Расчет и проектирование открытого цилиндрического резервуара

Mв = (Pmax / 2)

S 2 (1-S/H) = 1,2892 (1-1,289/4,2) = 24,18 кНм;

Относительный статистический момент сжатой зоны бетона определяем по формуле:

α

m = MB / γb2 Rb b h20 = 24,18 / (0,9170000,1352) = 0,086;

где γ

b2=0,9 –коэффициент условия работы бетона;

h₀=0.135 м – рабочая высота сечения.

Относительная высота сжатой зоны бетона и относительное плечо внутренней пары сил согласно приложению Д определим по интерполяции.

ξ =0,090 ;   ζ=0,955 ;

Характеристика сжатой зоны бетона

ω = 0,85 - 0,008 Rb γb2

= 0,85-0,008170,9 =0,7276;

Относительная граничная высота сжатой зоны бетона

ξ R= ;

 

ξR =

= 0,583

Проверяем достаточность принятого сечения.

Поскольку ξ = 0.090 < ξ R = 0.583, то сечения достаточно.

Требуемая площадь поперечного сечения продольной вертикальной арматуры, устанавливаемой у внутренней грани стены определяется по формуле:

Asтp = Mв/ζRsh₀ =

= 0,00051= 5,110-4 м2=5,1 см2;

Минимальная требуемая площадь сечения вертикальной арматуры:

Asmin = μ b h₀ = 0,000510013,5 = 0,675 см2;

Устанавливаем в сечении шириной, равной 1м 4 стержня диаметра 14 мм класса AIII с фактической площадью (Приложение Е)

Аsф = 6,16 см 2 > Astp = 5,1 см2.

 

1.2.2 От действия грунта

Максимальный изгибающий момент от действия грунта при пустом обсыпанном резервуаре определяем по формуле:

Мгр =

= =

= 18,51 кН/м;

Где для песчаного грунта давление от эквивалентного слоя грунта высотой

h1 = Рвр / γгр = 18/18 = 1 м;

от временной нагрузки (Рвр=10-25Кн/м2), действующей на поверхности земли равно

Ргр1 = γгр h₁ k γf = 1810.2171.15 = 4,49 кН/м;

Давление на глубине

h2 = H + h1 = 4,2+1 = 5,2 м;

от поверхности грунта равно

Ргр2 = γгр h2 k γf = 185,20,2171,15 = 23,35 кН/м;

Где k = tg2(45- ) = tg2(45-40/2) = 0.217 – коэффициент, учитывающий связность грунта;

φ = 40о - угол внутреннего трения грунта для песчаного грунта.

Относительный статистический момент сжатой зоны бетона:

α

m = Mгр / γb2 Rb b h20 = 18,51/0,9170001 (0,135)2 = 0,066;

Относительная высота сжатой зоны бетона и плечо внутренней пары сил (приложение Д)

ξ = 0,068;     ζ = 0,966;

Сечение достаточно т.к. ξ = 0,068 < ξ R = 0,583.

Требуемая площадь вертикальной рабочей арматуры, устанавливаемой у наружной грани стены.

Astp = Mгр / ζRsh₀ = 18,51/0,9663650000,135 = 3,910-4м2 = 3,9 см2;

Устанавливаем в сечении стены шириной 1 м арматуру в количестве 5 стержня диаметром 10мм.

Аsф = 3,93 см 2 (приложение Е), что больше Asmin =0,675 см2.

1.2.3 Расчет стены в стадии монтажа

При подъеме плиты в ней возникают изгибающие моменты по схеме, приведенной на рисунке 2.

Рисунок 2 – Расчетная схема стены при подъеме из опалубки.

Расчетный вес плоско-выпуклой стены определяется приближению по средней толщине равной (19+16) / 2 = 17,5 см с учетом утолщения в верхней части.

Р = (0,1752,7854,2+0,150,2252,785)251,1 = 46,74 кН;

где 25 к Н/м3 - объемный вес железобетона.

Распределенная погонная расчетная нагрузка с учетом коэффициента динамичности γd=1,4 составляет

gcв =

= = 15,58 кН/м;

Момент на опоре

M1 = ( gсвl21) / 2=

= 1,94 кНм;

где l1=0,5 м – длина свеса.

Момент в пролете:

2 = - = - = 19,94-3,07 = 16,87 кН м;

Где =3,2 м – расстояние между монтажными петлями.

       При  установке стены в фундамент  её поднимают за две петли, расположенные в верхней части. При этом изгибающий момент  от собственного веса с учетом  динамического коэффициента определим  при пролете стены, равном её  высоте по формуле:

М = gсв H2/8 = 15,58 4,22/ 8 = 34,35 кНм;

 Поскольку максимальный  момент монтажных нагрузок (из  М, М1, М2) для 1 м шириной стены равной

34,352/2,785 = 12,33 кНм;

больше моментов от действия  воды и грунта, то вертикальную арматуру окончательно подбираем на это усилие.

