Проектирование и строительство нормативно-методические документы arrow Искусственные сооружения на дорогах arrow Методические указания Методические указания по расчету температурных и усадочных напряжений в желез  
20.05.2019
    
Методические указания Методические указания по расчету температурных и усадочных напряжений в желез

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО РАСЧЕТУ ТЕМПЕРАТУРНЫХ И
УСАДОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ
ОПОРАХ МОСТОВ

Москва 1979

Содержание

 TOC o "1-3" h z ПРЕДИСЛОВИЕ

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2. РАСЧЁТ ТЕМПЕРАТУРНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОПОРАХ В СТАДИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВА

2.1. Столбы сплошного сечения

2.1.1. В период выдачи из камер пропаривания или из цеха на склад

2.1.2. При бетонировании на месте строительства

2.2. Пустотелые оболочки

2.2.1. При одностороннем пропаривании изнутри

2.2.2. В период выдачи из камер пропаривания или из цеха на склад.

2.2.3. В процессе пропитки горячими составами

3. РАСЧЁТ ТЕМПЕРАТУРНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОПОРАХ, ВОЗНИКАЮЩИХ В СТАДИИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

3.1. Столбы сплошного сечения

3.1.1. В надводной зоне и над грунтом

3.1.2. В уровне зимней межени при отсутствии льда

3.1.3. В зоне переменного горизонта воды (п.г.в.)

3.1.4. В пределах наледи

3.2. Пустотелые оболочки

3.2.1. При образовании ледяных пробок

3.2.2. В уровне зимней межени при отсутствии льда

3.2.3. В зоне переменного горизонта воды

3.2.4. В зоне заделки в массивы

3.2.5. В надводной зоне и над грунтом

3.3. Оболочки с заполненной полостью

3.3.1. В надводной зоне, в пределах заполнения полости бетоном

3.3.2. В зоне переменного горизонта воды, в пределах заполнения полости смесью песка и мазута.

3.3.3. Трубобетонные опоры в зоне переменного горизонта воды

4. РАСЧЁТ УСАДОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ, ВОЗНИКАЮЩИХ В СТАДИИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

4.1. Столбы сплошного сечения

4.1.1. В уровне межени

4.1.2. В надводной зоне и над грунтом

4.2. Пустотелые оболочки

4.2.1. В уровне межени

4.2.2. В зоне заделки в массивы

4.2.3. В надводной зоне и над грунтом

Приложение 1 изолинии максимальных амплитуд годового хода среднемесячных ТЕМПЕРАТУР ВОЗДУХА Аг

Приложение 2 ИЗОЛИНИИ МАКСИМАЛЬНЫХ ДЕКАДНЫХ ПОНИЖНИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ Ад

ПРЕДИСЛОВИЕ

Из инженерной практики известны различные конструктивно-технологические мероприятия по борьбе с температурно-усадочными трещинами в период изготовления, строительства и эксплуатации мостовых опор. Однако эти мероприятия могут быть действенными только тогда, когда они основаны на надежном расчёте напряжений в конструкции, вызываемых изменением температуры и усадкой бетона. Настоящие Методические указания позволят проектировщикам и строителям не только полнее представить особенности напряженного состояния опор от тепловых и влажностных воздействий на разных стадиях, но и количественно оценить последствия этих воздействий. Таким образом, открывается возможность еще в процессе проектирования запланировать мероприятия по снижению температурно-усадочных напряжений до безопасных величин.

методические указания состоят из уточненных и систематизированных методик расчёта цилиндрических железобетонных опор транспортных сооружений на температурные и влажностные воздействия, которые разработаны в ЦНИИСе.

Указания по расчету температурных и усадочных напряжений в круглоцилиндрических железобетонных опорах составлены впервые, поэтому некоторые их положения в дальнейшем могут быть уточнены и дополнены. Для более полного выявления возможных недостатков необходим опыт применения разработанных методик в практической деятельности проектировщиков и строителей. В связи с этим все практические замечания, присланные в адрес института, будут полезны.

В разработке Методических указаний принимали участие д-р техн. наук В.С. Луньянов, канд. техн. наук В.П. Величко, инк. А.И. Цимеринов и кандидаты техн. наук И.И. Денисов, Л.Н. Лосев.

Зам. директора института                                                       Н.В. Смирнов

Руководитель отделения
вычислительной техники, методов исследований
и испытаний конструкций и материалов                                   В.Л. Бурнштейн

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Настоящие методические указания предназначены для использования при проектировании и строительстве мостовых опор с цилиндрическими элементами из бетона и железобетона в надфундаментной части. Они могут найти применение также при строительстве других железобетонных конструкций кольцевого и круглого поперечных сечений, применяющихся в транспортном строительстве: стоек надарочного строения мостов, колонн-оболочек гидротехнических сооружений, центрифугированных опор контактной сети и т.д.

Методические указания позволяют оценить степень опасности появления трещин от изменения температуры и усадки бетона как в стадии изготовления и строительства, так и в стадии эксплуатации.

К настоящему времени накоплен большой опыт проектирования в строительстве таких сооружений, однако опыт их эксплуатации свидетельствует о наличии в них ряда дефектов. Наиболее распространенным дефектом свай-оболочек, цилиндрических стоек и столбов являются различные трещины. Во многих случаях, особенно в суровых климатических условиях, трещины в цилиндрических элементах снижают долговечность сооружения в целой в связи с возможностью проникновении влаги к арматуре и коррозии ее.

исследования причин трещинообразования в железобетонных цилиндрических элементах ведутся в ЦНИИСе под руководством д-ра техн. наук, проф. В.С. Лукьякова с 1960 г. Они показали, что немаловажную роль в возникновении трещин играют температурные и влажностные воздействий при изготовлении цилиндрических конструкций, в период монтажа сооружения, а затем, и особенно, при его эксплуатации. В результате таких воздействии в элементах возникают сложные напряженные состояния, которые непрерывно изменяются и при неблагоприятном стечении обстоятельств приводят к трещинообразованию.

При разработке методик широко применялся метод гидравлических аналогий на интеграторах ИГЛ1, впервые примененный автором для расчете температурного режима и температурных напряжений в бетонных опорах мостов2.

___________________

1. См. В.С. Лукьянов. Гидравлические приборы для технических расчётов. Изв. Отделения технических наук АН СССР, 1939, № 2.

2. См. B.C. Лукьянов. Борьба с появлением температурных трещин в бетонных мостовых опорах. Научно-исследовательский институт пути и строительства НКПС. М., Трансжелдориздат, 1937.

Методики расчёта, включенные в Методические указания, составлены отдельно для элементов сплошного, составного и кольцевого сечений.

Для элементов сплошного поперечного сечения учитывается различие напряженных состояний маломассивных сборных железобетонных столбов заводского изготовления (диаметром до 1,2 м) и массивных, бетонируемых на месте (диаметром до 4 м). В первом случае считается, что элементы прошли термовлажностную обработку и не имеют после нее остаточных напряжений. Расчётное термонапряженное состояние в них возникает дважды сразу же после выдачи из камер пропаривания или из цеха на склад и затем в процессе эксплуатации. Во второй случае (массивные столбы) в отличие от первого (маломассивные) при расчёте напряжений, возникающих на стадии эксплуатации, учитываются остаточные напряжения, возникшие еще в процессе изготовления. Для массивных столбов даны методики расчёта температурных и усадочных напряжений в различных зонах по высоте.

Методики расчёта элементов составного и кольцевого сечений распространяются на железобетонные оболочки диаметром до 3 м включительно с заполненной (бетоном или смесью песка с мазутом) полость и пустотелые.

методика расчета температурных напряжений в оболочках, заполненных бетоном, позволяет учитывать неодинаковость бетона оболочки и заполнения по величине модуля упругости и температурного коэффициента линейного расширения, а также изменения температурных деформаций влажного замораживаемого бетона по сравнению с деформациями при положительной температуре. Эти изменения, вызываемые замерзанием воды, содержащейся в порах бетона, влияют на величину температурных напряжений и могут быть охарактеризованы зависимостью коэффициента линейного расширения влажного бетона от температуры. Полученная расчётная величина температурных напряжений включает как напряжения от общего, равномерного по объему понижения температуры неоднородного цилиндра, так и от ее неравномерного изменения в радиальном направлении.

Методика расчёта пустотелых оболочек позволяет определить величину температурных напряжений в процессе изготовления с пропариванием и в момент пропитки горячими гидроизоляционными составами, а также оценить возможность трещинообразования в различных зонах по высоте в процессе эксплуатации под воздействием колебаний температуры воздуха, уровня воды, под влиянием солнечной радиации и косого дождя, ледяных пробок и в результате высыхания бетона на воздухе.

Расчётные воздействия следует выбирать в каждом конкретном случае на основе анализа предполагаемых условий эксплуатации опоры, климатических и гидрологических характеристик постового перехода.

Рассматриваются нормальные напряжения, действующие в кольцевом направлении (тангенциальные) и в продольном, вдоль оси (осевые). Первые вызывают продольные, а вторые - кольцевые трещины.

Допускается определять суммарные температурно-усадочные напряжения σ (в кгс/см3) по формуле

σ = σU+Kσt,

где σU - усадочные напряжения в какой-либо зоне по высоте опоры, кгс/cм2;

σt - температурные напряжения в той же зоне, кгс/см2;

K - коэффициент, принимаемый при суммировании усадочных и температурных напряжений в пустотелых оболочках в надводной зоне и над грунтом:

в районах с влажным климатом K = 0,75;

в районах с климатом умеренной влажности K - 0,3;

в районах с сухим климатом K = 0,1,

При суммировании усадочных и температурных напряжений в оболочках в других зонах и в опорах сплошного сечения принимается K = 0,5.

Сложение температурно-усадочных напряжений следует производить только с напряжениями, возникающими от воздействия:

собственного веса частей сооружения, расположенных выше рассматриваемого сечения;

усилий предварительного напряжения вертикальной арматуры;

усилий предварительного напряжения спиральной арматуры.

Методические указания основаны на следующих допущениях:

влияние арматуры на напряженное состояние от изменения температуры и усадки бетона не учитывается;

бетон рассматривается как однородный изотропный материал;

модуль упругости и коэффициент Пуассона считаются не зависящими от возраста бетона, температуры и величины напряжений;

ползучесть бетона при расчётах температурных и усадочных напряжений учитывается коэффициентами релаксации, полученными на основе теории упруго-ползучего тела;

коэффициент линейного расширения бетона во всех случаях, за исключением указанных в п. 3.3.1 , считается постоянным;

массивные монолитные столбы считаются забетонированными без перерывов и изолированными от соприкосновения с водой в течение всего периода твердения;

ввиду достаточной высоты опоры места сопряжений с оголовком (подферменником, ригелем и пр.) и фундаментом не оказывают влияния друг на друга и на зону, примыкающую к горизонту воды.

Поскольку настоящие методические указания имеют целью предотвратить трещинообразование, то в качестве расчётной рассматривается стадия работы опоры до появления трещин, и напряженное состояние от изменения температуры и усадки бетона после появления трещин не рассматривается.

В качестве критерия трещиностойкости принимается нормативное RH и расчетное Rp сопротивления бетона растяжению или предельно допустимые напряжения σtдоп в зависимости от типа конструкции, вида расчетного воздействия, характера влияния трещин на условия эксплуатации сооружения, а также качества бетона.

Наиболее жесткими условиями эксплуатации опор следует считать условия, которые имеют место в зоне переменного горизонта воды на зарегулированных реках и в акваториях морских портов, где в морозы возможны резкие внутри суточные колебания уровня воды. критерием трещиностойкости в этих случаях является Rр. В большей части остальных случаев, если напряжение равно или несколько меньше Rp, то вероятность возникновения трещин очень мала и практически можно считать, что трещины не возникнут. Если же полученные по расчету напряжения превышают Rн, то вероятность появления трещин превышает 0,5, и поэтому следует позаботиться о снижении напряжений путем применения тех или иных мероприятий. Напряжения, величина которых находится в пределах между Rp и Rн, приведут к образованию трещин только в случае плохого качества бетона, а также вследствие непредвиденного изменения внешних условий. Для бетона в раннем возрасте (в стадии изготовления) критерием трещиностойкости является σtдоп - величина переменная, зависящая от возраста.

2. РАСЧЁТ ТЕМПЕРАТУРНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОПОРАХ В СТАДИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВА

2.1. Столбы сплошного сечения

2.1.1. В период выдачи из камер пропаривания или из цеха на склад

Для оценки опасности трещинообразования столбы, подвергающиеся термообработке в камерах пропаривания, должны рассчитываться на максимальные растягивающие температурные напряжения в периферийных слоях, возникающие от резкого охлаждения столбов после выдачи из камер или из цеха на склад.

Максимальные растягивающие напряжения σtmax (в кгс/см2) определяются по формулам:

а) для столбов без предварительного напряжения или имеющих его только в продольном или кольцевом направлении

                                    (1)

а перепад температуры

Σtp = tб.р-tв.р, С°,                                                                             (2)

где tб.р - наивысшая температура бетона внутри столба непосредственно перед выдачей из камеры проваривания или из цеха на оклад, °С. За tб.р не следует принимать температуру поверхности столба, так как в этом случае не будут учтены начальные растягивающие напряжения в периферийных слоях бетона, образующиеся в процессе термообработки столбе в камерах пропаривания. Величина tб.р определяется экспериментально;

tв.р - минимальная среднесуточная температура воздуха, возможная один раз за 5 лет в течение того времени года, в который будет производиться термообработка столбов данного размера в паровых камерах,°С. Величина tв.р определяется по данным местных управлений гидрометеорологической службы или по соответствующим климатологическим справочникам;

Е - модуль упругости бетона в момент выдачи столбов из камеры пропаривания или из цеха на склад, кгс/см2

Мп.р - расчётный модуль поверхности столба, м, определяемый по формуле

                                                                 (3)

где γ - объемная масса бетона, кг/м3;

λ - коэффициент теплопроводности бетона, ккал/м. ч. °С

d - диаметр столба, м;

h - высота, м;

Rиз - термическое сопротивление опалубки и теплоизоляции на поверхности столбов, м2.°С, ч/ккал,

Vp - максимальная скорость ветра, определяемая на тех же условиях, что и tв.p, м/с;

б) для столбов с предварительным напряжением одновременно в продольном и кольцевом направлениях:

                        (4)

где σп.н.min - минимальное из двух сжимающих напряжений, вызванных предварительным натяжением продольной и кольцевой арматуры, кгс/см2.

В целях обеспечения трещиностойкости столбов величина σtmax не должна превышать допустимой величины σtдоп. Для снижения σtmax до σtдоп рекомендуются следующие меры:

снижение диаметра столбов (d);

повышение теплопроводности бетона за счет повышения водонасыщения бетона, например, поливом водой столбов в камере пропаривания;

устройство закрытых складов, где столбы защищены от воздействия ветра;

выдерживание столбов на буферных складах с регулируемой температурой воздуха, при которой в любой момент времени σtmax σtдоп

покрытие столбов съемной теплоизоляцией с величиной термического сопротивления Rизmax3·°C·ч/ккал) не менее:

а) для столбов без предварительного напряжения или имеющих его только в продольном или кольцевом направлении

                         (5)

б) для столбов с предварительным напряжением одновременно в продольном и кольцевом направлениях

           (6)

Необходимая толщина теплоизоляции l0 из материала с коэффициентом теплопроводности λm (в ккал/м °С. ч) определяется по формуле

l0 = Rизmax × λm                                                                                (7)

Эффективность рекомендуемых мер проверяется расчётом по формулам (1) и (4).

Величина допускаемой разницы температур бетона и воздуха Σtдоп (в °С) при выдача столбов из камер пропаривания или из цеха на склад рассчитывается по формулам:

а) для столбов без предварительного напряжения или имеющих его только в продольном или кольцевом направлении

                                                 (8)

где σtдоп - допускаемые напряжения растяжения бетона к моменту выдачи столбов из камеры, кгс/см2. Принимается по опытным данным, полученным для бетона, изготовленного из тех же материалов, того же состава и теми же методами, что и бетон столба.

При отсутствии опытных данных величину σtдоп бетона принимают по действующим нормативным документам.

В случае, если столбы при выдаче из камеры подвергаются увлажнению по специальной технологии, член 3+10Vр в формулах (8) и (9) считается бесконечно большим числом;

б) для столбов с предварительным напряжением одновременно в продольном и кольцевом направлениях

                                           (9)

где Vp - скорость ветра, м/с. На открытых складских площадках, не защищенных от ветра, величина Vp определяется в результате замеров анемометром, а в складах, закрытых от ветра, принимается равной 0,5 м/с.

Для повышения Δtдоп рекомендуется применять те же меры, что и для снижения σtmax до σtдоп.

Допустимую расчётную температуру воздуха tв.p (в °С) при выдаче столбов из камер или из цеха на склад следует определять по формуле

tв.p = tб.р-Δtдоп.                                                                                                                                      (10)

Если фактическая температура наружного воздуха ниже tв.p, то столбы следует предварительно выдерживать на буферном складе до тех пор, пока tб.р постепенно снизится до величины

tб.р = tв.p+Σtдоп                                                                                (11)

При этом температуру воздуха на буферном складе следует регулировать так, чтобы в любое время перепад между температурой в центре столба и воздуха не превышал Δtдоп. При отсутствии буферного склада необходимо применять съемную теплоизоляцию с термическим сопротивлением Rизmax, определяемым по формулам (5) и (6). Теплоизоляция может быть удалена после снижения tб.р до требуемой величины.

Пример 1. Завод должен изготовить и поставить в сентябре-ноябре железобетонные, предварительно не напряженные столбы диаметром 0,8 м и высотой 10 м. По технологическим условиям на заводе столбы перед выдачей из камер имеют наивысшую температуру бетона tб.р = + 48°С.

Бетон столба имеет следующие характеристики: σtдоп = 22,5 кгс/см2; γ = 2400 кг/м3 λ = 1,7 ккал/м °С ч, Е = 210000 кгс/см2; Rиз = 0.

По данным ближайшей метеостанции за 5 лет, в течение сентября-ноября возможна минимальная среднесуточная температура воздуха tв.p = - 20°С и максимальная скорость ветра Vp = 25 м/с.

Требуется рассчитать максимальные растягивающие температурные напряжения σtmax в периферийных слоях, возникающие от охлаждения при выдаче столбов из камеры на открытую складскую площадку.

По формуле (2) Δtp = 48 - (-20) = + 68 °С.

По формуле (3)

По формуле (1)

Для снижения σtmax с 88,0 кгс/см2 до σtдоп = 22,5 кгс/см2 необходимо применить съемную теплоизоляцию. Ее максимальное термическое сопротивление Rиз,1max в м2°С ч /ккал по формуле (5) будет равно

При съемной теплоизоляции из строительного войлока с λm = 0,045 ккал/ м °С ч ее толщина определяется по формуле (7) и равна l0 = 0,26×0,045 = 0,012 м, или 1,2 см.

Тогда по формуле (1)

Пример 2. Определить, можно ли отгружать столбы из камер на открытую складскую площадку при температуре наружного воздуха -5°С и скорости ветра 1 м/с. Все остальные условия те же, что и в примере 1.

По формуле (8)

По формуле (10) tв.р = 48-28,6 =+ 19,4 °С.

Следовательно, столб нельзя выдавать на воздух при температуре -5°С и скорости ветра 1 м/с. Это станет возможным лишь после выдержки на буферном складе до тех пор, пока tб.р постепенно снизится с +48°С до -5 +28,6 = 23,6°С. Температура воздуха на буферном складе должна регулироваться так чтобы в любой момент времени перепад между температурой в центре столба и воздуха не превышал Δtдоп = 28,6 °С.

2.1.2. При бетонировании на месте строительства

от выравнивания температур после отвердевания бетона, т.е. при переходе к равномерному распределению температур, в опоре возникают температурные напряжения. Эти напряжения можно рассчитать, если вначале определить максимальный перепад температур Т0. Между осью опоры и ее поверхностью в период затвердевания бетона; когда в опоре еще не возникают напряжения. соответствующая кривая распределения температур по диаметру опоры называется кривой нулевых напряжений.

Величина перепадов температур Т0 определяется по графику (рис. 1) в зависимости от типа опалубки и отношения tб/tв где

tб - средняя температура бетона, укладываемого в опору, и

tв - средняя температура наружного воздуха в течение первых пяти суток после окончания бетонирования. Эти графики построены для бетонных опор диаметром 160-400 см, бетонируемых при положительных температурах воздуха, но ими можно пользоваться и для опор, бетонируемых в зимнее время. Для опор, бетонируемых зимой методом "термос" (при этом кривая нулевых напряжений имеет выпуклый вид), Т0 определяется по кривой 2 для значений tб/tв = 4,25, а для опор, бетонируемых зимой с применением периферийного прогрева (кривая нулевых напряжение имеет вогнутый вид), для значения tб/tв = 0,24.

Рис. 1. График определения перепада температур между осью и поверхностью опор для построения температурной кривой нулевых напряжений:

1 - для металлической (скользящей) опалубки; 2 - для деревянной опалубки

После того, как величина Т0 определена, рассчитывают распределение температурных напряжений по радиусу опоры по формуле

                                                       (12)

где Н0* = 0,135d - 0,037 - коэффициент релаксации напряжений вследствие ползучести бетона; (13)

d - диаметр опоры, м;

α - коэффициент линейного температурного расширении, 1/°С;

ν - коэффициент Пуаccона

в - радиус опоры, см

r - расстояние от оси опоры до точки, в которой вычисляются напряжения, см (0 r в).

Пример. Требуется рассчитать температурные напряжения от выравнивания температур после отвердевания бетона в опоре, забетонированной в деревянной опалубке. Температура бетона tб = 20°С. Температура воздуха tв = 5°С. Диаметр опоры d = 300 см. Коэффициент линейного расширения бетона α = 10-5 1/°C; модуль упругости бетона Е = 3,15×105 кгс/см2, коэффициент Пуассона ν = 0,15.

Вначале определяют перепад температур Т0 по кривой 2 рис. 1 для tб/tв = 20/5 = 4 (T0 = 7,6°С).

Далее определяют коэффициент релаксации напряжений при выравнивании температур по формуле (13)

Н0* = 0,135×3,0-0,037 = 0,368.

Затем по формуле (12) определяют температурные напряжения. Например, для поверхности опоры (r = 150 см) получим

Аналогично вычисляются напряжения в других точках по радиусу опоры. Соответствующая опора напряжений приведена на рис 2, из которого видно, что в поверхностных слоях опоры возникают небольшие сжимающие напряжения. Эти напряжения следует расценивать как положительный фактор, так как они отчасти компенсируют растягивающие напряжения, появляющиеся в поверхностных слоях в стадии эксплуатации (см. п. 3.1.4.), и тем самым снижают возможность трещинообразования.

Рис. 2. Распределение тангенциальных напряжений по диаметру опоры при выравнивании температур после отвердевания бетона

2.2. Пустотелые оболочки

2.2.1. При одностороннем пропаривании изнутри

В результате одностороннего паропрогрева оболочек на открытых полигонах изнутри воздается большая неравномерность распределения температур по толщине стенки в процессе отвердевания бетона. Это может привести к образованию трещин на внутренней поверхности оболочек после остывания. Для предупреждения трещинообразования необходимо так организовать односторонний паропрогрев, чтобы растягивающие напряжения σθ, возникающие на внутренней поверхности после остывания, не превышали нормативное сопротивление бетона оболочки растяжению Rн. Для снижения напряжений рекомендуется применять теплоизоляцию на наружной поверхности или снижать температуру пара.

При отсутствии теплоизоляции на наружной поверхности оболочек во время пропаривания σθ определяется по следующим формулам;

а) при пропаривании в закрытом помещении

                                                                 (14)

где Е - модуль упругости бетона оболочки, кгс/см2

Тп- максимальная установившаяся температура пера в оболочке, °C;

Тв - минимальная температура воздуха, омывающего оболочку, °С;

hст - толщине стенки оболочки, м;

б) при пропаривании на открытом воздухе

                                                                 (15)

При наличии теплоизоляции на наружной поверхности оболочек во время пропаривания σθ рассчитывается следующим образом:

а) при пропаривании в закрытом помещении

                                                       (16)

где hиз - толщина слоя теплоизоляции, м;

λиз - коэффициент теплопроводности теплоизоляции, ккал/(м. °С ч);

б) при пропаривании на открытом воздухе

                                                       (17)

Пример 1. Рассчитать растягивающие напряжения на внутренней поверхности оболочки при остывании после одностороннего пропаривания изнутри. Толщина стенки оболочки - 0,1 м, теплоизоляция отсутствует. Температура пара Тп = 66,8°С, температуре воздуха Тв = 20°C. Оболочка пропаривается в закрытом помещении, Марка бетона оболочки 400; коэффициент линейного расширения α = 10-5 1/°С модуль упругости Е = 3,5×105 кгс/см2, нормативное сопротивление растяжению Rн = 25 кгс/см2.

По формуле (14)

Так как температурные напряжения оказались меньше нормативного сопротивления, то опасность появления трещин отсутствует.

Пример 2. При тех же, что и в примере 1, размерах оболочки и характеристиках бетона Тп = 80°С, а Тв = 10°С. Оболочка пропаривается на открытом воздухе и на имеет теплоизоляции на внешней поверхности. По формуле (15)

Поскольку в этом случае растягивающие напряжения оказались выше нормативного сопротивления, на внутренней поверхности оболочки после остывания возможно появление трещин. Для уменьшения напряжений необходимо или понизить температуру пара внутри оболочки, или применить теплоизоляцию на внешней ее поверхности (или поверхности опалубочной формы) в период пропаривания.

Проверка эффективности этих мероприятий показана в примерах 3 и 4.

Пример 3. Если в примере 2 понизить Тп с 80°С до 42°С, то при прочих равных условиях σθ, рассчитанное по формуле (15), будет равно

Таким образом, растягивающие напряжения не будут превышать нормативного сопротивления Rн = 25 кгс/см2.

Пример 4. При тех же, что в примере 2, исходных данных внешняя поверхность оболочки В период пропаривания закрывается теплоизоляцией из дерева толщиной 3 см с коэффициентом теплопроводности λиз = 0,20 ккал/м ч, °С; тогда σθ, рассчитанное по формуле (17), будет равно

Таким образом, σθ будет меньше нормативного сопротивления.

Наиболее правильным решением является применение в период пропаривания теплоизоляции, так как снижение температуры пара удлиняет процесс термообработки.

2.2.2. В период выдачи из камер пропаривания или из цеха на склад.

Пустотелые оболочки, подвергающиеся термообработке в камерах пропаривания, должны рассчитываться на максимальные растягивающие температурные напряжения σtmax в наружных слоях, возникающие от резкого охлаждения оболочек после выдачи из камер пропаривания или из цеха на склад.

σtmax (кгс/cм2) рассчитывается по формулам:

а) для оболочек без предварительного напряжения или имеющих его только в продольном или кольцевом направлении

                                   (18)

б) для оболочек c предварительным напряжением одновременно в продольном и кольцевом направлениях

                         (19)

В формулах (18) и (19) обозначения те же, что и в формулах (1) и (4).

Величина Мп.р (в м-1) для оболочки определяется по формуле

                                                      (20)

где δ - толщина стенки оболочки, м;

h - высота, м;

m - коэффициент, учитывающий заделку торцов оболочек пробками. Для оболочек без заделки торцов m = 1,0 c пробкой на одном торцах m = 1,5, и с пробками на обоих торцах m = 2.

В целях обеспечения трещиностойкости оболочек величина рассчитанных σtmax не должна превышать допускаемой величины σtдоп.

Для снижения σtmax следует принимать меры, рекомендуемые в п. 2.1.1 для столбов. При этом максимальное термическое сопротивление съемной теплоизоляции (в м2 ч °С/ ккал) будет равно:

а) для оболочек без предварительного напряжения или имеющих его только в продольном и кольцевом направлении

                             (21)

б) для оболочек с предварительным напряжением одновременно в продольном и кольцевом направлениях

                       (22)

Величина допускаемой разницы температур бетона и воздуха при выдаче оболочек из камер пропаривания или из цеха на склад Δtдоп (в °С) должна определяться по формулам:

а) для оболочек без предварительного напряжения или имеющих его только в одном направлении

                                                 (23)

б) для оболочек с предварительным напряжением одновременно в продольном и кольцевом направлениях

                                                  (24)

В формулах (23) и (24) обозначения те же, что и в формулах (8) и (9). Величина Мп.р определяется по формуле (20).

допустимую расчетную температуру наружного воздуха tв.p перед выдачей оболочек из камер или из цеха на склад следует определять по формуле (10). Если фактическая температура наружного воздуха ниже tв.p, то их следует выдерживать на буферном складе в соответствии с формулой (11). При этом температуру воздуха следует регулировать так, чтобы в любое время перепад между ней и температурой внутри стенки не превышал Δtдоп

При отсутствии буферного склада следует применять съемную теплоизоляцию с максимальным термическим сопротивлением, определяемым по формуле (21) или (22) и толщиной теплоизоляции l0 - по формуле (7). Теплоизоляция ножей быть удалена после снижения tб.р до требуемой величины (см. формулы 10 и 11).

Пример 1. Завод должен изготовить и поставить в феврале-июле железобетонные преднапряженные оболочки диаметром 300 см, толщиной стенки 20 см, высотой 10 м, с обжатием бетона в продольном направлении усилием 75 кгс/cм2 и кольцевом - 65 кгс/см2. Оба торца не имеют заделки пробками. По технологическим условиям завода оболочки перед выдачей из камеры имеют наивысшую температуру бетона внутри стенки + 50°С.

Бетон оболочки имеет следующие характеристики:

γ = 2400 кг/м3, λ = 1,7 ккал/(м °С ч),

Е = 2100000 кгс/см2, σtдоп = 22,5 кгс/см2, Rиз = 0.

По данным ближайшей метеостанции за 5 лет, в течение февраля - июля возможны минимальная среднесуточная температуре воздуха - 25 °С и максимальная скорость ветра 23 м/с.

Требуется рассчитать максимальные растягивающие температурные напряжения σtmax в наружных слоях, возникающие от охлаждения при выдаче оболочек из камеры на открытую складскую площадку. По формуле (2) Δtp = 50-(-25) = 75°С.

По формуле (20)

При σminп.н = 65 кг/см2 по формуле (19)

Следовательно, при выдаче оболочки из камеры на воздух с температурой -25°С и скоростью ветра 23 м/с опасность трещинообразования отсутствует.

Пример 2. Определить, можно ли выдавать оболочки на склад при тех же условиях, что и в примере 1.

По формуле (24)

Расчётная температура воздуха tв.p по формуле (10)

tв.p = 50 - 89,7 = -39,7°С, т.е. ниже -25°С.

Следовательно, оболочку можно выдавать непосредственно на склад.

2.2.3. В процессе пропитки горячими составами

Изложенная ниже методика относится к оболочкам преимущественно небольшого диаметра (30-60 см), которые для пропитки гидроизоляционными составами частично погружают (в вертикальном положении) в специальные ванны. Оба конца оболочки предварительно закрывают торцевыми заглушками.

Частичное погружение оболочки в ванну с горячим (с температурой до +180°С) составом сопровождается большими температурными перепадами по толщине стенки и по высоте (длине) оболочки. Возникающие при этом температурные напряжения могут вызвать появление трещин.

Напряжения σθ (кгс/см2)от перепада температуры по толщине стенки оболочки следует определять по формуле

                                (25)

где Tв.н - максимальная температуре воздуха во внутренней полости оболочки, °С;

Тнар - минимальная температура воздуха, омывающего оболочку снаружи, °С;

rв.н - внутренний радиус оболочки, м;

αв.н - коэффициент теплообмена на внутренней поверхности оболочки, омываемой горячим воздухом, ккал/(м2 ч °С) Можно принимать αв.н = 50 ккал/м2 ч °С) в случаях пропитки составами с температурой 100-150°C;

rнар - наружный радиус оболочки, м;

αнар - коэффициент теплообмена на наружной поверхности оболочки, ккал/(м2 ч °С) При пропитке оболочки в ваннах на открытом воздухе принимается αнар = 20, а при пропитке в закрытом помещении αнар = 10;

λδ - коэффициент теплопроводности бетона оболочки, ккал/(м2 ч °С).

Напряжения σz (кгc/см2) от перепада температуры по высоте (длине) оболочки вблизи от поверхности пропитывающего состава следует определять по формуле

                                                                (26)

где r - средний радиус оболочки, равный полусумме наружного и внутреннего радиусов, м;

hст - толщина стенки оболочки, м;

в - высоте участка опоры, на котором температура изменяется от температуры горячего состава до температуры окружающей среды, м. Обычно принимают в = 0,8-1 м;

'>

Документ сокращен, так как он очень большой. Для просмотра полной версии этого документа пройдите по ссылке Бесплатный заказ нужного документа

 
< Пред.   След. >
Полезное: