Конструкції будівель насосних станцій

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

 

з дисципліни

 

«Інженерні конструкції

Гідротехнічних споруд»

 

Змістовний модуль №3

 

«Залізобетонні конструкції гідротехнічних

Споруд»

 

 

Рівне 2013

Конспект лекцій з дисципліни «Інженерні конструкції гідротехнічних споруд» (Змістовний модуль №2 «Залізобетонні конструкції гідротехнічних споруд») для студентів за напрямком підготовки 6.060103 «Гідротехніка (водні ресурси)» професійного спрямування «Гідромеліорація» денної та заочної форм / О.І. Корнійчук, Рівне: НУВГП, 2013. - 40 с.

 

Упорядники: О.І. Корнійчук, канд. техн. наук, ст. викладач

 

Відповідальний за випуск: Є.М. Бабич, доктор техн. наук, професор, завідувач кафедри інженерних конструкцій.

 

© Корнійчук О.І., 2013

© НУВГП, 2013

 

Конструкції будівель насосних станцій

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

Основні положення розрахунку та конструювання

Габаритні розміри будівель та їх окремих елементів призначаються виходячи із умов забезпечення нормального функціонування споруди, параметрів технологічного та вантажопідйомного обладнання, необхідного розміщення технічних приміщень.

Надземну частину споруди проектують як звичайну промислову будівлю.

Прольоти надземної частини приймають від 6 до 24 м, крок колон 6 або 12 м.

Висоту приміщень приймають в приміщеннях

· безкранових та з підвісними кранами - 3…6 м,

· з мостовими кранами 8,4…18 м.

Підземну частину будівель насосних станцій камерного та блочного типів проектують як гідротехнічні споруди.

Бетон підземної частини призначають виходячи з необхідних характеристик міцності, водонепроникності, сульфато- та морозостійкості.

Підземні споруди камерного типу розраховують як прямокутний резервуар, шахтного типу – як вертикальну трубу круглого або прямокутного перерізу.

Всі інші конструкції (перекриття, стіни, фундаментну плиту, тощо) розраховують як звичайні наземні конструкції (див. попередні теми).

 

 

Залізобетонні труби, шлюзи-регулятори та лотоки

11.

Шлюзи-регулятори

Регулятор (шлюз-регулятор) – гідротехнічна споруда, яка використовується для регулювання рівня та режиму витрат води на водоймах різного типу.

 Складається з вхідних і вихідних оголовків, водопропускної частини та затворів.

За конструкцією водопропускної частини шлюзи-регулятори поділяються на відкриті та закриті (трубчасті). Вибір типу водопропускної частини залежить від необхідного гідротехнічного режиму, місцевих умов, наявних будівельних матеріалів, тощо.

Регулятори виконують одно-, дво- та багатовітковими.

На практиці найчастіше використовують регулятори відкритого типу, які виконують трапецієподібного або прямокутного перерізу. Прямокутний переріз є кращим у конструктивному та гідравлічному відношенні.

Найчастіше шлюзи-регулятори об’єднують з пішохідними або автомобільними мостами.

В загальному випадку на шлюзи-регулятори діють наступні навантаження:

- власна вага складових частин регулятора: стінок, днища, затвору та мосту,

- тиск води,

- вертикальний та горизонтальний тиск ґрунту, враховуючи навантаження на поверхню ґрунту,

- тимчасове рухоме навантаження на мосту (визначається за відповідними нормами проектування),

- зовнішніх тиск ґрунтових вод.

 

1 – тиск води, 2 – бічний тиск ґрунту,  враховуючи навантаження на поверхню  ґрунту, 3 – реактивний тиск ґрунту, 4 – тимчасове     навантаження на міст, g – постійні навантаження

Рис. 11.10. Схема навантажень на шлюз-регулятор

 

Розрахунок водопропускної частини відкритих регуляторів виконують для стадії експлуатації, коли діють всі навантаження, а також будівництва (діє лише власна вага) та ремонту, коли вода в шлюзі або його окремих вітках відсутня.

Статичний розрахунок можна виконувати наближеним методом або за допомогою ЕОМ.

При наближеному методі шлюз умовно розподіляють на стіни та днище.    

Стіну розглядають як стояк, один кінець якого жорстко защемлений у днищі, а другий або шарнірно опертий на конструкцію мосту, або вільний (тобто стояк розраховують як консольну балку).

 

Рис. 11.11. Розрахункова схема та епюри зусиль у стінці шлюзу:

а) при наявності мосту, б) за відсутності мосту

1 – тиск води, 2 – бічний тиск ґрунту, враховуючи навантаження на поверхню ґрунту

 

Днище розглядають як балку на пружній основі.

