билет № 27

1

Билет № 27

1. Экономическая целесообразность применения круглых или прямоугольных в плане жел. бет. резервуаров в зависимости от их ёмкости. Как конструктивно оформляется жёсткое или шарнирно-подвижное соединение стенки с днищем? Нарисовать эпюры моментов и кольцевых усилий для упомянутых двух случаев соединения стенки с днищем

По форме резервуары больших объёмов как правило, проектируют цилиндрической или прямоугольной формы. Выбор формы определяется технико-экономическим обоснованием. При этом необходимо иметь в виду , что при одинаковой ёмкости и высоте вертикальных стенок периметр цилиндрических резервуаров меньше, чем прямоугольных. Отсюда в цилиндрических резервуарах объём бетона на изготовление меньше и в этих резервуарах меньше сжимаемая поверхность , отсюда меньше утечка жидкости. Однако в цилиндрических резервуарах величина растягивающих усилий в стенках зависят от гидростатического давления, которое определяется диаметром круглого резервуара. В прямоугольных резервуарах изгибающие моменты в вертикальных стенках не зависят от размера резервуара в плане. Отсюда возможность унификации резервуара. Заглубленные резервуары до 10000м3 проектируют круглыми в плане формы. Более 10000м3- прямоугольные.

Сопряжение стенки с днищем может быть жёстким (для прямоугольных резервуаров это решение обязательно), или шарнирноподвижным.

Рис. XV1.3. Детали сборного цилиндрического резервуара а—конструкция стены; б—жесткое сопряжение стены с днищем;

в—подвижное сопряжение стены с днищем; 1—слой торкрет-бетона; 2—кольцевая напрягаемая арматура; 3—стеновая панель; 4— днище; 5—бетон со щебнем мелких фракций; 6—выравнивающий слой раствора; 7—битумная мастика; 8—асбестоцементный раствор

2

Рис. XVI.8. К расчету стены цилиндрического резервуара; эпюры кольцевых усилий и изгибающих моментов

а — сопряжение стены с днищем жесткое; б—то же, подвижное

2. Конструкции стенок, кровли и днища вертикальных цилиндрических стальных резервуарах низкого давления для хранения жидкостей. Опишите особенности метода полистовой сборки стенки резервуара и метода рулонирования

Основными элементами такого резервуара являются стенка (корпус), днище и крыша (покрытие), выполняемые из листовой стали (рис. 1). Эксплуатационное оборудование резервуара состоит из арматуры (устройства для налива, замера и выпуска жидкости), предохранительных клапанов и приспособлений для очистки и осмотра (лестниц, светового и замерного люков, лазов).

Конструктивные решения основных элементов резервуара в значительной степени зависят от его объема.

Стенка состоит из листов, толщиной до 14-16 мм, изготавливается заранее на заводах, сворачивается в рулон и поставляется на строительную площадку. При монтаже рулон

3

разворачивается лебедками или тракторами и заваривается примыкающий шов. Трудоемкость изготавления и монтажа уменьшается. Более толстые листы поставляются россыпью и стенка собирается на монтаже. Отдельные листы заранее штампуются с определенным радиусом кривизны.

Рис. 1. Вертикальный цилиндрический резервуар вместимостью 3000 м3 . а - фасад; б - план днища; в - план покрытия, ограждения и площади не показаны; 1 - заводские вертикальные стыки стенки; 2 - монтажные стыки щитов покрытия; 3 - замыкающий щит; 4 - ось монтажного стыка стенки; 5 -

начальный щит; 6 - промежуточные щиты

Врезервуарах вместимостью более 1000 м толщина стенки переменна по высоте.

Всвязи с тем, что в нашей стране все резервуары объемом до 30 000 м изготовляются методом рулонирования, высоту резервуаров с учетом размеров стендов для изготовления рулонов принимают: h = 12 м при hопт14м; h=hопт, но не более h=18 м при hопт>14 м . При этом высота корпуса h

принимается кратной ширине стандартного листа (1400, 1500, 2000 мм). Для резервуаров объемом до 1000 м оптимальное соотношение h/D = 1/4-1, для резервуаров объемом до 10 000 м

h/D = 1/5-1/2.

При рулонировании, чтобы реже переставлять сварочный трактор, все стыки листов располагаются по одной линии.

При полистовой сборке (листы стыкуются «встык») при толщине 4-5мм допускается сварка «внахлестку». Чаще всего применяют листы размером 1.5 на 6м. Кромки листов обрезаются и делаются равными, например, реальные размеры листов: 1490 на 5960мм. Могут использоваться листы и других размеров.

4

Конструктивные особенности днищ. Так как днище резервуара, опертое на основание, испытывает незначительные напряжения от давления жидкости, его не рассчитывают и толщину листов принимают по конструктивным соображениям с учетом удобства и надежности выполнения сварных соединений и сопротивляемости коррозии.

Большая часть днища состоит из двух и более рулонируемых полотнищ с шириной, не превышающей размеров стана (обычно 12 м). Полотнища собирают из листов 1500х6000 мм. Размер нахлестки составляет 50—60 мм. При объеме резервуаров до 3000 м толщина листов днища tWДН =4 мм, при объеме резервуаров более 3000 м tWДН =5-6 мм.

Крайние листы, располагаемые по периферии днища, называют окрайками. Окрайки расположены в зоне действия краевого эффекта. Для резервуаров объемом до 5000 м окрайки входят в состав полотнищ, причем толщина их на 2—3 мм больше толщины листов основной части днища. Для резервуаров объемом более 5000 м окрайки выполняются в виде отдельных сегментов.

Монтажные соединения полотнищ с окрайками выполняют внахлестку, а монтажные соединения окраек — встык на подкладке. Это достигается фигурной вырезкой листов в монтажных стыках полотнищ. Выпуск окраек за корпус резервуара делается на расстояние около 50 мм.

Стыки окрайков днища и вертикальные стыки листов корпуса следует располагать вразбежку, причем расстояние между стыками должно быть не менее 200 мм.

Конструирование стенок. В нашей стране резервуары объемом более 30 000 м монтируют полистовым методом, а до 30 000 м изготавливают по индустриальной технологии методом рулонирования. Стенка резервуара (корпус) изготавливается на автоматизированных станах (шириной 12 и 18 м) в виде свернутых в рулоны сварных полотнищ из стандартных листов размером 1500х6000 мм (после строжки кромок 1490х5980 мм). Для резервуаров объемом 20 000 м и более используются листы размером 2000х8000 мм (1990х7980 мм). Минимальная толщина листов встык — 4 мм, максимальная с учетом возможности разворачивания рулона без остаточных деформаций — 17 мм.

Стенки массой до 60 т (при перевозке на железнодорожных платформах) поставляются в виде одного рулона, более тяжелые — в виде двух и более рулонов. Рулоны образуются путем навертывания полотнищ на каркас шахтной лестницы или на специально изготовленный каркас. В соответствии с ограничениями габаритных грузов, перевозимых железнодорожным транспортом, диаметр рулонов не должен превышать 3250 мм.

Ширина рулона (обычно от 9 до 18 м) должна быть кратной ширине исходного листа. В настоящее время во всех типовых проектах резервуаров объемом 10 000 м и более принята унифицированная высота стенки, равная 18 м, а для резервуаров объемом до 5000 м — 12 м. Все вертикальные (меридиональные) и горизонтальные (кольцевые) соединения между листами выполняют встык. В резервуарах объемом до 1000 м толщина листов стенки не изменяется по высоте корпуса. Длина развертки полотнища должна быть кратной длине листов. При необходимости к целому числу листов допускается добавлять вставку, равную 1/2, 1/3 или 1/4 длины листа для лучшего приближения фактического объема резервуара к заданному.

В зависимости от длины развертки полотнищ при соединении их между собой образуется один или несколько монтажных стыков. Края рулонов должны выступать на 100 мм в каждую сторону от оси стыка. Перед выполнением монтажного стыкового шва эта нахлестка полотнищ отрезается.

Для того чтобы обеспечить строительство крупных резервуаров объемом 50 000 м и более с использованием метода рулонирования, стенки нижней части корпуса можно усилить бандажами или предварительным напряжением, создаваемым путем обмотки стенок высокопрочной проволокой или лентами, а также устраивать двухслойную рулонирусмую стенку .

5

Рис. 2. Усиление корпуса резервуара. а - схема предварительно напряженного резервуара; б - предварительно напряженная стенка резервуара объемом 100 тыс. м3; в - двухслойная стенка резервуара объемом 100 тыс. м3; 1 - навивочная машина

Кровля.

1. Из лепестковых панелей с опиранием на стационарную центральную стойку. В настоящее время этот вариант применяется достаточно редко, т.к. под стойку требуется фундамент, а современная тенденция ставит резервуары прямо на основание, без фундамента.

План кровли:

Расчетная схема ребра панели:

6

2. В виде купола без центральной стойки.

Купол ребристый или сетчатый. При монтаже купола используется временная стойка.

Возможно применение и висячей кровли в виде мембраны (с кольцом для восприятия распор

а).

3. Метод определения характеристик прочности грунтов в лабораторных и полевых условиях 2.3. Прочность грунтов.

Под прочностью грунтов понимается их свойство в определенных условиях сопротивляться разрушению или развитию больших пластических деформаций.

2.3.1. Трение и сцепление в грунтах.

Ш. Кулоном экспериментально было установлено, что разрушение грунта происходит за счет сдвига одной его частицы по другой. Сопротивление сдвигу песчаных и крупнообломочных грунтов возникает в результате трения между перемещающими частицами и зацепления их друг за друга. В глинистых грунтах, за счет вводно-коллоидных связей помимо трения между частицами возникает сцепление, обуславливающее сопротивление растяжению при разрушении.

2.3.2. Сопротивление грунтов при одноплоскостном срезе.

Сдвиговой прибор (рис. 2.6.) позволяет при различных заданных нормальных напряжениях определить предельные сдвигающие напряжения, возникающие в момент разрушения образца грунта. Сдвиг (разрушение) образца грунта производится по фиксированной плоскости среза.

7

Рис.2.6. Схема сдвигового прибора

Экспериментально установлено, что зависимость между предельными сдвигающими напряжениями и нормальными напряжениями в интервале от 0,3 до 0,5 МПа можно с достаточной точностью принять линейной (рис. 2.7. а, б, в).

Рис.2.7. Кривые горизонтальных перемещений образцов при разных значениях σ (а), графики сопротивлениями сдвигу образцов песчаного (б) и глинистого грунта (в)

Тогда эта зависимость может быть выражена уравнениями:

где - угол внутреннего трения и с - удельное сцепление являются параметрами прочности

грунтов.

Уравнения (2.9) и (2.10) называют законом Кулона для сыпучих и связных грунтов:

сопротивление грунтов сдвигу есть функция первой степени от нормального давления.

2.3.3. Сопротивление сдвигу при сложном напряженном состоянии. Теория прочности КулонаМора.

Теория Кулона-Мора рассматривает прочность грунта в условиях сложного напряженного состояния. Пусть к граням элементарного объема грунта приложены главные напряжения (рис. 2.8, а). При постепенном увеличении напряжения 1 и постоянной величине напряжения 3 произойдет

сдвиг по некоторой площадке, наклоненной к горизонтальной плоскости, причем промежуточное главное напряжение 2 будет действовать параллельно этой площадке, никак не влияя на сопротивление грунта сдвигу.

8

Рис. 2.8. Положение площадки скольжения (а); ориентация площадок скольжения относительно направления действия главных напряжений (б):

1, 2 – площадки скольжения

В предельном состоянии в каждой точке грунта имеются две сопряженные площадки скольжения, наклоненные под углом / 4 / 2 к линии действия максимального и / 4 / 2 - минимального

главного напряжения (рис. 2.8, б). Соотношение между главными напряжениями 1 и 3 в предельном состоянии, характеризуемым параметрами прочности и с , описываются уравнениями:

Выражения (2.11) и (2.12) часто называют условием предельного равновесия грунтов.

Рис.2.9. Схема стабилометра

9

Рис. 2.10. Определение прочностных характеристик по опытам в стабилометре:

а– связный грунт; б – сыпучий грунт

2.3.4.Прочность грунтов в неконсолидированном состоянии

Изложенное выше соответствует проведению испытаний грунтов в стабилизированном состоянии, т. е. когда осадка образца от действия сжимающего напряжения прекратилась.

При незавершенной консолидации водонасышенного глинистого грунта эффективное напряжение в скелете , вызывающее уплотнение грунта, всегда меньше полного напряжения и закон Кулона будет иметь следующий вид:

где uw - избыточное (поровое) давление.

2.4.Полевые методы определения параметров механических свойств грунтов.

Втех случаях, когда сложно или невозможно отобрать образцы грунта ненарушенной структуры для определения деформационных и прочностных характеристик используют полевые методы испытаний.

Испытания пробной статической нагрузкой для определения модуля деформации грунтов проводятся в шурфах инвентарными жесткими штампами. Модуль деформации определяется по формуле:

- коэффициент Пуассона; pi , si - давление и осадка штампа в пределах линейной зависимости кривой на рис. 2.1.б.

10

Рис. 4.18. Схема (а) и результаты (б) полевых испытаний грунта на сжатие

Статическое зондирование заключается в медленном задавливании в грунт стандартного зонда. Механические и прочностные характеристики определяются по величине удельного сопротивления погружению зонда qc .