П-780-83 (Гидропроект) Пособие по проектированию сталежелезобетонных конструкций гидротехнических сооружений

1.1. Настоящее пособие распространяется на проектирование сталежелезобетонных гидротехнических конструкций без предварительного напряжения.

1.2. Сталежелезобетонная конструкция состоит из двух совместно работающих элементов: стальной оболочки и железобетонной конструкции. Стальная оболочка выполняет противофильтрационные функции и воспринимает часть усилий.

Остальная часть усилий воспринимается железобетонной конструкцией.

1.3. Применение сталежелезобетона обеспечивает полную надежность и исключает катастрофический аварийный характер разрушения, имеющий место в стальных конструкциях, за счет:

- уменьшения концентрации напряжений от местного изгиба и других причин за счет совместной работы стальной оболочки с железобетоном, который служит упругим основанием;

- применения для стальной оболочки мягких пластичных, хорошо освоенных сталей оптимальной толщины;

- малой вероятности совпадения возможных ослаблений в элементах конструкций, например, сварных швов облицовки и арматурных стыков.

1.4. Сталежелезобетонные конструкции гидротехнических сооружений применяются при необходимости обеспечения их повышенной надежности, а также в тех случаях, когда они оказываются предпочтительными по экономическим соображениям.

Спиральные камеры с параметром (произведение давления на диаметр входного сечения), большим 1200 тс/м, и турбинные водоводы с , большим 1700 тс/м рекомендуется проектировать только в сталежелезобетонном исполнении.

1.5. При применении турбинных водоводов сталежелезобетонной конструкции на деривационных и приплотинных ГЭС и ГАЭС не требуется возведения защитных сооружений от аварийного потока воды (п.7.8 СНиП II-50-74).

1.6. В водоводах прямоугольного сечения, камерах затворов и других конструкциях подобной формы стальная облицовка, принятая по соображениям фильтрации или по другим условиям, должна быть включена в статистическую работу конструкции путем ее анкеровки и учитываться в работе на прочность в качестве внешней листовой арматуры.

2.1. Сталежелезобетонные конструкции можно подразделить

а) по назначению: водоводы и их развилки, уравнительные резервуары, спиральные камеры, туннельные водосбросы, камеры затворов, затворы;

б) по расположению: открытые, засыпные, забетонированные в подземных выработках;

в) по производству работ: монолитные, сборные и сборно-монолитные.

2.2. Сталежелезобетонные напорные и безнапорные трубопроводы, забетонированные в подземных выработках, следует проектировать в соответствии с СН 238-73 "Указаниями по проектированию гидротехнических туннелей", Руководством по проектированию гидротехнических туннелей (Стройиздат, 1982 г.). Конструкции водоводов, возводимые в насыпях, должны проектироваться в соответствии с главой СНиП II-Д.7-62 "Мосты и трубы".

2.3. Напорные трубопроводы следует проектировать, как правило, кругового поперечного сечения (рис.1). Конические участки проектируются аналогично цилиндрическим. Колена турбинных водоводов, образованные из цилиндрических звеньев, конструируются и рассчитываются как части торообразной оболочки.

2.4. Конструкция развилки напорных трубопроводов кругового очертания может быть решена по двум схемам.

3.1. Нагрузки и воздействия на сталежелезобетонные конструкции принимаются в соответствии с главами СНиП II-50-74 "Гидротехнические сооружения речные. Основные положения проектирования", СНиП II-57-82* "Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)", СНиП II-6-74** "Нагрузки и воздействия".

________________

* Действуют СНиП 2.06.04-82.

** Действуют СНиП 2.01.07-85.

3.2. Нагрузками основного сочетания для сталежелезобетонных конструкций являются: внутреннее гидростатическое давление с учетом повышения давления при гидравлическом ударе в нормальных условиях эксплуатации, вес, давление подземных вод, горное давление, давление засыпки грунтом, давление с учетом пульсации потока, волновое давление и давление навала льда.

3.3. К особым нагрузкам и воздействиям относятся: сейсмические воздействия, внутреннее гидростатическое давление при формированном подпорном уровне или при действии гидравлического удара при полном сбросе нагрузки, усилия, возникающие вследствие изменения температуры, набухания и усадки бетона, ползучести породы, осадки опор.

Особое сочетание нагрузок включает нагрузки основного сочетания и одну из особых нагрузок.

3.4. К нагрузкам строительного периода относятся: давление от свежеуложенного бетона, давление раствора при выполнении цементации, давление механизмов при производстве работ, монтажные нагрузки и др.

Необходимо предусматривать соответствующие мероприятия для исключения дополнительного армирования на нагрузки строительного периода.

Цементация шва между стальной и железобетонной оболочками должна быть специально обоснована и при удовлетворительном качестве работ не нужна. Если цементация необходима, то давление ее должно назначаться таким, чтобы не требовалось увеличения расхода металла.

Высота блоков бетонирования назначается такой, чтобы не требовалось усиления конструкции, принятой по условиям эксплуатации. При необходимости могут быть предусмотрены инвентарные раскрепления.

3.5. Нагрузки при расчете прочности должны приниматься в наиболее неблагоприятных, но в возможных сочетаниях, отдельно для эксплуатационного и строительного случаев.

3.6. При угле наклона оси трубопровода к горизонту более 70° или при величине отношения диаметра () к напору () допускается не учитывать изменение давления по сечению и вести расчет по гидростатическому напору в центре тяжести сечения.

3.7. При расчете трубопровода на действие внутреннего давления вес конструкции при наклоне трубопровода к горизонту более 70°, а также на предварительных стадиях проектирования допускается не учитывать.

3.8. Для тонкостенных конструкций трубопроводов следует проводить расчет на частичное заполнение трубопроводов.

3.9. Горное давление рассчитывается в соответствии с СН 238-73, давление от засыпки - со СНиП II-Д.7-62*.

Температура воды в водоемах и подземных трактах должна определяться на основе специальных расчетов и по аналогам.

________________

* Действуют СНиП 23-01-99.

3.11. Нагрузка от свежеуложенного бетона принимается в соответствии со СНиП III-15-76 "Бетонные и железобетонные конструкции монолитные".

3.12. Сейсмические нагрузки принимаются по СНиП II-7-81 "Строительство в сейсмических районах" или по "Руководству по учету сейсмических воздействий при проектировании гидротехнических сооружений" (ВНИИГ, 1977 г.).

3.13. Коэффициенты перегрузки приведены в таблице 1.

Таблица 1

4.1. Расчет сталежелезобетонных гидротехнических конструкций следует производить по методу предельных состояний в соответствии с требованиями общесоюзных норм и правил на проектирование строительных конструкций СНиП II-50-74 и СНиП II-56-77.

для III и IV классов

Для листовой арматуры в зависимости от анкеровки допустимо вводить понижающий коэффициент, но не менее 0,5.

4.3. По второй группе предельных состояний при необходимости в отдельных случаях выполняется расчет раскрытия трещин. Расчет ведется на основное сочетание нормативных нагрузок (без коэфф. перегрузки).

