Розрахунок та проектування збірного циліндричного резервуару

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

1. Вихідні дані

2. Матеріали для проектування

3. Конструктивна схема резервуару

4. Розрахунок стінки резервуару

4.1 Розрахунок стінки резервуару від тиску рідини

4.2 Розрахунок стінки резервуару від тиску ґрунту

5. Визначення попередньо напруженої арматури

6. Розрахунок за ІІ групою граничних станів

7. Розрахунок днища резервуару

Список використаної літератури

1. Вихідні дані

Вид резервуару - з/б збірний циліндричний резервуар

Діаметр резервуара 18,0 м

Висота резервуара 3,6м

Товщина стінки резервуара 220мм

Клас ненапруженої арматури А 400С

Клас напруженої арматури Вр - ІІ

Клас бетону В15

Питома вага ґрунту г = 1,8т/м3

Кут внутрішнього тертя ц = 38є

З'єднання стін з днищем - рухоме.

циліндричний резервуар арматура

2. Матеріали для проектування

Згідно завдання для проектування збірного циліндричного резервуару використовуємо такі характеристики:

Бетон класу В15:

розрахунковий опір бетону осьовому стиску Rb = 8,5 МПа;

розрахунковий опір бетону осьовому розтягу Rbt,ѕеr = 1,15 МПа;

модуль пружності бетону Eb = 23000 МПа. (природного твердіння).

Коефіцієнт умов роботи бетону гb2 = 0,9.

Rb= гb2* Rb= 0,9*8,5 = 7,65 МПа.

Rbt,ѕеr = 0,9*1,15= 1,04 МПа.

Ненапружена арматура класу А400С:

розрахунковий опір арматури розтягу Rs= Rsс =365 МПа; Rsw =290МПа;

модуль пружності арматури Es = 200000 МПа.

Напружена арматура класу Вр - ІІ :

розрахунковий опір поздовжньої арматури Rs= 915 МПа;

розрахунковий опір арматури розтягу Rѕ,ѕеr = 1100 МПа;

модуль пружності арматури Es = 200000 МПа.

3. Конструктивна схема циліндричного збірного резервуару

Конструктивне рішення

Збірний резервуар, конструктивна схема якого показана на рис.1, складається з балочного покриття по колонам з сіткою 6 х 6 м , які мають капітелі знизу та зверху, гладкої стіни циліндричної форми , плоского безреберного днища. В конструктивному рішенні збірного перекриття прийняті ребристі плити розміром 6 х 3 м, які вкладаються на залізобетонні ригелі таврового перерізу довжиною 6 м та довжиною 4,3 м на крайніх ділянках.

Колони прийнято прямокутного перерізу для промислових будівель без мостових кранів перерізом 300 х 300 мм . Колони влаштовують в стаканах в гніздах , які виконані безпосередньо в потовщених ділянках днища.

Стіна резервуара складається із збірних панелей довжиною, рівною його висоті. Панелі встановлюють вертикально вниз в паз між двома кільцевими ребрами днища по периметру резервуара. Вертикальні шви між панелями заповнюють бетоном. Після набуття ним 70% проектної міцності стіну ззовні обжимають попередньо напруженою арматурою, яку після закінчення процесу натягу захищають торкрет - бетоном . Номінальну ширину панелей приймаю 3,14 м (18 шт ), причому конструктивна ширина панелей на 140 мм менша номінальної. Зазор 140мм заповнюють при монтажі бетоном класу не нижче класу бетону панелей. Товщина стінових панелей прийнята кратною 22 мм і становить 220 мм. Зовнішня поверхня виконана циліндричною, а внутрішня - плоска.

Попередньо напружену горизонтальну робочу арматуру розміщено по зовнішній поверхні стіни. Випуски арматури сусідніх панелей зварюють між собою, що забезпечує фіксацію панелей в проектному положенні і попереджаються усадочні і температурні тріщини до обтягу стін попередньо напруженою арматурою. Натяг арматури проводиться електротермічним способом. Кільцевий стержень ділять по довжині на декілька елементів; на кінці кожного стержня приварюють коротиші - один з гвинтовою різьбою, а другий - гладкий, зварений з анкерним упором, де арматурні елементи з'єднують один з одним. В процесі електронагріву стержні видовжуються, в такому стані їх утримують гайками на упорах. По мірі охолодження довжина арматурного кільця зменшується, в наслідок чого стіна резервуара обтискується, а в арматурі утворюється розтяг. Відстань між стержнями арматури становить 250 мм. Кільцеву арматуру після натягу покривають торкрет-бетоном.

