содержание      ..     14      15      16      17     ..

 7. ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ РЕЗЕРВУАРЫ НА НЕФТЕБАЗАХ (1973 год)

Железобетон — сочетание бетона и стальной арматуры, используемое для совместной работы в конструкции как одно монолитное целое. Поскольку бетон хорошо сопротивляется сжатию, по обладает относительно небольшой прочностью па растяжение, бетонные конструкции приходится проектировать так, чтобы растягивающие напряжения в бетоне совсем не возникали или были очень незначительны. Это приводит к тому, что бетонные конструкции делаются, как правило, массивными, а область их применения ограничивается. Введение в бетон стальной арматуры, работающей преимущественно на растяжение,
дает возможность не только существенно сократить расход бетона, по также выполнить из железобетона такие конструкции, которые нельзя было бы осуществить из неармированного бетона. Совместная работа стали и бетона достигается за счет сил сцепления между обоими материалами и наличия сил трения, вызываемых усадкой бетона, обжимающей стержни арматуры, приданием арматуре периодического профиля, сваркой ее в каркасы и сетки при помощи отгибов стержней и устройства крюков. Разница в коэффициентах температурного расширения стали и бетона в большинстве случаев невелика (для бетона в зависимости от рода наполнителя коэффициент равен от 0,000012 до 0,000007 1/°С, для стали 0,000012 1/°С. Поэтому при изменении температуры в пределах немногих десятков градусов усилия, стремящиеся сдвинуть арматуру по отношению к бетону, хотя и возникают, но они относительно незначительны, так что силы связи между обоими материалами успешно им противостоят. Бетон предохраняет заключенную в нем стальную арматуру от коррозии. Проектирование железобетонных резервуаров производится в строгом соответствии с требованиями, изложенными в СН 326—65.

Механические свойства бетона зависят от следующих факторов: от качества применяемых цементов, характеристик заполнителей, состава бетона, водоцементного соотношения, а также от способа приготовления бетона, его укладки и обработал в конструкции. Для железобетонных резервуаров рекомендуется применять силикатные цементы (портландцементы) марки не ниже 170 с минимальным содержанием свободной извести. Вода для приготовления бетона не должна быть загрязнена кислотами, щелочами и органическими веществами.

Песок — кварцевый, кварцево-полевошпатный мелкий (с диаметром зерен менее 1 мм) с содержанием органических примесей и глины не более 2%.

В качестве крупного заполнителя применяется природный гравий или щебень из твердых горных пород. Наибольший размер гравия или щебня не должен превышать 1/3 толщины стенки резервуара.

Многочисленными опытами доказано, что прочность бетона в определенный срок при твердении в нормальных условиях зависит главным образом от прочности (активности) цемента и от водоцементного соотношения (В/Ц). Под водоцементным соотношением в этом случае понимается отношение веса воды к весу цемента в свежеприготовленной бетонной смеси. Прочность бетона повышается с уменьшением В/'Ц.

Состав бетона (весовое соотношение между цементом, песком и гравием) для резервуаров рекомендуется 1 : 1,5 : 3 или 1:2:4.

Таблица 3.6
Водоцементное отношение (В/Ц) некоторых бетонов

Конструкции железобетонных резервуаров

Железобетонные резервуары по геометрической форме разделяются на цилиндрические и прямоугольные (квадратные, траншейные). Наибольшее распространение получили цилиндрические резервуары, удобные в эксплуатации и имеющие конструктивные преимущества.

Цилиндрические стенки резервуаров, испытывая преимущественно осевые растягивающие усилия, могут иметь небольшую толщину (практически б принимают не менее 8 —10 см). Арматура стенок состоит из горизонтальных стержней, образующих замкнутые кольца, и вертикальных стержней. Наиболее ответственным узлом резервуара является сопряжение стенки с днищем, которое осуществляется при помощи армированных вутов и добавочных стержней для восприятия растягивающих усилии. Горизонтальные стержни воспринимают кольцевые усилия. Эти усилия увеличиваются к нижней части резервуара (рис. 3.29), однако, начиная примерно с 2/3 высоты от верхней части, кольцевые усилия благодаря жесткой связи стенки с днищем перестают возрастать и постепенно уменьшаются к нижней части.

В связи с этим сечение кольцевой арматуры, вычисленное по наибольшему усилию, обычно постоянное в нижней части стенки, в верхней же части оно уменьшается соответственно с уменьшением кольцевых усилий. Вертикальные стержни являются не только монтажными, служащими для удержания колец во время бетонирования, но необходимы также и для восприятия изгибающих моментов, действующих в вертикальных плоскостях. Эти стержни обычно принимают несколько меньшего диаметра, чем кольцевые стержни, и располагают па расстоянии 10 — 20 см друг от друга. В резервуарах большого диаметра перекрытие собирается из отдельных плит, опирающихся па промежуточные стойки: иногда по концентрическим кругам, а чаще прямоугольной сеткой осей с шагом 3,5—4,5 м. Сечение стоек квадратное, не менее 25 X 25 см. Перекрытие цилиндрических резервуаров обычно безбалочное, а для резервуаров диаметром до 15 м купольное, без промежуточных стоек. В настоящее время разработаны типовые проекты на различные емкости объемом от 500 до 30 000 м3 с безбалочным перекрытием. Толщина плиты безбалочного перекрытия и днища принимается не менее 12 см, толщина купольного покрытия не менее 8 см.

Внутренняя поверхность днища устраивается с уклоном 1 : 100 в сторону сборного колодца.

