от усадки
бетона.
В резервуарах большого диаметра для опирания покрытия
ставят промежуточные стойки (иногда по концентрической окружности),
располагая их чаще с квадратной или прямоугольной сеткой осей и шагом 3,5—4,5
м. Сечение стоек делают квадратным, не менее чем 25X25 см.
При расчете сечений стенок круглых железобетонных
резервуаров кроме расчета но несущей способности необходим расчет по
образованию трещин.
Только при малых размерах резервуаров может быть допущен
приближенный расчет в предположении, что стенки внизу не закреплены. В этом
случае сечение растянутой арматуры назначается по статически определимым
кольцевым усилиям.
При статическом расчете резервуаров, заглубленных в землю,
необходимо рассматривать два случая:
а) резервуар наполнен водой, но не засыпан
грунтом;
б) резервуар засыпан грунтом, но не наполнен водой.
Резервуары, сооружаемые в мокрых грунтах, должны также
проверяться на всплытие (в опорожненном и наполненном виде).
Железобетонные днища рассчитывают на напор грунтовых вод.
Днища, устанавливаемые на сухих грунтах, рассчитывают как плиты на упругом
основании с учетом упругой заделки в стенки.
Основное преимущество предварительно-напряженных
резервуаров перед резервуарами пз обычною железобетона— гарантированная
трещиностойкость. Наиболее распространенная форма этих резервуаров — круглая
в плане. В резервуарах с безбалочным покрытием предварительному напряжению
подвергается стенка, а в резервуарах с купольным покрытием — также и опорное
кольцо.
Соотношение между высотой и диаметром резервуаров
практически принимают около 1 : 4.
Обычно предварительное напряжение стенки резервуара
осуществляют натяжением кольцевой арматуры, а в больших резервуарах обжимают
бетон и по вертикали.
Монолитная связь покрытия со стенкой не дает заметной
экономии и в то же время вызывает появление нежелательных изгибающих
моментов.
Поэтому конструкция круглых резервуаров часто выполняется
разрезной, в которой цилиндрическая предварительно-напряженная стенка
отрезана от днища и покрытия. Слабым местом разрезной конструкции является
шов в сопряжении стенки с днищем. В местах сопряжений укладываются
непрерывные резиновые, не- опреновые, хорстеновые (заменители каучука)
опорные прокладки ( 16.6,а,б).
Цилиндрическая предварительно-напряженная стенка является
наиболее ответственной частью резервуара и выполняется в три стадии:
а) устройство остова (сердечника);
б) натягивание кольцевой или спиральной арматуры;
в) нанесение защитного слоя (набрызг бетона).
Толщину стенки круглых резервуаров принимают 12 см и более.
Остов стенки снабжается конструктивной арматурой в виде
одиночной сварной сетки с ячейками 20X20 см или двойной сетки (при толщине 12 см и более) с ячейками 30X30 см при диаметре стержней 8—10 мм. Монолитный остов стенки обычно
бетонируют равными вертикальными секциями, секции бетонируют через одну;
через двое суток бетонируют промежуточные секции.
Натяжение кольцевой арматуры стенки производится
после устройства покрытия и затвердения бетона в пазах (при сборной стенке).
Существуют два способа натяжения кольцевой арматуры:
ручной и машинный.
При ручном натяжении для арматуры применяют сталь классов
А-Ш, A-IV. Стержни натягивают при помощи стяжных муфт или гаек.
Наиболее целесообразным оказалось применение машинного
натяжения, которое дает не только значительную экономию металла, но и
сокращение сроков строительства резервуаров (в 3— 4 раза). При машинном
способе натяжения применяется специальная установка с навивочной машиной. При
этом по верхнему краю резервуара ходит тележка, к которой подвешена платформа
с натяжным механизмом и барабаном с проволокой. Перемещаясь, навивочная
машина по периметру резервуара натягивает и укладывает проволоку по высоте
стенки резервуара.
3. Прямоугольные резервуары. Стенки прямоугольных
резервуаров работают на изгиб в горизонтальном и вертикальном направлениях и
обычно имеют большую толщину, чем стенки круглых резервуаров тех же размеров.
Слабым местом их являются углы, на плотность которых необходимо обращать
особое внимание. Размеры прямоугольных резервуаров в плане ничем не
ограничены; высота их редко бывает больше 6 м.
В малых резервуарах стенки могут иметь постоянную толщину
по всей высоте.
В очень больших резервуарах необходимо устройство
температурно-усадочных швов, которые желательно также и для членения
сооружения на участки при производстве работ.
Сопряжения частей выполняют в виде шпунта или в четверть;
шов заполняют просмоленным толем. В некоторых случаях применяют металлические
компенса-. торы.
Способ расчета стенок резервуаров, имеющих очертание
прямоугольника, зависит от принятой конструкции и соотношения размеров
прямоугольника.
Открытые прямоугольные резервуары со стенками без ребер
при отношении высоты к большему размеру в плане h : а>2 для расчета
разбиваются по высоте на отдельные пояса-рамы, причем для упрощения, как и
при расчете круглых резервуаров, предполагается, что стенка на высоте каждого
пояса подвержена равномерному (наибольшему) давлению жидкости.
Каждый пояс представляет собой замкнутую горизонтальную
раму с пролетами а и Ь, нагруженную внутренним давлением р, которое вызывает
в элементе рамы продольные усилия и изгибающие моменты, или давлением грунта
При отношении высоты к большему размеру в плане li:a<.2
для расчета открытых резервуаров следует предварительно распределить нагрузку
по двум направлениям из условия равенства прогибов в пересечении двух полос,
вырезанных во взаимно перпендикулярных направлениях. После расчета стенок в
горизонтальном направлении как замкнутых рам их рассчитывают в вертикальном
направлении (для определения сечения вертикальной арматуры) как консольные
плиты, защемленные внизу.
Прямоугольные резервуары, разделенные на два отделения
внутренней перегородкой, рассчитывают как горизонтальную замкнутую раму с
двумя ячейками.
Если резервуар открытый, стенки рассматривают как
пластинки, защемленные по трем сторонам и свободно опертые четвертой стороной
на бортовую балку; в случае, когда бортовая балка отсутствует, они
рассматриваются как пластинки, защемленные по трем сторонам с четвертой
свободной стороной.
При расчете закрытого резервуара стенки при отношении
сторон Л:а>2 рассматриваются как балки, закрепленные обоими концами и
нагруженные давлением жидкости с внутренней стороны или давлением грунта
снаружи.
|