 Относительный статистический  момент  сжатой зоны бетона 

α

m = Mгр / γb2Rbbh20 = 18,51/ 1,1170001 (0,135)2 = 0,054

 где  γ b2 = 1,1 – таблица1 СНиП [2]

Относительная высота сжатой зоны бетона и плечо внутренней пары сил (приложение Д) 

ξ = 0,055;  ζ = 0,972;

Принятое сечение достоинство, так как ξ = 0,055 < ξ R = 0,583.

Требуемая площадь поперечного сечения продольной вертикальной рабочей арматуры, устанавливаемой из расчета на монтажные нагрузки у наружной грани стены.

Astp = Mгр / ζRsh₀ = 18,51/0,9723650000,135 =  3,9 10-4м2= 3,9 см2;

Окончательно принимаем арматуру в количестве 5 стержней диаметром  10 мм класса А-III с фактической площадью, равной                                     Аsф = 3,93 см2 > Asтр = 3,9 см2.

Шаг вертикальных стержней равен  200 мм.

1.2.4 Подбор арматуры монтажных петель

 Подъем стены из  опалубки осуществляется за 4 петли, установленные на боковой поверхности смотри рисунок 3.

Рисунок 3 - Схема установки монтажных петель

Распределяя вес на две петли, поскольку две другие считаются поддерживающими, определяем усилие, приходящееся на одну петлю с учетом коэффициента динамичности, равного 1,4 по формуле:

Nn

= = 51,646 кН;

  Площадь поперечного  сечения петли из арматуры класса А-III (Rs =  225МПа) составляет:

Аstp = Nn/Rs = 51,646/225000 = 2,3

10-4м2 = 2,3 см2;

 Принимаем петлю 3 10 мм А-III с Аsф = 2,011 см2.

1.3 Расчет стены по второй группе предельных состояний

Расчет стены по трещиностойкости от действия горизонтальных растягивающих  усилий.

К стене предъявляются требования по 1 категории трещиностойкости. Это означает, что трещины не должны образовываться  при расчетных нагрузках.       Расчет           по        трещиностойкости                 выполняем

для участка 3 стены как наиболее нагруженного с учетом предварительного обжатия.

Величину предварительных напряжений  назначаем с учётом допустимых отклонений при электротермическом  способе натяжения согласно пункту 1.23 [2]

Р=30+360/Ɩ

Р = 30 + 360/28,26 = 42,73 МПа;

Где l = 2πr/4 = (23,1418) / 4 = 28,26 м - длина натягивания стержня при расположении четырех стержней в одном кольце.

Назначаем δsp=546 МПа – максимально приближая его значение к верхней границе предварительного напряжения.

Проверяем соблюдение требований пункта 1.23 СНиП [6]:

δsp + P = 546+42,73 = 588,7 < Rs,ser = 590МПа;

δsp – P = 546 – 42,73 = 503,27 > 0,3 Rs,ser = 177 МПа удовлетворяются.

Подсчитываем потери предварительного напряжения арматуры при натяжении ее на бетон.

       Расчет осуществляем в соответствии  с указаниями таблицы 5 СНиП [2].

Первые потери: от деформации анкеров, расположенных у натяжных устройств (пункт 3 таблицы 5 [6]) определяем по формуле:

Δlos1= δ3=Es =1.9105 = 13,3 МПа;

где 1=1 мм и 2=1 мм – деформации шайб и анкеров одного стержня.

При электротермическом способе натяжения потери от трения стержневой арматуры о бетонную поверхность отсутствуют δ4=0.

Вторые потери: от релаксации напряженной арматуры:

δ7 = 0,03 δsp = 0,03546 = 16,38 МПа;

От усадки независимо от условий твердения бетона при классе бетона В-35 и ниже, по заданию В30 (пункт 8 таблицы 5 [6]);

δ8=30 МПа;

 

 

 

Потери от ползучести бетона при напряжениях в бетоне, определяем по формуле:

δbp =

= = 1,314 МПа;

где α = Es/Eb = 1,9105/32,5103 =5,846 – отношение модулей упругости

и уровне напряжений при δbp/Rbp = 1,314/21 = 0,06 < 0,75 равен

δ9 = 150α δbp / Rbp = 15010,062 = 9,3 МПа;

где Rbp принимаем 21 МПа, согласно пункту 2.6 СНиП [2] не менее 11 МПа и не менее 0,5В=0,530=15 МПа.

Суммарные вторые потери

δ los2 = δ7+ δ8+ δ9=16,38 + 30 + 9,3 = 55,68 МПа;

Полные потери

δ los = δ los1 + δ los2= 13,3 + 55,68 = 68,98 МПа;

Так как полные потери меньше минимального значения потерь по СНиП 2.03.01.84, то принимаем значение полных потерь по минимальным, равным δ los=100 МПа.

Усилие предварительного обжатия Р1 с учетом полных потерь и коэффициента точности натяжения, равно

γsp = 1-∆γsp = 1-0,036 = 0,964

где ∆γsp = 0,5 (1 + ) = 0,5 (1 + ) = 0,05 < 0,1; (принимаем ∆γsp=0,1), равно

Р1 = γsp (δsp- δlos)Аs = 0,964 (546 – 68,98) 6,16 10-4 = 283,27 кН;

Усилие при образовании трещин определяется по формуле:

Ncrc = Rbt,ser(A+2αAs)+P1

Работа бетона в стыках панелей при расчете на растягивающие усилия не учитывается. Ненапрягаемая арматура через стыки не проходит и также не учитывается. Поэтому усилие  образования трещин приравнивается усилию предварительного обжатия

Ncrc= P1=283,27

 Поскольку Ncrc = 283,27 кН > T = 243,29 кН (участок 4), то трещины от расчетных кольцевых усилий не образуются. Требование 1 категории трещиностойкости выполняется.

         2 Расчет и конструирование фундамента под стену

Фундамент под стену рассчитывается от действия: нагрузок от собственного веса; фундамента, воды, грунта, стены, реактивного отпора грунта; гидростатического бокового давления воды; бокового давления грунта. Геометрические размеры фундамента принимаются согласно рекомендации таблица 4.10 (раздел 4.3) справочного пособия [3].

Рисунок 4 – Геометрические размеры фундамента

Размеры подошвы фундамента принимаются такими, чтобы краевые значения эпюры реактивного отпора грунта были одного знака и не превышали, рекомендуемой нормами величины – 1,2R – расчетного сопротивления грунта.

Продольное вертикальное армирование внешнего ребра фундамента определяется из расчета прочности располагаемого по дну стакана нормального сечения ребра. Ребро рассматривается как изгибаемый консольный стержень, на который в верхней части действует усилие от стеновой панели, возникающее от гидростатического бокового давления воды. Внутреннее ребро рассчитывается так же как и внешнее от действия  бокового давления грунта. В расчетах горизонтальные силы, действующие на ребро определены с упрощениями без учета вертикальных сил раскладкой момента в защемлении только на горизонтальные силы.

Сечение плиты фундамента под наружной стеновой панелью рассчитано в целях упрощения на изгиб, а не на внецентренное растяжение, без учета совместной работы фундамента и днища.

Исходные данные для расчета приведены в табличной форме (таблица 4)

Таблица 4 - Данные для расчета

Наименование показателя	Значение показателя	На каком основании принято
Класс бетона по прочности на сжатие	B 12,5	По заданию
Вид бетона	Тяжелый	По заданию
Расчетное сопротивление бетона сжатию	Rb=7,5 МПа	ПриложениеА или СНиП[2]

 

 

Продолжение таблицы 4

Класс продольной рабочей арматуры	A-III	По заданию
Расчетное сопротивление арматуры растяжению класса A-II	Rs=365 МПа	Приложение Б или СНиП[2]
Класс поперечной арматуры	A-III	По заданию
Расчетное сопротивление арматуры растяжению класса A-III	Rs=365 МПа	Приложение Б или СНиП[2]
Высота резервуара	H=4,2 м	По заданию
Коэффициент условий работы бетона при длительном воздействии нагрузки	γb2=1,0	СНиП[2], таблица 15
Расчетное сопротивление грунта	R=210 кН/м2	По заданию

 

 

 

 

 

2.1 Расчет внешнего ребра

В схеме определения усилия, действующего на внешнее ребро паза, изгибающий момент Мв принимается из расчета стены на местное действие гидростатического давления воды ,a поперечная сила в защемлении стены в целях упрощения определяется как для консоли от треугольной эпюры давления воды,  для ширины стены, равной 1 м.

Мв = 24,18  кНм, пункт 1.2.1.

Qb = Pb = 424,2/2 = 88,2 кН,

 где Pb = Pmax = 42 кН/м – расчет 1.1 пункт 6.

Момент в центре паза (стакана) в точке К:

Mk = Mb+Qb0,175 = 24,18+88,20,175 = 39,6 кНм;

Горизонтальное усиление Fx от момента Mk, действующее на ребра по модели сосредоточенной передачи усилия определяется по формуле: