книги / Справочник проектировщика инженерных сооружений

ки, находящиеся под действием нагрузки от пе­ рекрытия в уровне верха бункера, нагрузки от сыпучего материала заполнения и собственного веса воронки в уровне примыкания воронки к призматической части.

Расчет балок-стенок сводится к определению горизонтальных и вертикальных нормальных и касательных напряжений или соответствующих им усилий в нескольких наиболее характерных точках, при этом строго различают уровень при­ ложения нагрузки,

Расчет однопролетной балки-стенки с защем­ ленными краями при действии равномерно рас­ пределенной нагрузки по верхней кромке реко­ мендуется выполнять по табл. 12.7, которую мож­ но использовать также при расположении равно­ мерно распределенной нагрузки по нижней кром­ ке, если изменить нумерацию точек относительно оси х и знаки напряжений.

Напряжения в однопролетной квадратной бал­ ке-стенке, свободно лежащей на опорах, могут быть определены по табл. 12.8. Расчет однопро-

летной балки-стенки, свободно лежащей на опо­ рах и загруженной равномерно распределенной нагрузкой по нижней кромке, при других соот­ ношениях размеров может быть выполнен по табл. 12.9.

Расчет средних пролетов многопролетных ба­ лок-стенок, свободно лежащих на опорах и загру­ женных равномерно распределенной нагрузкой по нижней кромке, может быть выполнен по табл. 12.10, которой можно пользоваться и для определения усилий от собственного веса балки.

При этом к полученным значениям необходимо прибавить сжимающие усилия

где g — собственный вес 1 м2 стенки, кН/м2; 2Ъ —

При этом нормальные усилия Sy в точках верх­ ней кромки балки-стенки равны нулю, в точках

Усилия или напряжения, полученные по таб­ лицам для расчета балок-стенок, отнесены к балке-стенке толщиной, равной единице.

Вычисленные по табл. 12.8 и 12.11 значения усилий для средних пролетов неразрезных балокстенок при определении усилий в нижней зоне крайних пролетов рекомендуется увеличивать на 40...50 %.

Полученные таким образом усилия в балкахстенках от общего изгиба суммируются с гори­ зонтальными растягивающими, которые возни­ кают от действия сыпучего материала на примы­ кающие поперечные стены и определяются по формуле (12.18), по ним подбирают продольную

Рис. 12.15. Данные для расчета обвя­ зочных балок в пи­ рамидальном бунке­ ре:

1 , 2 — грузовая пло­ щадь на балку соот­ ветственно верхнюю и нижнюю.

рабочую арматуру. Вертикальные поперечные стержни балки-стенки подбирают по значениям моментов от местного изгиба, которые возникают в вертикальных стенах бункеров под действием нормального давления материала заполнения с учетом значений нормальных усилий в верти­ кальном направлении.

Главные растягивающие напряжения в любой точке

где ох, о у — нормальные напряжения в направле­ нии соответственно горизонтальном и вертикаль­ ном, Па; %ху — касательные напряжения.

Направление главных растягивающих напря­ жений характеризуется углом <р наклона к вер­ тикали главных площадок

Для балок-стенок, защемленных на опорах, достаточно определить главные растягивающие напряжения в середине высоты над опорой, для свободно лежащих на опорах их определяют в нескольких точках нижней половины высоты сечения вблизи опоры.

Для практических расчетов рекомендуется в зависимости от вида и места приложения нагруз­ ки по коэффициентам, соответствующим ох, оуу %ху> взятым из табл. 12.9, находить усилия Sx,

Sy и ST, а затем главные растягивающие и главные сжимающие усилия

^гл — (Sx + Sy) ±

± V* K (S*— S,)2 + 4ST*. (12.34)

По главным растягивающим усилиям находят площади сечений наклонной арматуры или до­ полнительные площади сечения арматуры верти­

кального и горизонтального направлений, а по главным сжимающим усилиям проверяют несу­ щую способность бетона балки-стенки. Главные растягивающие напряжения в вертикальных стенках имеют сравнительно большое значение, поэтому поперечную арматуру (отгибы) рассчи­ тывают с достаточной точностью.

Расчет обвязочных балок. Горизонтальные об­ вязочные балки, вертикальные и наклонные реб­ ра, получаемые от пересечения граней (стенок) бункеров,— опоры стенок, работают на местный изгиб с растяжением (или сжатием).

Бункера-воронки имеют горизонтальные опоры в виде верхних и нижних обвязочных балок и мо­ гут быть подвешены различными способами, в том числе в четырех точках, т. е. по углам верхней обвязочной балки, либо непрерывно на части длины или по всей длине обвязочной балки.

В случае опирания бункера четырьмя нижними угловыми участками верхней обвязочной балки под влиянием возрастающей нагрузки пирами­ дальный бункер деформируется и стремится при­ нять вид усеченного конуса. В этом случае в верхней обвязочной балке возникают:

1) внецентренное растяжение от горизонталь­ ных составляющих нагрузок, вызванных дейст­ вием нормальных давлений к наклонным стенкам (рис. 12.15);

2)осевое сжатие, вызванное общим изгибом пирамидальной воронки; его можно определить по эпюре горизонтальных нормальных напряже­ ний oXi соответствующей общему изгибу к момен­ ту исчерпания несущей способности стенки из своей плоскости, либо через опорную реакцию бункера по формуле (12.25). Однако эта сила воспринимается не только балкой, но и частью наклонной стенки, примыкающей к балке. Только на близком расстоянии от опоры бункера осевая сила действительно воспринимается одной балкой;

3)крутящие моменты, которые неизбежно по­ явятся в случае одностороннего примыкания стенки к обвязочной балке. Можно . избежать появления крутящих моментов от скатной растя­ гивающей силы, если предусмотреть совмещение оси стенки воронки с центром поперечного сече­ ния балки.

При опирании пирамидального бункера по всему периметру верхней обвязочной балки в се­ чениях ее будут возникать:

1)внецентренное растяжение от горизонтальных нагрузок (с учетом сил трения), вызваных дей­ ствием нормальных давлений к наклонным стен­ кам; внецентренного растяжения не будет, если силы трения превзойдут горизонтальные состав­ ляющие от нагрузки;

2)крутйщие моменты от одностороннего примы­ кания стенок к верхним обвязочным балкам, если оси стенок не совмещены с центрами попе­ речных сечений этих балок.

Осевое сжатие в верхних обвязочных балках не возникает, так как подвешенная по всему пе­ риметру пирамидальная воронка на общий изгиб не работает.

Нижние обвязочные балки рассчитывают исхо­

дя из рекомендаций, приведенных для расчета верхних балок. При определении усилий этим способом необходимо учесть горизонтальную нагрузку от веса сыпучего материала, находяще­

гося над днищем (течкой) бункера. Нагрузку принимают от веса призмы сыпучего материала с основанием, равным размерам течки и всей высоте этого материала в бункере, равномерно распределенного по периметру течки (рис. 12.16). При малых размерах (в плане) течек (от 0,5 X 0,5 до 1 X 1 м) площадь сечения обвязочных балок и арматуры принимают конструктивно. Размеры балок задают в зависимости от конструкций затво­ ра, горизонтальный размер ее 20...25 см.

В бункере, состоящем из пирамидальной ворон­ ки и призматической части рассчитывают верх­ нюю, нижнюю и среднюю обвязочные балки (рис. 12.17, а). Верхнюю рассчитывают от загружений пролетов горизонтальной треугольной (или трапецеидальной) нагрузкой, собираемой с грузовых площадей Лх, нижнюю — от загружений пролетов трапецеидальной нагрузкой, нор­ мальной к стенкам пирамидальной воронки, пе­ редаваемой с треугольных (или трапецеидальных) грузовых площадей Л3 и равномерной нагрузкой, возникающей от веса призмы сыпучего материала при его истечении в момент закрытия затвора течки (см. рис. 12.16). Нагрузки, приведенные к горизонтальным, суммируются и принимаются на 1 м балки.

В пролетах средней обвязочной балки или сред­ него горизонтального ребра возникают нагрузки горизонтального направления — от двух трапе­ цеидальных нагрузок (рис. 12.17, г), собираемых с трапецеидальной грузовой площади вертикаль­ ной стенки и с треугольной площадки наклонной стенки,— суммарная грузовая площадь Л4. Дей­ ствующие на среднюю балку горизонтальные на­ грузки также складываются. Применительно к рассматриваемой форме бункера приведены сум­ марные горизонтальные нагрузки, действующие

впролетах обвязочных балок (рис. 12.17, б). Нагрузки скатных направлений воспринимают­

ся стенками в их плоскости, обладающими высо­ кой жесткостью. Таким образом на обвязочные балки и горизонтальные ребра рекомендуется пе­

редавать горизонтальные нагрузки с грузовых площадей Лх, Л3 и Л4, вызывающие в них внецентренное растяжение На вертикальные и на­ клонные ребра горизонтальные нагрузки пере­ даются с грузовых площадей Л2 и Л5 (рис. 12.17, г) вызывая в смежных стенках бункера горизон­ тальные растягивающие усилия.

Стенки бункеров, состоящих из пирамидальных воронок и призматических емкостей, подвешен­ ных по углам за верхнюю или среднюю обвязоч­ ные балки, работают на общий изгиб, а при не-

Ширина течки

г ^ г

Рис. 12.16. Влияние веса призмы сыпучего материа­ ла на работу нижней обвя­ зочной балки.

прерывном равномерном опирании по длине этих балок общий изгиб не возникает (рис. 12.18, б). В случае опирания бункера четырьмя углами верхней обвязочной балки прямоугольные стенки призматической части совместно с наклонными стенками воронки (или без них) работают в верти­ кальном направлении на общий изгиб от нагруз­ ки,приложенной к нижним граням прямоуголь­ ных стенок. В верхних обвязочных балках этих стенок будут возникать сжимающие, а в сред­ них — растягивающие нормальные напряжения их (рис. 12.18, а).

При ©пирании бункера четырьмя углами сред­ ней обвязочной балки прямоугольные стенки совместо с наклонными (или без них) работают на общий изгиб. С ростом отношения высоты прямо­ угольной стенки к пролету от нагрузки, прило­ женной к нижней грани этой стенки, сжимающие

напряжения ох в вертикальном сечении умень­ шаются почти до нуля (рис. 12.18, в). В исследо­ ваниях по работе балок-стенок отмечено, что на­ чиная с высоты, удаленной от нижней грани, рав­ ной пролету и выше, напряжений ох в вертикаль­ ном сечении стенки почти нё будет. Следовательно в верхней обвязочной балке могут возникать нор­ мальные сжимающие напряжения или напряже­ ния, близкие к нулю. В средней обвязочной балке во всех случаях возникают нормальные растяги­ вающие напряжения.

В прямоугольных стенках с нагрузкой, прило­ женной к верхней грани, независимо от отноше­ ния высоты стенки к пролету, в верхней обвязоч­ ной балке возникает сжатие, а в средней — растя­ жение.

При опирании обвязочных балок по периметру (рис. 12.18,6) нормальные напряжения ох для практических расчетов можно принять равными нулю.

В заключение статического расчета обвязочных балок бункера, состоящего из пирамидальной воронки и призматической части, следует к уси­ лиям, полученным от горизонтальных нагрузок, прибавить сжимающие или растягивающие про­ дольные силы, возникающие от общего изгиба. В отдельных случаях учитывают также и крутя­ щие моменты в этих балках. Определение попе­ речных сил в обвязочных балках в бункерахворонках и в пирамидально-призматических бун­ керах обязательно. После определения суммар­ ных усилий производится расчет сечений.

Особенности расчета сборных железобетонных бункеров. Сборные железобетонные бункера пос­ ле сварки стыков арматуры и заливки швов рас­ твором или бетоном на мелком щебне становятся монолитными и расчет их, включая подбор сече­ ний бетона и арматуры, производится теми же способами, что и для монолитных железобетонных бункеров. Дополнительно рассчитывают стыки

сборных элементов и проверяют на усилия, возни­ кающие в процессе изготовления, хранения, транспортировки и монтажа.

Расчет стыков сводится к проверке прочности соединительных элементов (планок, накладок и т. д.). Их размеры должны обеспечивать нало­ жение сварных швов достаточной длины. Стыки стержней арматуры рассчитываются по равнопрочности, т. е. на расчетные усилия

где As — площадь сечения стыкуемого стержня см2; R s — расчетное сопротивление арматуры для предельного состояния первой группы, Па.

Длина шва

швов срезу (условному) по металлу шва прини­ мается согласно СНиП 11-23-81.