Рис. 11.12. Розрахункова схема, епюри тиску та зусиль у днищі шлюзу: 1 – тиск води; Р, М, Н – зусилля, що передаються від стінки

 

Закриту (трубчасту) водопропускну частину розраховують та конструюють так само як трубу відповідного перерізу (круглого або прямокутного).

Лотоки

Для зменшення фільтраційних втрат води, попередження засолення та заболочення ґрунту на іригаційних системах використовуються залізобетонні лотокові канали.

Лотоки поділяються:

· за формою поперечного перерізу: параболічні та напівкруглі,

· за армуванням: із звичайною (довжина до 6 м) та попередньо напруженою арматурою (довжина до 8 м),

· за формою кінців лотока: розтрубні та рівні.

Глибину лотоків 40…180 см з кроком 20 см, товщина стінок змінна із збільшенням внизу лотока – 4…8 см.

Напівкруглі лотоки за однакової висоти мають більшу пропускну здатність та в них менші максимальні поперечні згинальні моменти, але параболічні лотоки мають більшу поздовжню жорсткість та легші у виготовлені.

Залежно від топографічних та геологічних умов бувають наступні види опор для лотокових каналів:

· опорні фундаментні плити, що вкладаються на грунт (рис. а),

· опори (стояки або рами) з фундаментами мілкого закладення (рис. б, в),

· пальові опори (рис. г).

 

Рис. 11.13. Види опор лотокових каналів:

1 – лоток, 2 – сідло або розтруб лотока, 3 – фундаментна плита,

4 – піщана основа, 5 – опора, 6 – фундамент, 7 – паля-стояк

 

Залежно від кінців труб стики лотоків бувають розтрубними або      у сідлах (якщо кінці лотоків рівні).

Рис. 11.14. Стики лотоків: а) розтрубний, б) у сідлі:

1 – лоток, 2 – мастика, 3 – пороізол (гума), 4 – опора,  

5 – обмежувач (антисептована деревина), 6 – сідло

 

 Для виготовлення лотоків використовують гідротехнічний бетон класу не нижче В25.

Ненапружена поздовжня арматура приймається класу А400, (А500) та розміщується частіше в нижній частині лотока, поперечна – Вр-І. Напруженою приймається лише поздовжня арматура класів Вр-ІІ, А500, А600, яка розміщується в нижній частині лотока.

На лотоки діють власна вага, тиск води та тиск вітру. Вони розраховуються як в стадії експлуатації, так і виготовлення, монтажу та ремонту.

Лотоки розраховуються на дію власної ваги та тиску води як тонкостінні циліндричні оболонки.

При умові, що L ≥ 4·B (де В, L – ширина та довжина лотока) в поздовжньому напрямку лотік розраховують як балку на двох опорах.

В поперечному напрямку криволінійну форму лотока   замінюють на ламану і в точках злому визначають зсуваючі зусилля S_k, а за ними згинаючі моменти М_і:

,        (11.7)

де М_0і – момент в і-й точці, обчислений як для консолі,

Т_k – сумарне зсуваюче зусилля по к-й грані.

 

Рис. 11.15. Розрахункова схема (а) та приклад поперечного армування лотока (б)

 

 

12.

Акведуки

Акведук (від лат. водогін) – це гідротехнічна споруда, яка призначена для транспортування води через річки, яри, дороги та інші перешкоди. По конструктивній схемі акведуки подібні до мостів, тому їх часто називають мостами-водоводами.

Акведук складається з лотока, пролітної будови, проміжних та берегових опор, а також фундаментів. Можуть бути монолітними, збірними та збірно-монолітними.

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

12.1

Лотоки

За конструктивними ознаками лотоки бувають закритого  типу у вигляді одно- (рис. 12.1.а) або двоконтурної (рис. 12.1.б) труби прямокутного перерізу (при невеликих витратах води), або відкритого типу різної форми (рис. 12.1.в-ж).

Розміри поперечного перерізу лотока визначають гідравлічним розрахунком, а товщину стінок і днища визначають розрахунками на міцність та тріщиностійкість.

Товщина монолітних стінок 12…40 см, збірних – 8…20 см.

Часто лотоки проектують таким чином, щоб вони сприймали навантаження не лише в поперечному, але і в поздовжньому напрямку, тобто виконували одночасно і функцію прольотної будови.

Рис. 12.1. Форми поперечного перерізу монолітних (а – е) та збірних (є, ж) лотоків: 1 – лоток, 2 – опора, 3 – стяжки (через 1,5…2,0м),

4 – збірні балки, 5 – балки-стінки, 6 – плита-днище

 

 

Прольотні будови

Сприймають зусилля, які виникають в акведуці у поздовжньому напрямку.

Залежно від розмірів і характеру перешкод, використаних конструкцій, геологічних та інших умов прольотні будови виконують за наступними схемами:

Балочна схема

· з розрізними балками: використовується, як правило, для збірних акведуків, найбільш прості в конструктивному плані, L ≤ 10 м (рис. 12.2.а), для збільшення всіх або окремих прольотів доцільно посилювати однопролітні балки шпренгелями або фермами  (рис. 12.2.б-в);

· з нерозрізними балками: L = 15…20 м (рис. 12.2.г)

· з консольними балками: при одній консолі L_c1 = 0,41·L, при двох консолях L_c2 = 0,35·L (рис. 12.2.д)

2. Арочна схема: застосовується при відносно не широких  30…40 м, але глибоких перешкодах з міцними схилами (рис. 12.3.а)

3. Рамна схема: використовується при монолітних акведуках, при такій схемі конструкція чутлива до просідання опор (рис. 12.3.б).

Рис. 12.2. Балочні прольотні будови акведуків:

а) з розрізними балками; б), в) з розрізними балками посиленими шпренгельними фермами та арочною фермою;

г) з нерозрізними балками;

д) з консольними балками

Рис. 12.3. Арочна (а) та рамна (б) прольотні будови акведуків

 

Залізобетонні резервуари

13.

Прямокутні резервуари

Найбільш економічніші при об’ємах більше 5000…6000 м³, проте використовуються і при менших об’ємах через свою простоту та компактність.

Зусилля в стінках прямокутних резервуарів не залежать від розмірів резервуару в плані, тому в резервуарах різної ємкості використовуються однотипні елементи.

Збірні прямокутні резервуари складаються з типових уніфікованих конструкцій: стінові панелі, колони, фундаменти, ригелі, ребристі плити покриття (балочні 1,5 х 6 м або оперті по контуру 4 х 4 м).

Розміри в плані кратні 6 м (загальна довжина до 96 м), висота, як правило, – 3,6 або 4,8 м.

Ширина стінових панелей складає 3 м мінус ширина стику – 2…20 см (залежно від типу вибраного стика (див. рис. 13.1): призматичний або шпоночний).

Рис. 13.7. План та поперечний переріз збірного прямокутного резервуару

 

Монолітні прямокутні резервуари використовуються значно рідше ніж збірні. Вони складаються зі стінок постійної або змінної по висоті товщини. Стінки монолітних резервуарів висотою до 4 м виконують переважно гладкими, а при більшій висоті – із вертикальними зовнішніми ребрами (рис. 13.8).

Покриття монолітних резервуарів, як правило, виконують безбалочним або монолітним ребристим.

В прямокутних резервуарах з’єднання стін з днищем – жорстке, стін з покриттям - шарнірне або жорстке (для монолітних резервуарів).

 

 

Рис. 13.8. Схема резервуара з вертикальними ребрами

1 – стінка, 2 – вертикальне ребро

 

Стінки прямокутних резервуарів розраховують на міцність та тріщиностійкість так само як і циліндричних резервуарів: окремо на зусилля від дії гідростатичного тиску рідини та бічного тиску ґрунту, та відповідним чином армують.

Залежно від співвідношення сторін можуть бути три варіанти розрахунку стінки:

·  при c / H > 2 (рис. 13.9.а) – стінка працює на згин в короткому напрямку, вирізають вертикальну ділянку стіни шириною    1 м та розглядають її як балку один кінець якої жорстко защемлений в днищі, а другий шарнірно рухомий або жорстко защемлений, робоча арматура вертикальна,

· при с / Н < 0,5 (рис. 13.9.б) – стінка працює на згин в короткому напрямку, її розраховують як нерозрізну багатопрольотну балку шириною 1 м, робоча арматура розміщена горизонтально згідно епюри моментів,

· при 0,5 ≤ c / H ≤ 2 (рис. 13.9.в) – ділянка стінки між ребрами працює як плита оперта по контуру, стінка працює на згин в двох напрямках, робоча арматура розміщується як вертикально, так і горизонтально.

Рис. 13.8. Випадки розрахунку стінок прямокутного резервуару

Рис. 13.9. Вузли прямокутного збірного резервуару

14.

Бетонні облицювання

Бетонні облицювання виконують лише монолітними

Для кріплення скосів гребель влаштовують монолітну плиту товщиною 15…50 см і розмірами від 5х5 м до 20х20 м, або навіть, більше. Між такими плитами утворюють деформаційні шви відкритого або за­критого типу. Кріплення каналів виконують бето­ном товщиною до      20 см, який вкладають на шар дренуючої осно­ви з гравію, щебеню або крупнозернистого піску. Бетонні обли­цювання повинні мати мінімальну кількість швів між плитами (не більше 0,3% від загальної площі).