Внутрішню поверхню стін резервуара тинькують до натягу арматури для того, щоб штукатурка разом із збірними панелями отримала обтиск.

Днище циліндричних резервуарів при відсутності підпору ґрунтових вод армується конструктивно, оскільки відпір ґрунту врівноважує навантаження від ваги днища й рідини в резервуарі. Ділянки примикання днища до колон та стінок, із метою сприймання місцевих згинальних моментів посилюють місцевим потовщенням і додатковою арматурою.

Для підтримання стаціонарного теплового режиму всередині резервуару покриття утеплюють шаром грунту товщиною 1м. Для доступу людей всередину резервуару і пропуску вентиляційних шахт в покритті влаштовують отвори. Оскільки розміри в плані значні, то влаштовуємо дві вентиляційних труби та один люк.

План збірного циліндричного резервуару показано на рис. 1, а поперечний переріз на рис. 2.

4. Розрахунок стінки резервуару

4.1 Розрахунок стінки резервуара від тиску рідини

1.Визначаємо гідростатичний тиск рідини на стінку резервуара на рівні днища:

Рі = рmax = гвЧНЧ гfЧ1м = 10Ч3,6Ч1,1Ч1 = 39,6 кН/м.

2. Визначаємо гідростатичний тиск рідини на стінку резервуара по перерізах:

Ріх = РіЧ(1-хі/Н);

де, гf - коефіцієнт надійності за навантаженням; гв - питома вага рідини; Н - висота заповнення резервуара рідиною; х - відстань від днища до точки, в якій визначається тиск.

при х = 0,5м

Рх1 = 39,6Ч(1-0,5/3,6) = 34,1 кН/м;

при х = 1,5м

Рх2 = 39,6Ч(1-1,5/3,6) = 23,0 кН/м;

при х = 2,5м

Рх3 = 39,6Ч(1-2,5/3,6) = 12,3 кН/м;

при х = 3,3м

Рх4 = 39,6Ч(1-3,3/3,6) = 3,2 кН/м.

3. Визначаємо кільцеві зусилля розтягу в стінці на відстані хі від днища:

Nх1' = Рх1Чr = 34,1Ч9,0 = 306,9 кН;

Nх2' = Рх2Чr = 23,0Ч9,0 = 207,0 кН;

Nх3' = Рх3Чr = 12,3Ч9,0 = 110,7 кН;

Nх4' = Рх4Чr = 3,2Ч9,0 = 28,8 кН.

r=9,0 м-радіус резервуара.

4. Визначаємо дійсні кільцеві зусилля розтягу в стінці на відстані хі:

Nхі = Nхі'- рmaxЧrЧ(з1+з2Ч(1-S/Н)); t=0.22м -товщина стінки резервуара

S = 0,76= 0,76= 1,07м;

з1 = е-цcos ц; з2 = е-цsin ц; ц = х/ S.

При х=0,5:

ц=0,5/1,07=0,781 ; з1=е-0,781 cos 0,781=0,458 ; з2= е-0,781 sin 0,781=0,005

При х=1,5:

ц=1,5/1,07=1,402 ; з1=е-1,402 cos 1,402=0,246 ; з2= е-1,402 sin 1,402=0,006

При х=2,5:

ц=2,5/1,07=2,336 ; з1=е-2,336 cos 2,336=0,097 ; з2= е-2,336 sin 2,336=0,004

При х=3,3

ц=3,3/1,07=3,084 ; з1=е-3,084 cos 3,084=0,046; з2= е-3,084 sin 3,084=0,002

Розрахунки зводимо в таблицю 1.

Таблиця 4.1.1

хі,м	0,5	1,5	2,5	3,3
ц	0,781	2,344	3,906	5,156
з1	0,458	0,096	0,020	0,0057
з2	0,006	0,004	0,001	0,0005

Nх1 = 204,6-39,6*6,0(0,458+0,006(1-0,64/3,6)) = 94,61 кН;

Nх2 = 138,6-39,6*6,0(0,096+0,004(1-0,64/3,6)) = 115,01 кН;

Nх3 = 72,6-39,6*6,0(0,02+0,001(1-0,64/3,6)) = 67,65 кН;

Nх4 = 19,8-39,6*6,0 (0,0057+0,0005(1-0,64/3,6)) = 18,35 кН.

5. Визначаємо максимальний згинальний момент від тиску рідини:

Мmax = 0,5ЧрmaxЧS2Ч(1-S/Н) = 0,5Ч39,6Ч0,642Ч(1-0,64/3,6) = 6,69 кНм.

Рис. 2 Епюра моментів тиску кільцевих зусиль

6. Визначаємо площу перерізу кільцевої арматури, RS = 365МПа для арматури А - 400C

Аsi = Nхі/ Rs:

Х1=0,5м; Аsi = Nхі/ Rs= 82,19/365=2,25 см2 ,

приймаємо 4Ш10А400С з Аsi =3,14 см2;

Х2=1,5м; Аsi = Nхі/ Rs= 117,83/365=3,22 см2 ,

приймаємо 4Ш12А400С з Аsi =4,52 см2;

Х3=2,5м; Аsi = Nхі/ Rs= 75,13/365=1,85 см2 ,

приймаємо 4Ш10А400С з Аsi =3,14 см2;

Х4=3,3м; Аsi = Nхі/ Rs= 12,02/365=0,3 см2 ,

приймаємо 2Ш10А400С з Аsi =1,57 см2.

7. Виконуємо розрахунок вертикальної арматури резервуару для бетону марки В15.

Попередньо приймаємо Ш8мм

ho=h-a-d/2=220-20-8/2=196мм ;

б=Mмах/(Rb·b· ho2 )=15,86/(7,65·0,1962·1000)=0,05 ;

о =;

.

AS=Mмах/(з· ho· RS)= 15,86/(·0,196·365)=2,27см2, приймаємо 4Ш10 А400С з AS=3,14 см2.



Рис. 3 Арматурна сітка для армування стінки резервуару.

4.2 Розрахунок стінки резервуару від тиску грунтру

Визначаємо бічний тиск ґрунту на глибині hі:

Ріх = гЧ hі Ч гfm Ч tg2(45°-ц/2) Ч 1м;

де, гf - коефіцієнт надійності за навантаженням ( для насипного ґрунту гf m= 1,15);

г - питома вага ґрунту, т/м3 ; h - відстань від поверхні ґрунту до даного перерізу ; ц - кут внутрішнього тертя ґрунту.

при х = 0,5м

Рх1 = 18,0Ч1,15Ч0,5Ч tg2(45°-38°/2) Ч 1 = 2,46 кН/м;

при х = 1,5м

Рх2 = 18,0Ч1,15Ч1,5Ч tg2(45°-38°/2) Ч 1 = 7,38 кН/м;

при х = 2,5м

Рх3 = 18,0Ч1,15Ч2,5Ч tg2(45°-38°/2) Ч 1 = 12,31 кН/м;

при х = 3,3м

Рх4 = 18,0Ч1,15Ч3,3Ч tg2(45°-38°/2) Ч 1 = 16,25 кН/м.

Визначаємо зусилля, які виникають від тиску ґрунту:

Nх1 = Рх1Чr = 2,46 Ч9,0 =22,14 кН;

Nх2 = Рх2Чr = 7,38 Ч9,0 = 66,42кН;

Nх3 = Рх3Чr = 12,31 Ч9,0 = 110,79 кН;

Nх4 = Рх4Чr = 16,25 Ч9,0 = 146,22 кН.

Визначаємо максимальний згинальний момент від тиску ґрунту:

Мmax = 0,5ЧрmaxЧS2Ч(1-S/Н) = 0,5Ч16,25Ч1,072Ч(1-1,07/3,6)=6,60кНм.

Конструктивний розрахунок.

Визначаємо горизонтальну арматуру за виразом Аsi = Nхі/ Rs:

Хі=0,5м; Аsi = Nхі/ Rs= 22,14 /365=0,60см2 ,

приймаємо 2Ш10А400С з Аsi =1,57 см2;

Хі=1,5м; Аsi = Nхі/ Rs= 66,42 /365=1,72 см2 ,

приймаємо 4Ш10А400С з Аsi =3,14 см2;

Хі=2,5м; Аsi = Nхі/ Rs= 110,79 /365=3,03 см2 ,

приймаємо 4Ш10А400С з Аsi =3,14см2;

Хі=3,3м; Аsi = Nхі/ Rs= 146,22/365=4,01 см2 ,

приймаємо 4Ш12А400С з Аsi=4,52см2.

Визначаємо робочу арматуру по Мmax:

бm= Мmax / RbЧbЧhо2 = 6,60Ч103/7,65Ч100Ч19,02 = 0,029;

hо = t-3см = 22-3 = 19,0 см;

з = 1-0,5Чж = 1-0,5Ч0,030 = 0,985;

Аs = Мmax/ RsЧзЧ hо = 6,60Ч103/365Ч0,985Ч19,0 =0,97см2.

Приймаємо 4Ш10А400С Аs = 3,14 см2.

Рис. 4 Арматурна сітка для армування стінки резервуару

5. Визначення попередньо напруженої арматури

Для забезпечення потрібної тріщиностійкості попередньо напружену кільцеву арматуру підбираємо за умови забезпечення залишкового стискуючого напруження в бетоні.

Попереднє напруження арматури з врахуванням допустимих відхилень при механічному натягу приймаємо згідно умови:

,

звідси при маємо

Натяг арматури з врахуванням всіх витрат і коефіцієнта точності натягу арматури

Підбір арматури виконуємо за формулою:

,

де - максимальне зусилля на ділянці;

- товщина стінки, 220 мм;

b - розрахункова висота перерізу, 100см;

- мінімальне значення стискуючих напружень, необхідно для цільності стиків.Так, як підбір арматури виконуємо при

то міцність стінки на розтяг буде забезпечена.

Виконуємо розрахунок арматури для першої ділянки: висота y=1м; зусилля на висоті y=1м

Потрібна площа арматури:

Приймаємо 8Ш8 Вр - ІІ ().

Підбираємо арматуру для решти ділянок:

,

приймаємо 8Ш8 Вр - ІІ ();

,

приймаємо 8Ш8 Вр - ІІ ();

,

приймаємо 8Ш8 Вр - ІІ ().

6. Розрахунок за ІІ групою граничних станів

Визначаємо втрати від попереднього напруження при натягу арматури на бетон.

уsp = 0,75ЧRѕ,ѕеr = 0,75Ч1100 = 825 МПа.

Перші втрати:

Деформація анкерів:

у1= (?l1+?l2)ЧЕs /l = (1+1)Ч200000/57900 = 6,91 МПа,

l = 2р(r+h) = 2Ч3,14(9+0,22) = 57,90м.

Тертя арматури:

у2 = уsp(1-1/(ещч+ди)) = 825(1-1/2,720,318)) = 222,75 МПа,

щч+ди = 0+0,65Ч0,4887 = 0,318.

Другі втрати:

Від релаксації напружень арматури:

у3 = (0,22Чуsp/ Rѕ,ѕеr-0,1)Чуsp = (0,22Ч825/1100-0,1)Ч825 = =53,62 МПа.

Усадка бетону:

у4 = 30 МПа.

Повзучість бетону:

у5 = 150ЧбЧ уbp/ Rbp = 150Ч1Ч7,35/10,5 = 105 МПа, при уbp/ Rbp ?0,75,

уbp = 0,7ЧRbp = 0,7Ч10,5= 7,35 МПа,

Rbp = 0,7ЧВ = 0,7Ч15 = 10,5 МПа.

Розрахунок на утворення тріщин в стінці резервуару за виразом:

Nxi ? Ncrc,

Nxi = Nх2 = 115,01 кН;

Ncrc = Rbt,ѕеrЧ(А+2ЧбЧ(Аs+Аsp))+Р,

Р = гspЧ уsp2Ч Аsp-уsЧАs,

б = Еs/Еb = 200000/23000 = 8,69,

А = bЧh= 100Ч22 = 2200см2 = 0,22м2,

уsp2 = уsp- у1- у2 = 825-6,91-222,75 = 595,34 МПа,

Аsp = 4,02Ч10-4м2; Аs = 4,62Ч10-4м2;

уs = у4+ у5 = 30+105 = 135МПа; гsp = 0,9;

Р = 0,9Ч595,34Ч0,000402Ч103-135Ч0,000462Ч103 = 161,12кН,

Ncrc = 1,04Ч103(0,22+2Ч8,69(4,62Ч10-4+4,02Ч10-4))+161,12 = 405,53 кН.

Отже, умова Nxi = 115,01кН ? Ncrc = 298,68кН виконується, а тому поява тріщин не відбувається.

7. Розрахунок днища

Так, як розрахунок виконувався з умови сприйняття бетоном всього навантаження то арматуру встановлюємо конструктивно і приймаємо Ш10 А400С із кроком 250мм.

Рис. 6 З'єднання стінки із днищем. Конструктивне армування днища.

Список використаної літератури

1. В.І. Бабич, В.Ц. Головяк. Практикум із залізобетонних конструкцій . 2001р-221с

2. П.Ф.Вахненко та інші. Залізобетонні конструкції: Підручник. - К.: Вища школа., 1999.-508с.

3. Стулов Т.Т., Бунчук В.А. и др. Железобетонные резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов. Проектирование и сооружение. Изд-во «Недра», 1968.-287с.

4. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции: Общий курс: Учеб. Для вузов. - 5-е изд., перероб. и доп. - М.: Стройиздат, 1991.-767с.

5. СниП 2.03.01.-84* Бетонные и железобетонные конструкции. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989.-80с.

Размещено на Allbest.ru

...