Предельные значения величины раскрытия трещин приведены в таблице 2 (п.7.2).

5.1. Сталежелезобетонные конструкции при выборе расчетных схем не имеют отличия от конструкции из других материалов: металла и железобетона.

5.2. Конструкции трубопроводов, имеющие сплошное опирание в направлении образующей, допускается рассчитывать раздельно в кольцевом и в продольном направлении.

5.3. Напорные трубопроводы, лежащие на упругом основании, в кольцевом направлении рассчитываются:

1. а) открытые - по схеме, приведенной на рис.6.

2. б) засыпанные - по схеме, приведенной на рис.7.

5.4. Расчет трубопроводов открытых и засыпанных должен быть выполнен на две схемы загружения:

1. а) эксплуатационный случай (загружение внутренним давлением, весом трубопровода, давлением засыпки) 1,

2. б) ремонтный случай, когда трубопровод опорожнен (загружение весом трубопровода, давлением засыпки и наружным давлением воды, если таковое может быть) 0,95.

Нужно иметь в виду, что при расчете на сочетание нагрузок, включающее внутреннее давление (из-за наличия сквозных трещины в бетоне), следует включать в расчет жесткость арматурного сечения.

; ; относительно центральной оси стального сечения, . и - моменты инерции сечения арматуры и облицовки.

Это обычно исключает или сводит до минимума изгибающие моменты.

При расчете опорожненного трубопровода следует учитывать жесткость бетонного сечения при модуле упругости, равном 0,7.

Коэффициент постели основания определяется по формуле:

,                                                     (2)

где - модуль деформаций основания сооружения с введением поправочных коэффициентов, учитывающих несоответствие между напряженным состоянием грунта в компрессионном приборе и в основании сооружения. Определяется в соответствии с прил.7 СНиП II-16-76* "Основания гидротехнических сооружений";
________________

     *  Действуют СНиП 2.02.02-85, здесь и далее оп тексту.

- коэффициент Пуассона грунта;

- толщина сжимаемого слоя, принимаемая согласно п.6.7 СпиП II-16-76 равной 0,3 для песчаных грунтов и 0,7 - для глинистых грунтов;

- ширина основания.

Расчеты по схемам, представленным на рис.6 и 7, могут быть выполнены с помощью любых программ для стержневых систем. Может быть применена и специализированная программа TK-IA. При этом для свободной части сечения трубопровода принимается на два порядка меньше, чем для основания.

Расчет по схемам 6 и 7 может быть произведен с учетом касательных напряжений трубы водовода с опорной конструкцией на ЭВМ по программам "СМ-4", "Лира", КРАК и др.

Температурный перепад в сечении может быть учтен по приложению 2.

5.5. Обделки напорных туннелей рассчитываются по схеме, приведенной на рис.8, с учетом отпора породы по контуру согласно СН 238-73, см. также "Руководство по проектированию гидротехнических туннелей", Гидропроект им. С.Я.Жука, М., 1982 и "Рекомендации по автоматизированным расчетам туннельных обделок (по программе ТК IA)" .

5.6. Фасонные части трубопроводов, в том числе и развилки, рассчитываются в кольцевом направлении так же, как и трубопроводы. При расчете развилок диаметр принимается равным наибольшему пролету трубопровода в свету в пределах каждого диска (рис.2).

5.7. В направлении образующей неразрезанные трубопроводы рассчитываются как балки кольцевого сечения, лежащие на упругом основании и различным образом примыкающие к сооружениям и конструкциям. Упругое основание по длине балки характеризуется коэффициентом постели и может иметь различные характеристики по длине. В общем случае расчетная схема приведена на рис.9.

5.8. В случаях примыкания напорных трубопроводов к массивным конструкциям без устройства шва необходим учет усилий от упругой заделки конца трубопровода. Усилия возникают от препятствия со стороны закрепления деформациям смещения и поворота под действием внутреннего давления, а также температурного смещения вдоль оси трубопровода. Решение краевой задачи может быть выполнено по приближенной методике Пастернака П.Л. (см. пример 5). Этим расчетом определяется армирование в направлении образующей в местах примыкания трубопровода к массивам, например к развилкам.

5.9. Можно рекомендовать при наличии условий использование сталежелезобетонной конструкции напорного трубопровода при переходе через ущелья без устройства несущего трубопровод моста. Такая конструкция имеет весьма большую жесткость и удобна при строительстве, так как стальная оболочка будет являться несущей в строительный период.

Стальная оболочка рассчитывается на нагрузки строительного периода (вес стальной оболочки, вес арматурного каркаса, опалубки, нагрузка бетонной смесью, механизмами и пр.).

Сталежелезобетонная конструкция рассчитывается на нагрузки эксплуатационного периода (вес трубопровода, внутреннее давление, вес засыпки и др.).

Должна быть произведена также проверка на нагрузки с учетом особых воздействий (рис.10).

5.10. Сталежелезобетонные конструкции водосбросов являются, обычно, конструкциями рамного типа. Они рассчитываются в общей расчетной схеме блока ГЭС. Водосбросы могут располагаться также в пределах бетонной плотины или в породе.

В бетонном массиве на облицовку передаются нормальные силы от внутреннего давления воды в водосбросе. Расчет может быть выполнен с помощью программы ТК IA.

Обязательно производится проверка стальной оболочки на нагрузку наружным давлением воды, если таковое может быть при опорожненном водосбросе.

При расположении в породе расчет водосброса ведется так же, как и напорных туннелей (см. п.5.5). В сохранных крепких породах (при коэффициенте крепости породы ) должен быть рассмотрен вариант анкеровки стальной облицовки в породу по площади элемента на действие давления подземных вод (должны быть определены расстояние между анкерами, площадь поперечного сечения последних и их длина в соответствии с СН 238-73).

5.11. Расчетное армирование узлов сопряжения сталежелезобетонных конструкций следует предусматривать на расчетные усилия без учета концентрации напряжений, которая должна учитываться конструктивными мероприятиями.

5.12. Уравнительные резервуары имеют, как правило, круговое сечение и рассчитываются на нагрузку внутренним давлением по котельной формуле. Краевой эффект учитывается в соответствии с п.5.8. При расположении в породе учитывается ее отпор при нагрузке внутренним давлением. Кроме того, рассчитывается опорожненная конструкция на давление подземных вод и горизонтальное давление породы.

5.13. Сталежелезобетонные оболочки спиральных камер рассчитываются по безмоментной теории расчета торообразных оболочек (рис.11). Толщина стальной облицовки спиральной камеры, как правило, должна приниматься постоянной по сечению.

5.14. На предварительных стадиях проектирования напорные конструкции кругового очертания допускается рассчитывать только на внутреннее давление с определением усилий по котельной формуле.

5.15. Плоские сталежелезобетонные затворы должны проектироваться минимального веса. С этой целью внутри затвора устраиваются полости с применением несъемной опалубки (бетонные и железобетонные трубы) или устанавливается легкая металлическая конструкция.

По способу возведения плоские сталежелезобетонные затворы могут быть монолитными и сборномонолитными.

