Изчисляване на тънкостенна ротационна стоманобетонна конструкция на кръгъл закрит (вкопан) резервоар 0. Общи сведения Конструкциите на резервоарите са комбинации от ротационни черупки и елементи, кораво или ставно свързани чрез или без опорни пръстени (фиг.1). 1. Избор (прогноза) на размерите на основните елементи. Препоръчват се следните начални размери на основните стоманобетонни елементи на резервоара (фиг.1 и фиг.): - сферичен купол: δ = 1 15 cm, 1 1 f = D; 6 7 - цилиндрична стена: δ 1 15 cm, δ = 0 5cm ; - пръстен: b = (1/ 40 1/50) D, h = 1, 1,6 b ; ( ) - пръстеновиден фундамент, запъващ стената (вж. т.5.5). Фиг.1. Схема на резервоар Покривната и стенната черупки се свързват ексцентрично (фиг.). с опорния пръстен 1
Фиг.. Детайли на сложен възел. Въздействия разглежда се само ососиметрично натоварване!.1. Върху купола - постоянни изчислителни въздействия: - собств. тегло ст.бет купол - изолации и замазка - верт. земен натиск δ. γ b. γ F = δ.5.1,35 =...[ N / m ] γ F N m 0,8 1,0[ N / m ]. = 0,95.1,35 = 1,30[ / ] d 1 п F - пълно натоварване - променливи изчислителни въздействия: gd =...[ N / m ] q = h. γ γ = h.18.1,35 =...[ N / m ] pd =...[ N / m ] s = s γ = 1,0.1,5 = 1,5[ N / m ] - сняг за гр... (избира се) d F.. Върху цилиндричната стена - постоянни изчислителни въздействия: - собствено тегло стена - хоризонтален земен натиск + хоризонтален натиск от сняг q = γ h γ + s = 18h 1,35 + s =...[ N / m ] 1, d п 1 0 F d 0 1 0 d 0 q = γ ( h + H) γ + s = 18( h + H) 1,35 + s =...[ N / m ], d п 1 0 F d 0 1 0 d 0 0 = 1 sinϕ коефициент на страничен земен натиск в покой ϕ ъгъл на вътрешно триене (по задание) - воден натиск: wd = γ wlγ F = 10. H.1, =...[ N / m ] Според Еврокод се позволява коефициентите на натоварване за течности при резервоари да се избират и както следва: γ F =1, при експлоатация (за състояние III вж. т..3 и фиг.3.iii) γ =1,0 при изпитване (за състояние I вж. т..3 и фиг.3.i) F.3. Състояния на натоварване (фиг.3) - пълен, незасипан пробно натоварване (изпитване); - празен, засипан; - пълен, засипан.
3. Статическо решение Фиг.3. Състояния на натоварване 3.1. Пространствено решение въвеждането на пространствения модел в програма, използваща метода на крайните елементи SAP00v.14, е разработено в отделно приложение. За модела важът следните особености: - собствените тегла на стоманобет. елементи се отчитат автоматично; - изчисляват се състояния І и ІІ; - меродавните усилия от състояние ІІІ се получават след внимателно комбиниране на усилията от І и ІІ; - меридианните усилия N 1 в D-областите в близост до възлите се контролират по безмоментовата теория (равновесните условия) т.3.; - вертикалните натоварвания върху пръстеновидния фундамент от земен насип и течност се определят допълнително (фиг.4); - моделът дава възможност за изследване и на хоризонтални въздействия (от земетръс). Фиг.4. Въздействия върху фундамента 3.. Традиционно решение по теорията на Пастернак Статическият анализ се провежда по известните процедури, представени в ръководството [3] и в методическите указания [4, 5]. 4. Меродавни диаграми на разрезните усилия и натоварвания на фундамента определят се в т.3. 5.Изчисляване и конструиране на армировата Приема се, че при оразмеряването моментите от втори ред ще са без π / c0 съществен принос, защото η = 1+ 1,0. NB / NEd Случайните ексцентрицитети e i (неточности при изпълнението) не се отчитат при оразмеряването, поради характера на конструкцията. 3