Сборные плиты вертикальной части воронок в тяжелых бункерах большого размера и особенно при наличии достаточного количества одинаковых бункеров целесообразно проектировать с предва­ рительным напряжением арматуры, что способст­ вует значительной экономии арматуры и повыша­ ет трещиностойкость конструкций. При проекти­ ровании сборных железобетонных конструкций бункеров для обеспечения условий их изготовле­ ния, транспортировки и монтажа, требуемой дол­ говечности и совместной работы арматуры и бе­ тона, надежности и прочности стыковых соедине­ ний выполняют конструктивные требования,

п.12.6.

12.4.Конструирование элементов железобетонных бункеров

Общие указания. Железобетонные элементы бункеров — вертикальные стены призматической части и наклонные стены воронки — рассчитыва­ ют на внецентренное растяжение из комбинаций усилий, полученных для ограниченного коли­ чества наиболее характерных точек. В связи с условностью методов определения усилий карти­ нанапряженного состояния конструкции весьма приближенная что необходимо учитывать при конструировании стен бункеров. Как показывает опыт, при работе бункеров наблюдается концент­ рация скатных растягивающих усилий в углах подвески, максимальная в бункерах-воронках и соответственно уменьшающаяся при увеличении высоты вертикальных стен. На равномерность распределения нагрузки влияет жесткость узла сопряжения вертикальных и наклонных стен. В низких и высоких бункерах вследствие некото­ рой податливости этого узла возникает перерас­ пределение усилий и концентрация их к опорам, которая не учитывается расчетом.

В бункерах-воронках необходимо армировать наклонные ребра стержнями диаметром не менее 16 мм, выдерживающими всю наклонную состав­ ляющую реакции колонны по формуле (12.24). Стержни надежно заанкеривают в колонне. По длине ребра количество стержней может умень­ шаться, причем не менее 25 % площади сечения доводят до выпускного отверстия, где их соеди­

няют со стержнями, окаймляющими выпускное отверстие.

При конструировании воронок низких и высо­ ких бункеров в наклонных ребрах предусматрива­ ют дополнительную арматуру в количестве, опре­ деляемом для общего случая несимметричного бункера по формуле

где k — коэффициент, принимаемый равным для бункеров низких 0,1, высоких 0,05; S — растяги­ вающее усилие в ребре, определяемое по формуле (12.24), в которой опорная вертикальная реакция вычислена без учета собственного веса призмати­ ческой части бункера.

Требования к анкеровке дополнительных стержней и уменьшению количества их по длине аналогичны приведенным для бункеров-воронок.

При конструировании низких и высоких бунке­ ров обеспечивают восприятие вертикальных рас­ тягивающих усилий, стремящихся оторвать во­ ронку, и определяемых на единицу длины стены по формулам (12.20). Предназначенные для этого стержни, располагаемые в верхнем сечении во­ ронки вдоль ската, заводят в вертикальные стены призматической части бункера на размер не менее длины анкеровки 1ап по СНиП 2.03-01-84.

Толщина вертикальных стен призматической части бункера должна быть одинаковой по всей высоте. Толщина наклонных стен воронок не­ больших бункеров рекомендуется также одина­ ковой не менее 150 мм. Если толщина их в верхней части воронки более 150 мм, целесообразно при­ нимать их переменной толщины, возрастающей снизу вверх от 150 мм до расчетного значения. Предварительно толщину стен бункера можно назначать по формуле

где М — момент от местного изгиба из плоскости грани в Н • см; t — толщина, см.

В углах воронки с внутренней стороны реко­ мендуется устраивать вуты.

Для монолитных железобетонных бункеров на­ значают бетон классов В15 (М200), В20 (М250) и, В25 (М300); для сборных — В25 (М300), В27,5 (М350) и ВЗО (М400).

Для предварительно напряженных элементов бункеров класс бетона принимают в зависимости от вида и класса напрягаемой арматуры по СНиП 2.03.01-84. Марки бетона по морозостой­ кости и водонепроницаемости должны быть не ниже указанных СНиП 2.03.01-84.

Для армирования применяют стержневую ар­ матуру классов А-П и A-I, допускается А-Ш и арматурная проволока класса Вр-I. В качестве напрягаемой арматуры предварительно напря­ женных элементов бункеров применяют арматур­ ную проволоку классов В-П, Вр-П и арматур­ ные* канаты классов К-7 и К-19; стержневую арматуру классов A-V и A-VI; допускается стерж­ невая арматура классов A-IV и А-Шв. При воз­ действии агрессивной среды используют преиму­ щественно арматуру горячекатаную класса A-IV и термомеханически упрочненную классов AT-VIK,

AT-VCK, AT-IVK.

При выборе вида и марки стали для арматуры, устанавливаемой по расчету, а также прокатных сталей для закладных деталей учитываются темпе-

2.03.01-84. Для монтажных подъемных петель сборных железобетонных элементов бункеров ^применяют горячекатаную арматурную сталь класса марки ЮГт и класса A -I марки ВСтЗсп2 и* ВСтЗпс2. Если монтаж конструкций будет проис­ ходить при расчетной зимней температуре ниже

— 40 °С, для монтажных петель не допускается применение стали марки ВСтЗпс2. Арматура для армирования железобетонных элементов бунке­ ров должна отвечать требованиям соответствую­ щих государственных стандартов или технических условий. Д ля закладных деталей и соединитель­ ных накладок используют прокатную углероди­ стую сталь соответствующих марок согласно С Н и П 2.03-01-84.

Элементы бункеров армируют сварными сетка­ ми и каркасами с помощью контактной точечной,

астыковые соединения стержней диаметром 1(У мм

иболее — контактно-стыковой сварки. Стыки

арматуры на монтаже при диаметре стержней 2 0 мм и более выполняют ванной сваркой в ин­ вентарных формах. Защитный слой бетона для рабочей арматуры бункеров назначают в соот­ ветствии с требованиями СНиП 2.03.01-84.

Монолитные железобетонные бункера. Из всех типов бункеров наиболее жесткой конструкцией обладают монолитные железобетонные, рекомен­

дуемые при больших динамических нагрузках,

атакже для создания емкостей больших размеров

исложной конфигурации, загружаемых из опро­ кидывающихся вагонов кусковым материалом, падающим с большой высоты.

Монолитные бункера армируют сварными сет­

ми вертикальных и наклонных стенок воронок монолитных бункеров двойное, аналогичное арми­ рованию монолитных железобетонных плит, опер­ тых по контуру, пролетные и опорные участки армируют раздельно. Диаметр рабочих стержней принимают по расчету, но не менее 6 мм. По углам воронки с внутренней стороны предусматривается устройство вутов, обеспечивающих необходимую заделку стержней арматуры. Арматуру ставят в горизонтальном направлении и вдоль ската.

Применяется два способа армирования наклон­ ных стен отдельными стержнями (рис. 12.19); при толщине стен до 150 мм включительно — раздельное без отгибов, более 150 мм — с отги­ бами стержней. Отгибы выполняют под углом

при ширине менее 1 ,5 м в горизонтальном направ­ лении армируется без отгибов.

Горизонтальные. стержни отгибаются в попе­ речные стенки воронки (рис. 12.20): при толщине стенок воронки менее 150 мм внутренние стержни переходят на наружную грань поперечных стенок на длину анкеровки, считая от внутренней грани воронки, наружные — на внутреннюю грань на V4 пролета поперечной стенки в свету; при тол­ щине стенок воронки более 150 мм внутренние стержни ставят, как указано выше, наружные — прямыми, в углах по внутренней грани — угло­ вые стержни на V4 пролета соответствующей стен­ ки (в свету). В углах стенки по наружной грани располагают горизонтальные угловые стержни.

Рис. 12.20. Армирова­ ние угла воронки бун­ кера отдельными стержнями при толщи­ не стенки:

а — менее 150 мм; б — более 150 мм.

а.

При наличии вута устанавливают дополнитель­ ные горизонтальные стержни по внутренней грани (см. рис. 12.19). Стержни, идущие вдоль ската, доводят до наклонного углового ребра, но в соседние поперечные стены не заводят.

Вертикальные стены монолитных бункеров ар­ мируют сварными сетками по наружной и внут­ ренней граням стенок (рис. 12.21, а, б) с рабо­ чей арматурой в двух направлениях. Горизон­ тальные стержни сеток заанкеривают в колоннах. Наклонные стенки воронок армируют, так же равномерно распределяя стержни с рабочей арма­ турой в обоих направлениях. В зоне наибольших усилий ставят дополнительные стержни. Стержни наружных стенок монолитной воронки надежно заанкеривают в углах воронки, устанавливая до­ полнительные гнутые сетки (рис. 12.21, б), анкерующие стержни которой назначают по расчету на опорный момент стенки воронки.

Внутренние сетки стенок воронок для заанкеривания в углах выполняют с последующим отги­ бом концов стержней. Поскольку отогнутые кон­ цы стержней невозможно завести на необходимую длину анкеровки, она обеспечивается устройством вута, армированного дополнительными горизон­ тальными стержнями (рис. 12.22).

Выпускное отверстие бункера армируют от­ дельным арматурным каркасом, который состоит из нескольких замкнутых арматурных колец, огибающих отверстие, с приваренной к ним попе­ речной арматурой, расположенной вдоль ската (рис. 12.23). Если крепление затвора требует болтов или закладных элементов, то их также вво­ дят в состав каркаса. При установке каркаса выпускного отверстия обеспечивают надежное

соединение его с угловыми стержнями основного каркаса воронки или с заменяющими их уголками.

При армировании воронок сварными сетками с приваркой наружных сеток к уголку, распо­ лагаемому вдоль ребра воронки, уголок учиты­ вается в качестве требуемой угловой арматуры и должен быть заанкерен в колонне, снизу к нему приваривают стержни выпускного отверстия.

При выполнении всех конструктивных элемен­ тов в монолитном железобетоне рекомендуется одновременное бетонирование несущих конструк­ ций — колонн и вертикальных стенок. Бетониро­ вание монолитной железобетонной воронки может

2 _

5

производиться во вторую очередь. При неодно­ временном бетонировании колонн и вертикальных стенок бункеров в колоннах предусматривают горизонтальные выпуски арматуры, равные пло­ щади горизонтальной арматуры вертикальных стенок.

Сборные железобетонные бункера. Основной принцип проектирования сборных железобетон­ ных бункеров — создание монолитности конст­ рукции, обеспечивающей равнопрочность сечений по стыку и сборному элементу. Сварка — преиму­ щественный способ соединения сборного железо­ бетонного бункера.

Арматуру сваривают с закладными деталям» и при монтаже соединяют с помощью стыковых накладок с последующей заливкой швов раство­ ром или бетоном. Таким образом обеспечивается достаточная прочность и монолитность конструк­ ции. Закладные детали соединяются между собой поперечинами из полосовой стали и приваривают­

стыка к закладным деталям дополнительно прива­ ривают штыри из круглой или полосовой стали (рис. 12.24). Тип сварного соединения стержневой арматуры с плоскими элементами сортового про­ ката выбирать по СНиП 2.03.01-84.

Сечение соединительных элементов должно» обеспечивать равнопрочность и достаточную жест­ кость стыковых соединений. Для этого ширина закладного элемента должна приниматься 10d, (d — диаметр привариваемых стержней), толщи­ на пластины согласно указаниям СНиП 2.03.01-84 и в соответствии с требованием сварки, но не ме­ нее 4 мм.

Рис. 12.23. Арматурный каркас выпускного от­ верстия бункера:

/ — арматура вдоль ската; 2 — замкнутые арматур­ ные кольца; 3 — стержни основного каркаса воронки.

Уменьшение деформативности стыка и увеличе­ ние жесткости выполненной конструкции дости­ гается замоноличиванием всех стыков бетоном на мелком заполнителе. Марка бетона для замоноличивания стыков должна быть не менее марки бе­ тона стыкуемых сборных элементов бункера. Вертикальные стенки сборных бункеров соеди­ няют с колоннами до монтажа элементов воронки. К колоннам их крепят с помощью стыковых на­ кладок, привариваемых к закладным деталям в сборной стенке и в колонне (рис. 12.25, а).

Наклонные плоские стенки воронок присоеди­ няются к вертикальным стенкам призматической

Рис. 12.24. Соединение сборных железобетонных плоских стенок бункеров:

1 — стыковые накладки; 2 — соединительные план­ ки; 3 — поперечины; 4 — штыри; 5 — арматура стен­ ки; 6 — сетка бетона замоноличивания.