По конструкции возможно применение двух типов затворов:

1. а) с внутренней железобетонной плитой с цилиндрическими полостями (рис.12.).

   

   Рис.12. Затвор с внутренней железобетонной плитой с цилиндрическими полостями

2. б) комплексные с внутренней несущей металлической конструкцией типа стропильной фермы и наружными железобетонными плитами; такие затворы рекомендуются для применения в агрессивной среде (рис.13).

5.16. Затворы первого типа рассчитываются как плоская сталежелезобетонная плита по "Программе расчета пластин на упругом основании винклеровского типа методом конечных элементов (программа "Плита", ВНИИГ, 1980). На предварительных стадиях проектирования расчет выполняется по отдельным полосам, как для балки на двух опорах, без учета связи между полосами.

5.17. Толщина листа в затворах первого типа задается минимальной по технологическим соображениям (8 мм). Основным несущим элементом должна быть стержневая арматура. Рекомендуется двухсторонняя установка облицовки для создания жесткой несъемной опалубки, металлические листы которой связаны поперечными связями, являющейся поперечной арматурой. Для уменьшения трещинообразования при отсутствии расчетной стержневой продольной арматуры следует ставить конструктивную арматуру, площадь которой должна составлять не менее площади облицовки.

5.18. Затворы второго типа рассчитываются и конструируются по аналогии со сталежелезобетонными мостами (Стрелецкий Н.Н. Сталежелезобетонные пролетные строения мостов. М. Транспорт,1981).

6.1. Расчет на прочность сталежелезобетонных конструкций производится в соответствии с СНиП II-56-77.

6.2. Расчет центрально-растянутых сталежелезобетонных элементов производится по формуле:

,                                     (5)

для I и II классов сооружений

6.3. Расчет внецентренно-растянутых сталежелезобетонных элементов следует производить:

1. а) В случае малых эксцентриситетов (когда сила приложена в пределах расстояния между арматурами, рис.14).

   

   Рис.14. Случай внецентренного растяжения с малыми эксцентриситетами

   Усилия в металле распределяются обратно-пропорционально расстояниям сечения металла до силы:

                                       (7)

        
   

   

   В сталежелезобетонных напорных трубопроводах при малых эксцентриситетах целесообразно сохранять постоянное армирование по контуру и потому при условии восприятия силы с соответствующими коэффициентами запаса допускается перенапряжение в металле в отдельных сечениях до 30% - в сравнении с расчетными величинами напряжений.

2. б) В случае больших эксцентриситетов, когда сила приложена вне пределов сечения (рис.15) для случая прямоугольных сечений и когда стальная оболочка располагается в растянутой зоне, расчет производится по формулам:

   *                                              (8)

   *

   ________________
        * Формулы соответствуют оригиналу.

=1,15 при толщине конструкции 0,6 м и более

=1,0    "          "                  "            менее 0,6 м.

6.4. Расчет внецентренно-сжатых элементов (рис.16) прямоугольного сечения при условии следует выполнять по формулам:

*,    (11)

.*

________________
     * Формулы соответствуют оригиналу.

6.5. Изгибаемые конструкции рассчитываются по формулам внецентренно-сжатых или внецентренно-растянутых конструкций с большими эксцентриситетами при условии ; .

6.6. Сталежелезобетонные затворы рассчитываются как изгибаемые железобетонные элементы по главе СНиП II-56-77 п.3.16, с учетом дополнений, введенных с 1 июля 1982 г. При этом толщина стального листа определяется согласно п.5.17 настоящего "Руководства".

6.7. Расчет по наклонным сечениям на поперечную силу сталежелезобетонных конструкций не отличается от обычного и поэтому не приводится. Расчет может быть выполнен в соответствии с главой СНиП II-56-77, а также в соответствии со статьей к.т.н. B.H.Голосова и д.т.н. А.С.Залесова "Расчет конструкций с внешним армированием при действии поперечных сил". Бетон и железобетон N 6, 1977 г.

6.8. Объединяющие железобетон и сталь устройства - анкеры должны рассчитываться на сдвигающее усилие , возникающее в контактной зоне между железобетоном и стальным листом от действия перерезывающих усилий и разности температур, согласно указаниям руководства "Сталежелезобетонные пролетные строения мостов" М., Транспорт, 1981.

6.9. Местная устойчивость сжатой облицовки от выпучивания подлежит экспериментальной проверке.

7.1. Сталежелезобетонные конструкции экономически целесообразно проектировать нетрещиностойкими.

7.2. (4.4). Ширину раскрытия трещин , нормальных к продольной оси элемента, следует определять по формуле:

,                                       (13)

где - коэффициент, принимаемый равным: для изгибаемых и внецентренно-сжатых элементов - 1,

для центрально и внецентренно-растянутых элементов - 1,2,

при многорядном расположении арматуры - 1,2,

- коэффициент, принимаемый равным при учете постоянных и временных длительных нагрузок - 1,3,

- коэффициент, принимаемый равным: при стержневой арматуре периодического профиля - 1,

- напряжения в растянутой арматуре, определяемой от нормативных нагрузок (=1) при =1 без учета сопротивления бетона растянутой зоны сечения.

Оно определяется:

для центрально-растянутых элементов

                                               (14)

при внецентренном действии силы и изгибе

; ,                                    (15)

- плечо внутренней пары сил, принимаемое по результатам расчета сечения на прочность,

- расстояние от центра тяжести площади сечения растянутой арматуры до точки приложения продольной силы.

При внецентренном растяжении с малыми эксцентриситетами для арматуры и соответственно

; ,                                    (16)

Величина раскрытия трещин определяется со стороны арматуры.

- начальное растягивающее напряжение в арматуре от набухания бетона, для конструкций, находящихся в воде =200 кг/см; для конструкций, подверженных длительному высыханию, в том числе во время строительства, =0.

- коэффициент армирования сечения, принимаемый равным, , но не более 0,02.

В сечение арматуры не включается сечение оболочки.

- диаметр стержня арматуры, мм.

Определяемая расчетом ширина раскрытия трещин при отсутствии специальных защитных мероприятий должна быть не более величин, приведенных в табл.2 (табл.15 СНиП II-56-77).

Таблица 2

Примечания.

1. 1. Приведенные в настоящей таблице предельные значения следует умножить на коэффициенты:

   для сооружений I класса - 1

   для сооружений II класса - 1,3

   для сооружений III класса - 1,6

2. для вооружений IV класса - 2,0.

   При диаметрах арматуры более 40 мм допускается предельное значение увеличивать на 25%. При этом во всех случаях значения должны приниматься не более 0,5 мм.

3. 2. Приведенные в настоящей таблице значения принимаются с учетом применения арматуры классов А-II, А-III.

4. 3. При бикарбонатной щелочности воды - среды, меньшей 1 или суммарной концентрации ионов Cl' и SO

5. большей 1000 мг/л предельные значения по позициям 1-2 настоящей таблицы следует уменьшить в 2 раза. При среднегодовом значении бикарбонатной щелочности воды - среды, меньшей 0,25 , необходимо проведение защитных мероприятий с учетом главы СНиП II-28-73 "Защита строительных конструкций от коррозии".

8.1. Стальную облицовку в сталежелезобетонных оболочках целесообразно выполнить из конструкционных сталей марок 09Г2, 09Г2С, 10ХСНД толщиной не более 36 мм. Минимальная толщина листовой стали принимается в зависимости от диаметра или габаритных размеров конструкции.

Следует стремиться проектировать стальные оболочки минимальной толщины из-за дефицитности листового металла и его более высокой стоимости, а также потому, что отсутствие катастрофического характера разрушения обеспечивается железобетонной частью и потому, что малое содержание арматуры в железобетонной оболочке приводит к большому раскрытию трещин.

Минимальная толщина стальной оболочки трубопровода по условиям необходимой жесткости при производстве работ и транспортировании и возведении всей конструкции должна быть согласно МУ 34-747-76*.

________________

* МУ 34-747-76 "Указание по проектированию стальных трубопроводов". Информэнерго, 1977 г.

          В сильно напряженных конструкциях, насыщенных арматурой, целесообразно увеличивать толщину стальной оболочки против минимальной, чтобы создать железобетонную оболочку, приемлемую по условиям размещения арматуры к производству работ.

Допустимо передавать на стальную оболочку до половины нормальной растягивающей силы.

8.2. Целесообразно максимально возможно концентрировать расчетное сечение арматуры в единице объема бетона с целью улучшения характера трещинообразования бетона, прямым образом влияющего на долговечность и коррозионную стойкость сталежелезобетонной конструкции.

8.3. Армирование железобетонной оболочки трубопроводов производится в кольцевом и продольном направлениях стержнями арматуры классов AIII и AII. Как правило, расчетное сечение кольцевой арматуры должно составлять не менее половины суммарного сечения стали.

Если на верхних участках турбинных водоводов внешние нагрузки могут быть полностью восприняты стальной облицовкой, независимо от этого в железобетонной оболочке требуется установка конструктивной арматуры 416 A-II в кольцевом и продольном направлениях, причем арматурный каркас желательно располагать вблизи внешней поверхности железобетонной оболочки.

8.4. В густоармированных конструкциях железобетонных оболочек напорных трубопроводов разрешается применение спаренных между собой в плоскости кольца стержней арматуры. Разрешается применение вместо отдельных замкнутых колец непрерывной спиральной арматуры.

Расстояние между стальной облицовкой и арматурными стержнями, а также между рядами арматуры, не лимитируется. Расстояние между рядами арматуры выбирается по технологическим условиям бетонирования, но не более 70 см в чистоте. Защитный слой от последнего ряда арматуры до внешней поверхности конструкции должен соответствовать диаметру арматуры, но не превышать 15 см.

8.5. Арматура в направлении образующей (торовая) располагается в один ряд с наружной стороны от рабочей. Сечение арматуры рекомендуется принимать равным примерно 40% от сечения ряда рабочей.

8.6. При конструировании разветвления трубопровода по второму типу (п.2.4.), целесообразно принимать положение его оси по прямой, делящей угол на две части обратно пропорционально диаметрам основного водовода и патрубка (при равных диаметрах - по биссектрисе). Плоскости дисков разветвления следует располагать нормально его оси.

Сечение кольцевой арматуры обоймы каждого диска должно составлять более половины всего расчетного сечения металла.

В месте разветвления рекомендуется постановка пучка стержней, нормальных плоскости разветвления, для уменьшения деформации контура и, соответственно, трещинообразования. Суммарное сечение стержней может быть определено из условия восприятия проекции давления на плоскость, нормальную оси разветвления. Стержни должны располагаться в пределах большого диаметра и надежно анкероваться в бетоне обоймы (пакет АК-8, см. рис.17).

8.7. Контакт трубопровода с низовой гранью плотины рекомендуется выполнить с устройством ступенчатых штраб глубиной 15-20 см на грани плотины, обеспечивающих восприятие действующих касательных усилий.

Передачу растягивающих усилий, возникающих на участке колен трубопроводов, на основание рекомендуется производить путем установки арматуры в виде пакетов-выпусков, с которыми следует стыковать наружный ряд арматуры трубопровода.

8.8. В трубопроводах открытых и засыпанных, располагающихся на мягких грунтах, могут предусматриваться деформационные швы, компенсаторы и переходные участки (при расположении трубопровода на разных основаниях).

Возможные конструкции деформационных швов приведены на рис.18.

8.9. Железобетонная конструкция спиральных камер нормируется меридиональной кольцевой арматурой с центрами на пересечении вертикальной и горизонтальной осей сечения. В плане эту арматуру рекомендуется располагать по радиусам круга с центром на оси агрегата.

Меридиональную арматуру следует замыкать на статорные кольца путем приварки к фасонкам ребер статорных колец (рис.3б) или путем перепуска с консольной арматурой, приваренной к фасонкам ребер статорных колец (рис.3а).

Замыкание меридиональной арматуры на фасонки статорного кольца затрудняет монтаж (все меридиональные стержни имеют разную длину, выполняются штучными).

Конструкция с перепуском консольной и меридиональной арматуры монтируется существенно проще и может выполняться в виде армоблоков.

Торовая арматура располагается по наружную сторону от рабочей меридиональной. Она может быть включена в арматурные каркасы, но может устанавливаться штучно.

Арматура шахты турбины выполняется в виде сетки. Вертикальные стержни привариваются к статорному кольцу.

Статорные кольца анкеруются арматурой шахты и меридиональной или консольной арматурой.

В конструкции без деформируемой прокладки для исключения образования трещин большого раскрытия по наружному периметру блока со сталежелезобетонной спиральной камерой необходимо устанавливать армосетки в два ряда с расстоянием между ними и стержнями арматуры в сетках в пределах 6-10 диаметров этих стержней (рис.3а). Такое армирование упорядочивает трещинообразование в бетоне блока.

При конструкции с деформируемой прокладкой должно быть предусмотрено армирование поверхности над прокладкой (рис.3б), в соответствии с расчетом.

8.10. Для локализации давления воды при возможных аварийных протечках стальной оболочки спирали следует предусматривать систему дренажей и шпонок.

8.11. В облицованных конструкциях водосбросов некругового сечения оболочка должна быть включена в работу на прочность путем анкеровки в окружающий бетон. Анкеровка выполняется в углах и по длине элемента (рис.19.).

8.12. Облицованные конструкции камер и туннелей некругового сечения рекомендуется монтировать в виде сталежелезобетонных плит (рис.19) для обеспечения плотного примыкания бетона к листовому металлу (изготовление производится на стенде). В лотковой части такая конструкция обязательна, так как совместной работы бетона и листа достигнуть иным путем трудно и при больших скоростях потока могут произойти вырывы стальной оболочки. Анкеровка стальной оболочки должна производиться по расчетным усилиям в конструкции.

8.13. Для контроля статической работы конструкции в эксплуатационный период проектом может быть предусмотрено оснащение ее соответствующим количеством измерительной аппаратуры (тензометрами, арматурными динамометрами, щелемерами, термометрами и пр.) в соответствии с задачами, поставленными перед натурными исследованиями.

