Пояснювальна записка

до курсової роботи

з дисципліни: «Залізобетонні конструкції інженерних споруд»

на тему:

„ Розрахунок та проектування збірного циліндричного резервуару"

Студента V курсу ПЦБ-2 групи

напряму підготовки: 6.060101 «Будівництво»

спеціальності ПЦБ

Мартиновського А.П.

Керівник: Караван В.В.

Прийняв: Караван В.В.

Національна шкала: _________________

Кількість балів:____. Оцінка: ECTS____.

Рівне 2013

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 γ = 1,8т/м³

Кут внутрішнього тертя φ = 38^º

З’єднання стін з днищем - рухоме.

2. МАТЕРІАЛИ ДЛЯ ПРОЕКТУВАННЯ

Згідно завдання для проектування збірного циліндричного резервуару використовуємо такі характеристики:

Бетон класу В15:

· розрахунковий опір бетону осьовому стиску R_b = 8,5 МПа;

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

· модуль пружності бетону E_b = 23000 МПа. (природного твердіння).

· Коефіцієнт умов роботи бетону γ_b2 = 0,9.

R_b= γ_b2* R_b= 0,9*8,5 = 7,65 МПа.

R_bt,ѕеr = 0,9*1,15= 1,04 МПа.

Ненапружена арматура класу А400С:

· розрахунковий опір арматури розтягу R_s= R_sс =365 МПа; R_sw =290МПа;

· модуль пружності арматури E_s = 200000 МПа.

Напружена арматура класу Вр – ІІ:

· розрахунковий опір поздовжньої арматури R_s= 915 МПа;

· розрахунковий опір арматури розтягу R_ѕ,ѕеr = 1100 МПа;

· модуль пружності арматури E_s = 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:

Р_і = р_max = γ_в×Н× γ_f×1м = 10×3,6×1,1×1 = 39,6 кН/м.

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

Р_іх = Р_і×(1-х_і/Н);

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

при х = 0,5м

Р_х1 = 39,6×(1-0,5/3,6) = 34,1 кН/м;

при х = 1,5м

Р_х2 = 39,6×(1-1,5/3,6) = 23,0 кН/м;

при х = 2,5м

Р_х3 = 39,6×(1-2,5/3,6) = 12,3 кН/м;

при х = 3,3м

Р_х4 = 39,6×(1-3,3/3,6) = 3,2 кН/м.

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

N_х1^' = Р_х1×r = 34,1×9,0 = 306,9 кН;

N_х2^' = Р_х2×r = 23,0×9,0 = 207,0 кН;

N_х3^' = Р_х3×r = 12,3×9,0 = 110,7 кН;

N_х4^' = Р_х4×r = 3,2×9,0 = 28,8 кН.

r=9,0 м-радіус резервуара.

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

N_хі = N_хі^'- р_max×r×(η₁+η₂×(1-S/Н)); t=0.22м –товщина стінки резервуара

S = 0,76 = 0,76 = 1,07м;

η₁ = е^-φcos φ; η₂ = е^-φsin φ; φ = х/ S.

При х=0,5:

φ=0,5/1,07=0,781; η₁=е^-0,781 cos 0,781=0,458; η₂₌ е^-0,781 sin 0,781=0,005

При х=1,5:

φ=1,5/1,07=1,402; η₁=е^-1,402 cos 1,402=0,246; η₂₌ е^-1,402 sin 1,402=0,006

При х=2,5:

φ=2,5/1,07=2,336; η₁=е^-2,336 cos 2,336=0,097; η₂₌ е^-2,336 sin 2,336=0,004

При х=3,3

φ=3,3/1,07=3,084; η₁=е^-3,084 cos 3,084=0,046; η₂₌ 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
φ	0,781	2,344	3,906	5,156
η1	0,458	0,096	0,020	0,0057
η2	0,006	0,004	0,001	0,0005

N_х1 = 204,6-39,6*6,0(0,458+0,006(1-0,64/3,6)) = 94,61 кН;

N_х2 = 138,6-39,6*6,0(0,096+0,004(1-0,64/3,6)) = 115,01 кН;

N_х3 = 72,6-39,6*6,0(0,02+0,001(1-0,64/3,6)) = 67,65 кН;

N_х4 = 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:

М_max = 0,5×р_max×S²×(1-S/Н) = 0,5×39,6×0,64²×(1-0,64/3,6) = 6,69 кНм.

Рис. 2. Епюра моментів тиску кільцевих зусиль.

6. Визначаємо площу перерізу кільцевої арматури, R_S = 365МПа для арматури А – 400C

А_si = N_хі/ R_s:

Х₁=0,5м; А_si = N_хі/ R_s= 82,19/365=2,25 см² ,

приймаємо 4Ø10А400С з А_si =3,14 см²;

Х₂=1,5м; А_si = N_хі/ R_s= 117,83/365=3,22 см² ,

приймаємо 4Ø12А400С з А_si =4,52 см²;

Х₃=2,5м; А_si = N_хі/ R_s= 75,13/365=1,85 см² ,

приймаємо 4Ø10А400С з А_si =3,14 см²;

Х₄=3,3м; А_si = N_хі/ R_s= 12,02/365=0,3 см² ,

приймаємо 2Ø10А400С з А_si =1,57 см².

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

Попередньо приймаємо Ø8мм

h_o=h-a-d/2=220-20-8/2=196мм;

α=M_мах/(R_b·b· h_o² )=15,86/(7,65·0,196²·1000)=0,05;

ξ = ;

.

A_S=M_мах/(η· h_o· R_S)= 15,86/( ·0,196·365)=2,27см², приймаємо 4Ø10А400С з A_S=3,14 см².

Рис. 3. Арматурна сітка для армування стінки резервуару.

4.2. РОЗРАХУНОК СТІНКИ РЕЗЕРВУАРУ ВІД ТИСКУ ГРУНТРУ

1. Визначаємо бічний тиск ґрунту на глибині h_і:

Р_іх = γ× h_і × γ_fm × tg²(45^°-φ/2) × 1м;

де, γ_f - коефіцієнт надійності за навантаженням (для насипного ґрунту γ_{f m}= 1,15);

γ – питома вага ґрунту, т/м³ ; h – відстань від поверхні ґрунту до даного перерізу; φ – кут внутрішнього тертя ґрунту.

при х = 0,5м

Р_х1 = 18,0×1,15×0,5× tg²(45^°-38^°/2) × 1 = 2,46 кН/м;

при х = 1,5м

Р_х2 = 18,0×1,15×1,5× tg²(45^°-38^°/2) × 1 = 7,38 кН/м;

при х = 2,5м

Р_х3 = 18,0×1,15×2,5× tg²(45^°-38^°/2) × 1 = 12,31 кН/м;

при х = 3,3м

Р_х4 = 18,0×1,15×3,3× tg²(45^°-38^°/2) × 1 = 16,25 кН/м.

Визначаємо зусилля, які виникають від тиску ґрунту:

N_х1 = Р_х1×r = 2,46 ×9,0 =22,14 кН;

N_х2 = Р_х2×r = 7,38 ×9,0 = 66,42кН;

N_х3 = Р_х3×r = 12,31 ×9,0 = 110,79 кН;

N_х4 = Р_х4×r = 16,25 ×9,0 = 146,22 кН.

2. Визначаємо максимальний згинальний момент від тиску ґрунту:

М_max = 0,5×р_max×S²×(1-S/Н) = 0,5×16,25×1,07²×(1-1,07/3,6)=6,60кНм.

3. Конструктивний розрахунок.

Визначаємо горизонтальну арматуру за виразом А_si = N_хі/ R_s:

Х_і=0,5м; А_si = N_хі/ R_s= 22,14 /365=0,60см² ,

приймаємо 2Ø10А400С з А_si =1,57 см²;

Х_і=1,5м; А_si = N_хі/ R_s= 66,42 /365=1,72 см² ,

приймаємо 4Ø10А400С з А_si =3,14 см²;

Х_і=2,5м; А_si = N_хі/ R_s= 110,79 /365=3,03 см² ,

приймаємо 4Ø10А400С з А_si =3,14см²;

Х_і=3,3м; А_si = N_хі/ R_s= 146,22/365=4,01 см² ,

приймаємо 4Ø12А400С з А_si=4,52см².

Визначаємо робочу арматуру по М_max:

α_m= М_max / R_b×b×h_о² = 6,60×10³/7,65×100×19,0² = 0,029;

h_о = t-3см = 22-3 = 19,0 см;

η = 1-0,5×ζ = 1-0,5×0,030 = 0,985;

А_s = М_max/ R_s×η× h_о = 6,60×10³/365×0,985×19,0 =0,97см².

Приймаємо 4Ø10А400С А_s = 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 8Ø8 Вр – ІІ ().

Підбираємо арматуру для решти ділянок:

, приймаємо 8Ø8 Вр – ІІ ();

, приймаємо 8Ø8 Вр – ІІ ();

, приймаємо 8Ø8 Вр – ІІ ().

6. РОЗРАХУНОК ЗА ІІ ГРУПОЮ ГРАНИЧНИХ СТАНІВ

6.1. Визначаємо втрати від попереднього напруження при натягу арматури на бетон.

σ_sp = 0,75×R_ѕ,ѕеr = 0,75×1100 = 825 МПа.

Перші втрати:

6.1.1. Деформація анкерів:

σ₁= (∆l₁+∆l₂)×Е_s /l = (1+1)×200000/57900 = 6,91 МПа,

l = 2π(r+h) = 2×3,14(9+0,22) = 57,90м.

6.1.2. Тертя арматури:

σ₂ = σ_sp(1-1/(е^ωχ+δθ)) = 825(1-1/2,72^0,318)) = 222,75 МПа,

ωχ+δθ = 0+0,65×0,4887 = 0,318.

Другі втрати:

6.1.3. Від релаксації напружень арматури:

σ₃ = (0,22×σ_sp/ R_ѕ,ѕеr-0,1)×σ_sp = (0,22×825/1100-0,1)×825 = =53,62 МПа.

6.1.4. Усадка бетону:

σ₄ = 30 МПа.

6.1.5. Повзучість бетону:

σ₅ = 150×α× σ_bp/ R_bp = 150×1×7,35/10,5 = 105 МПа, при σ_bp/ R_bp ≤0,75,

де σ_bp = 0,7×R_bp = 0,7×10,5= 7,35 МПа,

R_bp = 0,7×В = 0,7×15 = 10,5 МПа.

6.2. Розрахунок на утворення тріщин в стінці резервуару за виразом:

N_xi ≤ N_crc,

де N_xi = N_х2 = 115,01 кН;

N_crc = R_bt,ѕеr×(А+2×α×(А_s+А_sp))+Р,

де Р = γ_sp× σ_sp2× А_sp-σ_s×А_s,

α = Е_s/Е_b = 200000/23000 = 8,69,

А = b×h= 100×22 = 2200см² = 0,22м²,

σ_sp2 = σ_sp- σ₁- σ₂ = 825-6,91-222,75 = 595,34 МПа,

А_sp = 4,02×10^-4м²; А_s = 4,62×10^-4м²;

σ_s = σ₄+ σ₅ = 30+105 = 135МПа; γ_sp = 0,9;

Р = 0,9×595,34×0,000402×10³-135×0,000462×10³ = 161,12кН,

N_crc = 1,04×10³(0,22+2×8,69(4,62×10^-4+4,02×10^-4))+161,12 = 405,53 кН.

Отже, умова N_xi = 115,01кН ≤ N_crc = 298,68кН виконується, а тому поява тріщин не відбувається.

Дата добавления: 2015-08-31