 

Залізобетонні облицювання

Залізобетонні облицювання виконують монолітними, збірними та збірно-монолітними. Порівняно з бетонними мають мен­ші витрати бетону, оскільки їх товщина значно менша (10...20 см). Виконуються, як правило, збірними або збірно-моноліт­ними.

Розміри збірних плит визначають залежно від вантажопідйомності монтажних засобів. Окремі дрібні плити об'єднують у більш вели­кі (карти) розміром до 20х20 м. У цьому випадку між великими плитами влаштовують температурно-деформаційні шви, а між ок­ремими дрібними плитами у межах карт — жорсткі стики, які ма­ють таку ж міцність, як і плити.

Монолітні та збірно-монолітні облицювання порівняно зі збір­ними мають ряд переваг: забезпечують грунто- та водонепроникність, мають більшу міцність та жорсткість.

 

Рис. 14.1. Конструкція кріплення скосів земляних гребель:

1 – полегшене кріплення скосу та дна, 2 - упор на споді основного кріплення (бетонний блок, залізобетонна плита, кам’яна призма, що запобігає сповзанню основного кріплення), 3 – підготовка товщиною не менше 20 см (одношаровий зворотній фільтр), 4 – основне кріплення,

5 – парапет, 6 – засипка

Рис. 14.2. Конструктивні схеми кріплення скосів зрошувальних (а) та осушувальних (б) каналів:

1 – заплечники з монолітного бетону,2 – суцільні збірні залізобетонні плити, 3 – монолітний бетон дна каналу, 4 – суцільні збірні залізобетонні плити дна каналу, 5 – синтетична плівка, 6 – збірні залізобетонні плити з дренажними отворами, 7 – збірні залізобетонні решітчасті лотоки, 8 – збірна залізобетонна розпірка, 9 – збірна залізобетонна решітчаста плита, 10 – засипка

 

 

Зміст

10. Конструкції будівель насосних станцій.. 3

10.1.    Загальні відомості, класифікація. 3

10.2.    Основні положення розрахунку та конструювання. 4

11. Залізобетонні труби, шлюзи-регулятори та лотоки.. 5

11.1.    Загальні відомості про труби. 5

11.2.    Розрахунок та конструювання круглих труб. 7

11.3.    Розрахунок та конструювання труб прямокутного перерізу. 9

11.4.    Шлюзи-регулятори. 11

11.5.    Лотоки. 14

12. Акведуки та консольні перепади.. 16

12.1.    Акведуки. 16

12.1.1. Лотоки. 16

12.1.2. Прольотні будови. 17

12.1.3. Проміжні опори та фундаменти. 19

12.2.    Консольні перепади (водоскиди) 19

12.3.    Розрахунок та конструювання акведуків та                          консольних перепадів 21

13. Залізобетонні резервуари.. 23

13.1.    Загальні відомості про резервуари. 23

13.2.    Круглі (циліндричні) резервуари. 25

13.2.1. Розрахунок стінки круглого резервуару від тиску рідини. 27

13.2.2. Розрахунок стінки круглого резервуару від тиску ґрунту. 29

13.3.    Прямокутні резервуари. 30

14. Кріплення скосів каналів та земляних гребель. 33

14.1.    Конструктивні схеми кріплення скосів. 33

14.1.1. Бетонні облицювання. 33

14.1.2. Залізобетонні облицювання. 33

14.2.    Збірні залізобетонні плити для кріплення скосів. 35

14.3.    Стики бетонних та залізобетонних облицювань. 36

14.4.    Особливості розрахунку облицювань. 38

 

 

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

 

з дисципліни

 

«Інженерні конструкції

Гідротехнічних споруд»

 

Змістовний модуль №3

 

«Залізобетонні конструкції гідротехнічних

Споруд»

 

 

Рівне 2013

Конспект лекцій з дисципліни «Інженерні конструкції гідротехнічних споруд» (Змістовний модуль №2 «Залізобетонні конструкції гідротехнічних споруд») для студентів за напрямком підготовки 6.060103 «Гідротехніка (водні ресурси)» професійного спрямування «Гідромеліорація» денної та заочної форм / О.І. Корнійчук, Рівне: НУВГП, 2013. - 40 с.

 

Упорядники: О.І. Корнійчук, канд. техн. наук, ст. викладач

 

Відповідальний за випуск: Є.М. Бабич, доктор техн. наук, професор, завідувач кафедри інженерних конструкцій.

 

© Корнійчук О.І., 2013

© НУВГП, 2013

 

Конструкції будівель насосних станцій

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.