9.1. Производство монтажных и бетонных работ ничем не отличается от таковых для стальных и железобетонных конструкций.

9.2. Размеры монтажных единиц определяются предельными габаритами и грузоподъемностью кранового и транспортного оборудования.

Целесообразно объединять стальную облицовку с арматурным каркасом с целью обеспечения монтажной жесткости конструкции и исключения потери устойчивости облицовки в момент бетонирования.

9.3. Конструкции оболочки и арматуры, как правило, должны проходить укрупнительную сборку на строительстве.

9.4. Качество всех сварных швов I категории стальной оболочки должно проверяться по всей длине ультразвуком и в сомнительных случаях гаммографированием. Высокое качество и водонепроницаемость сварных швов и швов разъема статора должно быть обеспечено.

9.5. Для наиболее сложных конструкций, например, для спиральных камер или развилок, особенно для первых агрегатов, может быть поставлено требование испытания внутренним давлением стальной оболочки без обетонирования. Испытательное давление принимается в размере 20-30% расчетного. Операция производится для апробации качества заводских работ и сварки монтажных швов. При таком решении завод должен поставить заглушки и уточнить величину возможного испытательного давления.

9.6. В том случае, если толщина металла оказывается недостаточной для восприятия нагрузки от бетонной смеси, необходимо предусматривать постановку внутренних инвентарных раскрепляющих устройств или изменить разбивку блоков.

9.7. В открытом котловане или на плотине монтаж элементов трубопровода может осуществляться стреловыми кранами. В зависимости от их грузоподъемности монтажные единицы могут включать и не включать арматурный каркас или его часть. Наилучшим является установка стальной оболочки совместно со всем армированием.

После завершения монтажа трубопровода или части его производится бетонирование в переставной, передвижной или подвижной опалубке.

9.8. При расположении трубопровода в породе следует в монтажный элемент объединять стальную оболочку и всю арматуру. В этом случае необходимо добиваться максимальной длины и веса элемента. Сборка монтажных элементов производится в монтажной камере или на монтажной площадке, которые обычно оснащаются мостовыми кранами.

Подача собранного элемента к месту установки производится по рельсам с помощью лебедки. Доставленная на место конструкция приводится в проектное положение с помощью домкратов, фиксируется, производится бетонирование затрубного пространства.

9.9. После укрупнительной сборки стальной оболочки спиральные камеры сооружаются, как правило, в следующем порядке.

Монтируется и сваривается стальная оболочка. Если предусмотрено проектом, на ней устанавливается измерительная аппаратура. Если предусмотрено проектом, то производится испытание внутренним гидростатическим давлением с целью проверки плотности сварных швов. Величина испытательного давления устанавливается заводом.

Устанавливается и сваривается арматура усиления спирали и арматура блока, устанавливаются все закладные части, дренажные устройства, шпонки. Если предусмотрено проектом, устанавливаются динамометры на арматуре. Блок тщательно очищается от строительного мусора. Производится бетонирование блоков в установленном проектом порядке.

9.10. Бетонирование тонких, густо армированных сталежелезобетонных конструкций следует производить литым бетоном с целью обеспечить надежное качество укладки бетона без вибрирования. Необходимо применение литого бетона при выполнении обделок в породе, спиральных камер в нижней их части и сильно наклонных или вертикальных трубопроводов. Литой бетон следует проектировать в соответствии с "Руководством по применению литого бетона с добавкой кремнегеля на объектах энергетического строительства". Оргэнергострой, 1982 г. Могут быть использованы и другие эффективные пластифицирующие добавки. Затворы с наружной облицовкой рекомендуется выполнять вибронагнетательным способом раздельного бетонирования*.

________________

* См. П.В.Проценко. "Вибронагнетательный способ раздельного бетонирования". М., Стройиздат, 1978, 68 с.

9.11. Присутствие рабочих в блоке при бетонировании сильно наклонных или вертикальных трубопроводов по соображениям техники безопасности должно быть исключено.

9.12. Высота блока бетонирования определяется требованиями производства работ (СНиП III-15-76 и СНиП III-45-76) и конструктивными соображениями. Высота блока бетонирования должна быть не менее 1,0 и не более 5,0 м. Должна быть проверена достаточность прочности и жесткости стальной оболочки и опалубки на действие нагрузки бетоном.

1. Листовая сталь для конструкции должна выбираться наиболее освоенная, мягкая, с хорошо выраженной площадкой текучести, надежно сваривающаяся.

2. В таблице 1 приведены основные показатели листовой стали из прил.1 СНиП II-23-81. Исключены данные о сталях, которые не применяются в сталежелезобетонных конструкциях.

Основные расчетные показатели листовой стали, применяемой в сталежелезобетонных конструкциях

     
Таблица 1

Примечания.

1. 1. Знак "+" означает, что категорию стали и требования к ней указывать в проекте не следует;

2. знак "-" означает, что данную марку стали при указанной расчетной температуре применять не следует.

3. 2. Значения расчетных сопротивлений, принимаемых по временному сопротивлению, следует делить на - 1,3 в соответствии с разделом 4 СНиП II-23-81.

   Применение других видов стали, кроме приведенных, должно быть обосновано.

   В проекте необходимо указывать категорию стали в зависимости от климатических условий.

4. 3. При выполнении проекта на первоначальных стадиях объемы работ рассчитывают в предположении применения сталей с менее эффективными показателями, в рабочих чертежах - в точном соответствии с рабочими чертежами стальной оболочки.

5. 4. Рабочая арматура должна выполняться из стали класса A-II или A-III периодического профиля. Преимущество следует отдавать стали класса A-III в том случае, если удовлетворяется требование по величине раскрытия трещин и требования по конструированию, так как арматура класса A-III выпускается диаметром не более 40 мм, который часто оказывается недостаточным.

   Нерасчетная арматура для уменьшения величины раскрытия трещин должна приниматься периодического профиля из стали класса A-II.

   Расчетные показатели сталей в соответствии с изменениями, утвержденными решением Госстроя СССР N 283 от 31 декабря 1981 г. к главам СНиП II-56-77, а также модуль их упругости приведены в таблице 2.

   Таблица 2

   		Расчетные сопротивления арматуры для предельных состояний первой группы, кгс/см
   Вид и класс арматуры	Нормативные сопротивления растяжению и расчетные сопротивления растяжению для предельных состояний второй группы кгс/см	продольной, поперечной (хомутов и отогнутых стержней) при расчете наклонных сечений на действие изгибающего момента	поперечной (хомутов и отогнутых стержней) при расчете наклонных сечений на действие поперечной силы	сжатию	Модуль упругости арматуры, кгс/см
   1	2	3	4	5	6
   Стержневая арматура класса:
   А-I	2400	2300	1800	2300	2100000
   A-II	3000	2850	2200	2850
   A-III диаметрами:
   6-8 мм	4000	3600	2900*	3600	2000000
   10-40 мм	4000	3750	3000*	3750
   A-IV	6000	5000	4000	4000	1900000
   A-V	8000	6400	5100	4000
   Примечание. 1. При отсутствии сцепления арматуры с бетоном значение принимается равным нулю. 2. Арматурную сталь класса А-IV и A-V допускается применять только для предварительно напряженных конструкций.

   ________________

   * В сварных каркасах для хомутов из арматуры класса A-III, диаметр которых меньше 1/3 диаметра продольных стержней, значение принимается при диаметре хомутов: 6-8 мм - 2500 кгс/см, 10-40 мм - 2600 кгс/см.

6. 5. Бетон в сталежелезобетонных конструкциях должен применяться марки не ниже 200; требования морозостойкости должны соответствовать условиям его работы. Насыщенность сталежелезобетона арматурой весьма велика и потому бетон следует применять пластичной консистенции, а в некоторых случаях - литой с тем, чтобы качество укладки было надежно обеспечено без применения вибраторов. В том случае, если бетон литой консистенции не будет иметь необходимой морозостойкости, могут быть применены защитные окраски эпоксидными или другими водоотталкивающими эластичными пленкообразующими составами. Расчетные показатели бетона приведены в таблице 3.

Таблица 3

1. Температурно-влажностные воздействия относятся к особым нагрузкам в соответствии с п.3.10 СНиП II-50-74.

2. Арматуру, воспринимающую температурные и усадочные усилия, допускается предусматривать согласно п.5.9. СНиП II-56-77 только в тех случаях, когда другие конструктивные решения и технологические мероприятия не обеспечивают несущей способности или требуемой по условиям эксплуатации монолитности сооружения.

3. Напорные сталежелезобетонные конструкции проектируются нетрещиностойкими и потому расчет их должен производиться с учетом трещинообразования на совместное действие основного сочетания нагрузок и изменения температуры.

4. Расчет обделок туннелей на температурные воздействия следует производить при расчетной разности температур более 30 °С (см п.8.17 СНиП 238-73). Практически расчет производится лишь в особых случаях с учетом снижения усилий за счет набухания бетона и пр.

5. Расчет армирования спиральных камер на изменение температур допускается не производить потому, что анализ напряжений в арматуре натуры спиральной камеры Нурекской ГЭС показал, что изменение напряжений от изменения температуры в строительный период составило ±100 кгс/см, в период эксплуатации ±50 кгс/см.

6. Расчет напорных трубопроводов в кольцевом направлении допускается производить в следующем порядке:

1. а) Рассчитывается и конструируется сечение трубопровода (стальная часть и железобетонное кольцо) на действие основных нагрузок (внутреннего давления и др.)

2. б) Определяется наибольший температурный перепад.

   Для зимы за наружную принимается температура наиболее холодной пятидневки, для лета - среднемаксимальная. Соответствующая им температура воды, протекающей по трубопроводу, принимается по расчетам или аналогам.

3. в) Рассчитывается наибольший изгибающий момент в предположении изменения температуры в пределах сечения по прямой и учета жесткости сечения металла

   В формуле:

   0,00001 - коэффициент линейного расширения

   - расчетный температурный перепад, град.

   - жесткость сечения металла при наличии трещин, кгс/смхсм.

   - толщина сталежелезобетонной оболочки, см.

   - коэффициент, учитывающий работу растянутого бетона, принимается по СНиП II-56-77 прил.2, график 1.

4. г) Определяются суммарные усилия с учетом усилий от основных воздействий и , определяется сечение арматуры с учетом 0,9. Оно должно быть меньше или равно поставленному.

7. Расчет трубопроводов в направлении образующей не отличается от такового для железобетонных трубопроводов.

Рис.1. Конструкция развилки

Развилка трубопровода 2,6 м на два диаметром 1,6 м.

Сооружение II класса =1,2.

Статический напор 350 тс/м.

0,8х1,15=0,92

Расчет трубопровода 2,60 м;                 1,6 см.

     ;

     тс/м

     см/м.

Принимаем 1032 А-III = 80,43 см/м.

Расчет трубопровода 1,6 м,    1,0 см.

тс/м

см/м.

Расчет развилки производится в предположении, что она состоит из двух дисков. Толщина оболочки 2,0 см, 4,0 м.

тс/м

см/м.

Принимаем 13,340 А-III=167 см/м

5,0 м,    2,0 см

тс/м

см/м.

Принимаем 13,350 A-II=264 см/м

Сечение арматуры каркаса К-6 определяется из расчета на восприятие равнодействующей проекции давления на плоскость, нормальную к оси развилки, и составляет примерно

м.

тс.

см.

                               Принимаем 640 А-III=75,4 см. (см. рис.2)

Рис.2. Конструкция армирования развилки

    Пример N 2.

Запроектировать спиральную камеру применительно к условиям Рогунской ГЭС. Сооружение I класса. 1,25.

Внутренний максимальный диаметр 5,70 м, 2,85 м. (см. рис.3).

Рис.3. Конструкция спиральной камеры

Максимальный статический напор  - 310 м.

Гидродинамический напор максим. - 400 м.

Расчетный напор                                - 227 м.

Основное сочетание нагрузок 1, 1,15·0,8=0,92

При учете максимального гидродинамического напора =0,90.

Стальная оболочка из стали 09Г2            2,85 тс/см,

30 мм.

Арматура из стали А-III     3,75 тс/см.    Бетон марки 250.

Сечение 1.    400 тс/м,      0,90,           3х100 см,

2,85 м (см. рис.1)

4x3,33=13,340 А-III=168 см

Проверка сечения у статора

м,         8,66 м

тс/м

В сечении у статора работает консольная арматура, ребра и оболочка. Шаг ребер 40 см, арматура 260 А-II на ребро.

560 A-II на 1 п.м.=141,3 см

Оболочка 3       см

Ребра        

см

2,85 тс/см

Проверка сечения металла на горизонтальном диаметре

11,51+0,33=11,84 м                       шагсм

см/м >98 см/м

;         тс

см/м

Сечение 7.

400 тс/м,   0,90,        2,6·100 см,        2,39 м.

см/м

1040 А-III=125,7 см/м

Проверка консольной арматуры. Шаг ребер 40 см. 260 мм на ребро. 141,3 см/м

Оболочка 2,6 см                  260 см/м

Ребра        

=6,0 м,   =10,55-2,39=8,16

тс/м

см

Проверка достаточности сечения на горизонтальном диаметре

10,54+0,33=10,87 м.

Шагсм;      см/м

тс/м

Сечение 13.

400 тс/м;   0,90;        2х100 см

1,85 м.

          см/м

Эпюра изменения изгибающего момента по образующей

В сумме нормальные силы в водоводе и в кольце развилки остаются постоянными и только перераспределяются. Поэтому не представляется необходимым снимать кольцевую арматуру на последнем метре трубопровода и располагать ее в массиве развилки.

Расчет железобетонных сечений

202 тсм;                                   0,95;                                    900 тс/м

200 см

0,85

см

Сжатую оболочку можно вводить в расчет при условии ее совместной работы с железобетонной конструкцией.

42,0 тсм                                    0,95                                     200 см

0,056                                         0,97

Армирования не требуется.

При учете податливости массива развилки величина "" значительно уменьшается и сечение продольной арматуры, также может быть соответственно уменьшено. Однако в пределах 0,5 армирование в примыкании должно быть усилено, так как при испытаниях наблюдается образование кольцевых трещин в месте примыкания трубопровода к массиву.

Принимается армирование 10 32 АIII = 80,4 см/м на длину 1,0 м.

Пример N 5. Запроектировать плоский сталежелезобетонный затвор с металлической листовой облицовкой с обеих сторон железобетонной плиты применительно к проекту защиты г. Ленинграда от наводнений (водопропускные сооружения). Сооружение I класса капитальности. Габариты затвора: толщина плиты 1,67 м, пролет в свету 24,4 м, высота - 7 м, вес около 500 т. Тип затвора изображен на рис.6. Статический расчет затвора выполнен на ЭВМ "М-220" по программе "Плита" на поверхностные нагрузки в различных комбинациях. Наиболее неблагоприятным оказалось сочетание нагрузок от гидростатического давления воды и навала льда на длине 14,5 м в верхней части плиты (зимний вариант). При этом сочетании нагрузок максимальный изгибающий момент в середине пролета плиты затвора =586 т.м. Ширина расчетной полосы 100 см. В соответствии с указаниями п.5.2 СНиП II-50-74 для сооружений I класса капитальности при основном сочетании нагрузок 1,25.1,0=1,25.

Рис.6. Плоский сталежелезобетонный  затвор с круглыми пустотами

По технологическим условиям минимальная толщина листовой облицовки принята 8 мм (и со стороны Финского залива, и со стороны р.Невы). Листовая облицовка выполнена из стали марки 09Г2С с расчетным сопротивлением 3600 кг/см в соответствии с таблицей 51 приложения 1 СНиП II-23-81. Стержневая арматура класса А-III с расчетными сопротивлениями 3750 кг/см, 3000 кг/см. Бетон марки М400 с 175 кг/см, 18 кг/см; =3,3·10 кг/см. Коэффициенты условий работы приняты в соответствии с таблицей 6 СНиП II-56-77: для листовой арматуры 0,8·1,1=0,88, для стержневой арматуры =0,8·1,15=0,92.

Количество расчетной стержневой арматуры определяется в соответствии с указаниями п.6.3 настоящего "Пособия" по формуле:

;          ;          155 см

Величина определяется по графику, изображенному на рис.1 приложения 1 настоящего "Пособия", в зависимости от величины

- коэффициент условий работы бетона принят по таблице 2 СНиП II-56-77, =1,15

;                               0,915

0,915·155=142 см

На 1 п.м. (100 см) по высоте затвора поставлена в 2 ряда арматура в количестве 518 (приварены к листовой облицовке) и 545 (см. сетки С-2 на рис.6).

Расчет анкеровки листовой облицовки.

Анкеровка листовой облицовки осуществляется посредством наклонных стержневых анкеров 10АII (2850 кг/см), объединенных с продольной стержневой арматурой в сетки (С-2 и С-2' на рис.6). Количество сеток на 1 п.м. по высоте затвора 5 штук, угол наклона стержневых анкеров к плоскости листа 25°.

Величина усилия , воспринимаемого наклонным анкером диаметром , определяется по формуле, предлагаемой в книге: Н.Н.Стрелецкий "Сталежелезобетонные пролетные строения мостов". Москва, 1981.

,

где , - расчетное сопротивление и площадь сечения анкера,

     .

Величина усилия, воспринимаемого анкерами на ширине плиты затвора,

1,0 м               т

Величина скалывающих напряжений в средней части плиты при 102,6 т (соответствует 536 т.м.).

Величина суммарного скалывающего усилия на полупролете плиты (12,2 м) при ширине 1 м составляет

т

Определяем необходимое количество наклонных анкеров в полупролете плиты:

анкеров

Расчет прочности сечений, наклонных к продольной оси элемента, на действие поперечной силы.

Расчет выполняется в соответствии с указаниями п.п.3.243.27 СНиП II-56-77.

Из расчета на ЭВМ получены величины поперечных сил при различных сочетаниях нагрузок. Максимальная величина поперечной силы на приопорных участках в средней части плиты затвора составляет 102,6 т, в верхней части плиты (в зоне действия навала ледяного поля) 254 т (эпюра поперечных сил и схема теоретических, предполагаемых и расчетных наклонных трещин представлена на рис.6).

Проверяем условие (32) для приопорных, не ослабленных отверстиями, участков плиты затвора.

Средняя часть плиты: 102,6 т

                                       (32)

=1,15 коэффициент условий работы бетона, принимаемый по табл.2 СНиП II-56-77

1,25·102,6·10=128,5·10кг <0,25·1,15·175·100·155=780·10кг

Условие (32) выполнено; так как затвор является плитной конструкцией, требуется проверка условия (38):

;        =0,9 (по табл.2);       12 кг/см.

1,25·102,6·10=128,5·10кг <0,9·12·100·155=168·10кг

При выполнении условия (38) для плитных конструкций расчет поперечной арматуры не производится, поперечная арматура устанавливается конструктивно.

Проверяем условие (32) в зоне 1-го простенка (между 1-м и 2-м отверстиями), 74 т.

Определяем приведенную высоту сечения, ослабленного отверстиями (заштриховано на рис.7)

Рис.7. Расчет на поперечную силу по наклонным сечениям

=150·167-·50=25000-7850=17150 см.

114 см, 114-12=102 см.

1,25·74·10=92,5·10<0,25·1,15·175·100·102=510·10кг

Проверяем условие (38):

1,25·74·10=92,5·10кг <0,9·12·100·102=110·10кг

Условия (32) и (38) выполняются для участков, ослабленных отверстиями. Дальнейший расчет следующих простенков по длине полупролета по мере убывания величины поперечной силы не представлен.

Верхняя часть плиты: 254 т

Проверяем условие (32) на приопорном участке:

1. a) 1,25·254·10=317·10кг <0,25·1,15·175·100·155=780·10кг

   Проверяем условие (32) в 1-м простенке (между 1-м и 2-м отверстиями) 237 т

б) 1,25·237·10=296·10кг <0,25·1,15·175·102=510·10кг

Условие (32) выполняется

Проверяем условие (38):

1. a) 1,25·254·10=317·10кг >0,19·12·100·155=168·10кг

б) 1,25·237·10=296·10кг >0,9·12·100·102=110·10кг

Условие (38) не выполняется, требуется постановка расчетной поперечной арматуры.

Для расчета поперечной арматуры в соответствии с требованиями СНиП II-56-77 следует определить величину - поперечное усилие, воспринимаемое бетоном сжатой зоны в наклонном сечении.

                                                           (34)

Положение теоретического наиболее неблагоприятного наклонного сечения, определяемое углом , для элемента, загруженного равномерно распределенной нагрузкой (гидростатика + навал ледяного поля), определяется: конец наклонной трещины в сжатой зоне находится в точке приложения равнодействующей равномерно распределенной нагрузки, действующей на длине полупролета плиты 12,2 м, т.е. находится на расстоянии от опоры 6,1 м. Величины и в нормальном сечении, проходящем через конец теоретического наклонного сечения, следующие: 314,6 т.м.; 198 т;

Угол между наклонным сечением и продольной осью элемента определяется по формуле (37):

Для определения величины следует определить коэффициент =0,5+2, где

- относительная высота сжатой зоны сечения (над наклонной трещиной)

(с учетом листовой арматуры)

92,2 см; 0,8·100=80 см

0,5+2·0,34=0,5+0,68=1,18

=1,18·12·100·102·0,78=112000 кг =112 т

Расчет поперечной арматуры в наклонном сечении определяется по формуле (39), которая при армировании только одними хомутами (без отогнутой арматуры) имеет следующий вид:

В данном случае величина (см текст пункта 3.27 СНиП II-56-77 о приложении внешней нагрузки к растянутой или сжатой грани элемента).

Следовательно,

254 т;               1,15.

В соответствии с п.2.18 СНиП II-56-77 коэффициент условий работы арматуры для расчетов по поперечной силе принимается по таблице 6:

Количество поперечной арматуры определяется (в пределах наклонной трещины, т.е. эта арматура должна быть распределена на приопорном участке и в I и II простенках):

(см. поперечное армирование, сетки C-I' на рис.7)

При испытаниях опытных образцов - балок, моделирующих плиту затвора, первая наклонная трещина пересекла 1-й простенок и имела вид наклонной трещины 1, изображенной на рис.7.

Поэтому выполним расчет на поперечную силу наклонного сечения I:

Величины и в вершине наклонной трещины составляют

          250,6 т.м;                217,5 т,

     0,34;                       =1,18 (см. ранее)

    =1,18·12·100·102·0,94=135000 кг=135 т

     см.

Аналогично можно сосчитать на поперечную силу возможное наклонное сечение II, пересекающее второй простенок (такой расчет был выполнен и в соответствии с ним была поставлена поперечная арматура в простенках между отверстиями по всему пролету плиты затвора).

Расчет по деформациям

Выполненный статический расчет плиты затвора на ЭВМ по программе "Плита"* на поверхностные нагрузки дал также величины перемещений (прогибов) точек плиты. Максимальная величина прогиба для середины плиты составила 2,73 см; относительный прогиб

________________

* Программа расчета пластин на упругом основании винклеровского типа методом конечных элементов для ЭВМ типа М220 (Л.А.Гордон, И.Ш.Фридман, Энергия, 1974)

Расчет прогиба середины плиты затвора выполнялся обычным способом как для сплошной плиты без учета ослабления отверстиями. Возможность и правомерность такого расчета обусловлены данными экспериментальных исследований моделей плиты затвора. Опытные величины прогибов моделей с пустотами были практически равны, а в отдельных случаях даже меньше величин прогибов, полученных расчетным путем без учета ослабления отверстиями. Все это объясняется большой пространственной жесткостью сталежелезобетонных плитных элементов, а также принятой в конструкциях системой дисперсного армирования, обеспечивающей высокую жесткость последних.

Пример N 7* . Запроектировать плоский затвор со стальными фермами и железобетонными поясами применительно к условиям Кольской ПЭС. Сооружение I класса, 1,25. Максимальный напор 7,7 м, толщина затвора 1,0 м, толщина железобетонных поясов 0,1 м. Максимальная полосовая нагрузка при ширине полосы 0;6 м составляет 7,1·0,6=4,26 т/м. Пролет затвора в свету 16 м (рис.8). Для основного сочетания нагрузок 1,0. Допустимый относительный прогиб затвора составляет .

______________

* Нумерация примеров соответствует оригиналу.

Рис.8. Расчетные схемы плоского затвора со стальными фермами и железобетонными поясами

Толщина металлического листа в верхней и нижней жел. бет. плитах принимается по технологическим условиям минимальной (8 мм) в соответствии с указаниями п.5.18 настоящего "Пособия". Расчет стальных ферм на равномерно распределенную нагрузку (гидростатика), приведенную к узловой нагрузке, выполнялся графическим методом путем построения диаграммы усилий. Фермы также рассчитывались на нагрузку от свежеуложенного бетона плиты. Сечения поясов фермы приняты по усилиям, полученным из диаграммы усилий, 31,2 см (2 уголка 100x8) из стали 09Г2 гр.2 с расчетным сопротивлением 3400 кг/см. Верхний и нижний пояса ферм привариваются к стальному листу, входящему в металлический каркас сталежелезобетонных поясов (см. рис.8). Листовая арматура, толщиной 8 мм, из стали 09Г2С гр.2 с расчетным сопротивлением 3400 кг/см. Стержневая арматура класса А-III с расчетным сопротивлением 3760 кг/см. Бетон марки М400 (фибробетон с базальтовой фиброй повышенной трещиностойкости), 175 кг/см.

Коэффициенты условий работы:

для профильного (уголки поясов фермы) и листового металла

1,1·0,8=0,88;

для стержневой арматуры 1,15·0,8=0,92

для бетона 1,15            (СНиП II-56-77, табл.2 и 6).

Величина изгибающего момента в середине пролета в нижнем сечении плиты затвора (ширина расчетной полосы 0,6 м) составляет

т.м

В соответствии с указаниями п.6.3 настоящего "Пособия" сечение стержневой арматуры (растянутой) определяется по формуле:

________________
     * Брак оригинала.

; 91,2 см

Величина определяется в зависимости от величины по графику, изображенному на рис.1 приложения 1 "Пособия"

;           0,91;

          0,91·91,2=83 см

т.е. стержневая арматура по расчету не требуется, растягивающие усилия воспринимаются листовой и уголковой арматурой. Продольную стержневую арматуру устанавливаем конструктивно 810 из арматуры класса А-II.

Расчет затвора по деформациям

Перемещения (прогибы) сталежелезобетонных затворов с несущими металлическими фермами от нагрузки определяются как перемещения узлов статически определимых ферм по известным формулам строительной механики; см. например, раздел 10.1.3 Справочника проектировщика промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений (расчетно-теоретический), книга 1, Стройиздат, М., 1972, стр.559-560.

Определение перемещений (прогибов) узлов ферм выполняется аналитическим методом с учетом жесткости сталежелезобетонных поясов; при этом площадь сечения бетона приводится к металлу по формуле:

,                 где

Для выполнения расчетов целесообразно использование ЭВМ. Анализ, проведенный во ВНИИГ, показал, что при принятых в п.5.15 "Пособия по проектированию сталежелезобетонных конструкций гидротехнических сооружений" соотношениях размеров плиты затворов и удовлетворению условию прочности прогибы затвора обычно составляют

Прогиб рассматриваемого в настоящем примере затвора находится в пределах допустимого.

Текст документа сверен по:
/ Министерство энергетики
и электрификации СССР;
ГЛАВНИИПРОЕКТ. - М., 1984