Фундаменты под стопками при безбалочной конструкции перекрытия устраиваются в уровень с подошвой днища в виде обратных капителей. При отсутствии грунтовых вод фундаменты можно располагать и ниже днища, что менее надежно в отношении образования трещин, по обходится дешевле.

Рис. 3.29. Цилиндрический железобетонный резервуар.
1 — колонны; 2 —смотровой люк; 3 — отверстия для вытяжной грубы; 4 — сливной люк.

Рис. 3.30. Эпюры усилий и моментов в стенке цилиндрического железобетонного резервуара.

Стенки прямоугольных резервуаров (рис. 3.30) работают на изгиб в горизонтальном и вертикальном направлениях и обычно имеют большую толщину, чем стенки цилиндрических резервуаров тех же размеров. Слабым местом

у прямоугольных резервуаров являются углы, которые обычно усиливаются вутами с добавочной арматурой для обеспечения жесткой связи стенок между собой. Однако в этих резервуарах можно использовать имеющуюся площадь
когда требуется расположить несколько резервуаров рядом. Размеры таких резервуаров в плане ничем не ограничены; высота же их редко бывает больше 6 м. В резервуарах малого объема стенки имеют вид простых плит, которые могут быть постоянной толщины по всей высоте. Резервуары большого объема

могут быть разделены на камеры с одной или несколькими промежуточными стенками. При большой длине резервуара делают ребра жесткости.

Перекрытия прямоугольного резервуара выполняют ребристыми с плитами, опираемыми по контуру, или безбалочными, которые получили наибольшее распространение. Днище при хорошем грунте может быть бетонное толщиной 30—50 см, причем в этом случае необходима хорошая связь его с железобетонными стенками, достигаемая закладкой стержней-коротышей. Чаще днище выполняют железобетонным с утолщением под стенками и стойками.

Расчет прямоугольных и многоугольных резервуаров

Способ расчета стенок резервуара, имеющих в плане очертание прямоугольника, зависит от принятой конструкции и соотношения размеров резервуаров (рис. 3.31).

Рис. 3.32. Эпюры усилий и моментов в стенке прямоугольного железобетонного резервуара.

где р — гидростатическое давление в заданном сечении в Па

где d — диаметр вписанного круга в м. 

Расчет цилиндрических железобетонных резервуаров 

Согласно формуле (3.1) растягивающее кольцевое усилие на единицу длины горизонтального сечения стенки резервуара (в Н/м)

Для предупреждения образования трещин допускаемая нагрузка, найденная из расчета появления трещин, должна быть всегда больше нагрузки, определенной из условия передачи всего растягивающего усилия на арматуру, т. е.

Сечение вертикальной арматуры

- коэффициент трения стенки по днищу, принимаемый ^равным 0,5 при наличии уплотняющего слоя из битума, рубероида и др.
 

Известно, что бетон обладает крайне слабой сопротивляемостью растягивающим усилиям. Даже применение бетона повышенной марки незначительно увеличивает сопротивляемость его растяжению. Как уже отмечалось в предыдущем параграфе, при напряжениях в кольцевой арматуре в монолитном бетоне 20,5 МПа возникают первые волосяные трещины. Это обстоятельство не позволяет в обычном железобетоне эффективно использовать арматуру из высокопрочных сталей. Между тем применение высокопрочных материалов позволяет значительно сократить стоимость резервуара.

Проблема трещиноустойчивости железобетонных резервуаров успешно была разрешена созданием специальных напряженно-армированных железобетонных резервуаров путем предварительного обжатия их стенок арматурой с таким расчетом, чтобы в них под действием гидростатического давления оставались сжимающие напряжения или, в крайнем случае, возникающие растягивающие напряжения не превышали предельного значения, при котором образуются трещины в бетоне. Предварительное напряжение арматуры производится после того, как бетон достигнет 70% требуемой прочности. Вследствие усадки и ползучести бетона, а также частичного смятия его под арматурой последняя, следуя за бетоном, теряет часть растягивающих напряжений, а бетон — часть сжимающих напряжений. Указанные потери напряжения доходят до 150 МПа. Поэтому требуется применять высокопрочную арматуру для полной компенсации потерь и создания большого запаса предварительного напряжения сжатия бетона. Как показали расчеты, при применении в резервуарах предварительного напряжения общий расход металла может быть снижен на 25—30%, а расход бетона на 10—20%.

При обеспечении трещиноустойчивости только за счет предварительного напряжения, т. е. без учета работы бетона на растяжение, стенку резервуара можно выполнить из отдельных секций с вертикальными швами между ними.

Это позволяет изготовлять отдельные секции в заводских условиях и применять индустриальные методы строительства, что также удешевляет стоимость резервуара.

Нa рис. 3.34 представлен разрез боковой стенки предварительно напряженного железобетонного резервуара. Сечение стенки состоит из слабо армированного бетонного сердечника 1 с арматурой 2, который обжимается предварительно напряженной кольцевой арматурой 3, наружной торкрет-штукатурки 4, защищающей предварительно напряженную арматуру от коррозии, внутреннего защитного экрана 5, предохраняющего нефтепродукт от утечек.

Предварительно напряженные конструктивные части резервуара рассчитывают на прочность и трещиноустойчивость. Отличительная особенность предварительно напряженного бетона по сравнению с обычным — более позднее появление трещин, поэтому расчет па прочность производится, как и для обычного железобетона, по стадии разрушения без учета сопротивления бетона растяжению.

содержание      ..     14      15      16      17     ..