5.0. Условия на околната среда, бетон и покрития на армировката - Приемаме клас по въздействие на околната среда XC 4 (циклично намокряне и изсушаване) и XA (умерено агресивна среда) за всички елементи на конструкцията; - Бетон клас C 30/37 и по-висок (заради класа по въздействие на средата); - Армировка клас B 500 с minφ 6. 5.1. Бетонно покритие на армировката за отделните елементи c = c + c nom min dev { b dur } c = max c ; c ;10mm min min, min, cmin d s минимално бетонно покритие за осигуряване на сцепление между армировката и бетона при самостоятелни пръти и зърна на едрия добавъчен материал d < 3mm ; min,dur g c минимално бетонно покритие, отчитащо условията на околната среда и класовете на онструкцията; c = 10mm допустимо отклонение от Националното приложение; dev Класа на околна среда 4 XC3 умерена влажност Класа на конструкцията S4 S3 S 5 0 15 XC4 циклчно 30 5 0 намокр. и изсуш. Фиг.5. Клас по въздействие на околната среда Табл.1. Определяне на cmin,dur Предполагаем максимален диамeтър на армировката φ 0( φ 10 за купола). При осигурен специален контрол на качеството на бетона базовият клас на конструкцията S 4 може да се намали на S 3. За елементи с геометрия на плоча (купола) класът на конструкцията може да се намали допълнително с още един и да стане S. Елемент / Бетонно покритие външна армировка cnom, mm Купол 30 Стремена на опорен пръстен 35 Цилиндрична стена 35 Долна армировка на фундаментен пръстен върху подложен бетон ( c min е поне 1 = 35mm ) Табл.. Номинално бетонно покритие на външната армировка nom 40 c
5.. Сферичен купол меродавно за него е състояние II. При оразмеряването му се спазват следните конструктивни ограничения за минимален процинт на армиране и максимално разстояние между прътите: s - µ min = 0,6 f / f 0,% ctm - smax min( δ ; 50 mm) mm =. max 00 y =. За куполи и стени се препоръчва 5..1. Меридианна армировка - Сеч. 1-1: Сечението се изчислява на нецентричен M ; N натиск ( 1 1, Ed 1 1, Ed ) със зададена натискова армировка A за широчина b = 1m. s1,min Определя се горната опънна армировка A s1. - Сеч. -: Изчислява се на нецентричен натиск с единична опънна армировка ( M, Ed ; N, Ed ). Проверява се достатъчността на наличната минимална долна армировка A s1,min, която се явява опънна в това сечение. 5... Пръстеновидна армировка Симетричното усилие на опън N се покрива със,ed симетрична армировка, като се препоръчва стъпаловидно покриване (фиг.7) на N,Ed диаграмата: ( A + A ) f = N. l (1) li s1 s yd i, Ed i Всяка зона е с дължина 0,5 0,7m. Фиг.6. Меридианна армировка в купола Фиг.7. Пръстенна армировка в купола 5
Центричният пръстетен натиск във вътрешността на купола се поема от конструктивното бетонно сечение. 5.3. Опорен пръстен вероятно меродавно за него ще е състояние II. Обикновенно пръстените са опънати ( момент M Ed N Ed ), а комбинацията с огъващ води до състояние на нецентричен опън. Обичаен е малкият e = M / N ( d d ) /. В този случай сеченията се ексцентрицитет - 0 Ed Ed изцяло опънати, а армировката се изчислява от фиг.8: 0 1 0,5 e As = NEd + / f yd d d 0 0,5 e As = NEd / f yd d d () (3) Фиг.8. Нецентричен опън с малък ексцентрицитет При ротационно симетрично натоварване липсват напречни усилия в пръстените (минимална напречна армировка от стремена). При несиметрично натоварване пръстените са подложени на усукване и стремената трябва да бъдат затворени. При високи пръстени е неободима странична пръстеновидна армировка за ограничаване на пукнатините от вътрешни принудени деформации (аналогия с гредите) фиг.9. Фиг.9. Възможни форми на стремената за пръстена 5.4. Цилиндрична стена 5.4.0. Общи конструктивни изисквания За двойната пръстеновидна армировка са меродавни състоянията, от които възниква пръстенен опън най-често от хоризонтално налягане отвътре навън. В този случай вътрешната опънна криволинейна армировка натоварва радиално бетонното си покритие, което може да се отцепи. Освен с избора на малки диаметри и разстояния, това явление може да се избегне и с разполагане на пръстените във вътрешен ред (фиг.10). 6
Фиг.10. а) Неудачен вариант; б) Удачен вариант 5.4.1.Вертикална армировка поз.1 и поз.3 от фиг.10 Предлага се оразмеряването на стената на нецентричен натиск и конструирането й да се извърши със симетрична армировка, заради разнозначните разрезни усилия, който е възможно да се появят. Меродавни са състояние II за горен край и състояние I и II за долен край. Не се отчитат моментите от първи ред и деформираната схема. 5.4.. Пръстеновидна армировка поз. и поз.4 от фиг.10 Съставя се гранична диаграма на опънната сила N,Ed. Меродавни са I-во състояние за долен край цилиндрична стена и II-ро състояние за горен край цилиндрична стена. За всяка от обособените зони се изчислява общата площ A s, tot на опънната армировка, която се конструира като симетрична: As, tot. f yd= N i, Ed. li (4) Възникналият хоризонтален опън в стената в областта на малките пръстенни усилия при фундамента следствие на ограничените деформации на съсъхване се поема с конструктивни правила (фиг.11). Фиг.11. Диаграна на опънната сила N,Ed и зони с различен интензитет на армиране 5.5. Пръстеновиден фундамент 5.5.1. Избор на размери на основната плоскост (1) За напреженията от характеристични усилия в основната плоскост се допускат граничните параметри от фиг.1: - максималното ръбово напрежение 1,3.R 0 ; - средното напрежение R0 ; - след изключване на евентуален опън неактивната част е a / 4. 7
Фиг.1 () За знакопроменливо огъване в различните състояния, целесъобразна може да се окаже симетричната форма. Избраната широчина a трябва да се провери за трите изследвани състояния (фиг.1): - I (пълен, незасипан): M o, w, H o, w, min N 1, w = γ H ; - II (празен, засипан): M o, q, H o, q, max 1 w N, q = γ ( H + h) ; - III (пълен, засипан): Mo, w + Mo, q, Ho, w + Ho, q, max N 1, 5.5.. Изчислителни проверки за фундамента q w, q. (1) Проверяват се конзолните части с изчислителните напрежения в основната плоскост и при отчитане на директното вертикално натоварване w d и/или q d върху горните плоскости (фиг.13). () Височината се проверява от условието за поемане на напречната сила на разстояние d от опората (сеч. -) само с бетон: V V (5) Ed, d Rd, c (3) Долната (а при необходимост и горната) армировка се изчисляват за сеч. 1-1: A M /(0,9. ),1 1 d f (6) s Ed yd (4) Обикновенно диаметри ф 6 8 са достатъчни (надеждно закотвени в края на фундамента); площта на пръстеновидната армировка = 5% от площта на меридианната. Фиг.13 8
5.6. Дъно на резервоар При здрави почви конструктивна ст.бет. плоча с дебелина 1 15cm, армирана с ортогонална горна мрежа φ 6 10/150 00mm. 6. Кофражни и армировъчни планове [3, 4, 5] 6.1. Кофражни планове достатъчен е един вертикален разрез в подходящ мащаб ( M 1: 5 ), както и детайл на възлите с достатъчно размери. 6.. Конструиране на армировката и армировъчни планове освен армировки, показани на вертикалните разрез и детайл, удобно се показват всички армировки в план по сектори за всички елементи. Пръстеновидната армировка се оформя от пръти с ограничена дължина, за които трябва да се посочи необходимата дължина на снаждане. Меридианната (радиална) армировка на купола се прекъсва в сечения, в които са достигнати минималните конструктивни разстояния между прътите (препоръчителна стойност на минималните разстояния 7cm ). Опънната меридианна армировка се закотвя надеждно в пръстена (фиг.6). Литература: 1. БДС ЕN 199-1-1: Еврокод :005. Проектиране на бетонни и стоманобетонни конструкции. Част 1-1: Общи правила и правила за сгради.. БДС ЕN 199-1-3: Еврокод :005. Проектиране на бетонни и стоманобетонни конструкции. Част 1-3: Конструкции на резервоари за течности и насипни материали. 3. Памукчиев, С., Р. Ганчева, Т. Бараков. Ръководство за проектиране на стоманобетонни конструкции, Част ІІІ: Специални стоманобетонни конструкции. С., УАСГ, 1997. 4. Пенев, Й., Ат. Георгиев, Й. Милев. Методически указания за курсово проектиране. Изчисляване на пространствените възли на комбинирани ротационни черупки от ососиметрично натоварване. С., Нови знания, 1998. 5. Кърджиев, В. Вкопан кръгъл стоманобетонен резервоар. Методически указания за курсово проектиране за специалност ССС, УАСГ, 011. 6. Памукчиев, Сп. Стоманобетонни конструкции-част II. Техника, 1991г. 9