Расчёт резервуара водонапорной башни

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Расчёт резервуара водонапорной башни

1. Выбор типа башни и материала конструкции

Водонапорная башня - это сооружение в системе водоснабжения для регулирования напора и расхода воды в водопроводной сети, создания её запаса и выравнивания графика работы насосных станций.

Водонапорная башня состоит из бака (резервуара) для воды, обычно цилиндрической формы, и опорной конструкции (ствола). Регулирующая роль водонапорной башни заключается в том, что в часы уменьшения водопотребления избыток воды, подаваемой насосной станцией, накапливается в водонапорной башне и расходуется из нее в часы увеличенного водопотребления. Высота водонапорной башни (расстояние от поверхности земли до низа бака) обычно не превышает 25 м, в редких случаях - 30 м; ёмкость бака - от нескольких десятков мі (для малых водопроводов) до нескольких тысяч мі (в больших городских и промышленных водопроводах). Опорные конструкции выполняются в основном из стали, железобетона, иногда из кирпича, баки - преимущественно из железобетона и стали. Водонапорные башни оборудуют трубами для подачи и отвода воды, переливными устройствами для предотвращения переполнения бака, а также системой замера уровня воды с телепередачей сигналов в диспетчерский пункт. Вода качается насосами из-под земли.

Емкость резервуара водонапорной башни принимается исходя из СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения». Удельное хозяйственно-питьевое водопотребление в населенных пунктах на одного жителя составляет 160 л/сут. (при застройке зданиями с внутренним водопроводом и канализацией с ванными и местными водонагревателями).

Принимаем к проектированию одну водонапорную башню объемом 100 мі.

железобетонный резервуар водонапорный башня

Для стен и днища резервуара применяют бетон классов по прочности на сжатие В15…В30, марок по водонепроницаемости - W4…W10, по морозостойкости F100…F150.

Чтобы обеспечить водонепроницаемость, применяемый бетон должен быть по возможности плотным, что достигается особым подбором его состава при наименьшем водоцементном отношении, а также особо тщательным уплотнением при формировании. Для резервуаров рекомендуется применять арматуру: без предварительного напряжения - класса A-III (допускается A-II и A-I в качестве конструктивной и монтажной) и класса Bp-I; с предварительным напряжением (для цилиндрических стен) - классов A-IV,A-VI,Bp-II.

При проектировании железобетонных резервуаров, используемых для хранения питьевой воды, необходимо предусматривать следующие мероприятия:

- вентиляцию резервуаров через специальные фильтры;

- гидроизоляцию покрытия, стен, днища резервуаров;

- обработку всех внутренних поверхностей конструкций до получения гладкой поверхности без раковин и пор;

- омоноличивание всех стыков сборных конструкций бетоном на расширяющемся цементе для повышения водонепроницаемости и герметичности резервуаров.

В работе рассчитывается железобетонный резервуар шатровой водонапорной башни. Конструкция резервуара с цилиндрической стеной и плоским несущим днищем, лежащим на сплошном железобетонном перекрытии опорной конструкции. Опорная конструкция башни представляет собой железобетонную рамную опору. Фундамент башни - железобетонный монолитный, ленточно-кольцевой. Класс бетона - В20, арматура с предварительным напряжением класса A-IV.

2. Определение расчетных усилий в стенке резервуара

Жидкость, содержащаяся в резервуаре, оказывает на его стены гидростатическое давление, линейно возрастающее с увеличением глубины. Гидростатическое давление вызывает в стене кольцевые растягивающие силы (кольцевое усилие), возрастающие пропорционально увеличению гидростатического давления воды (рисунок 1).

Рисунок 1 - Схема к расчету стенки цилиндрического резервуара: а- вертикальный разрез резервуара; б- эпюры кольцевого усилия и изгибающего момента при жестком сопряжении стенки с днищем.

По высоте резервуара кольцевое усилие изменяется по следующей зависимости:

, кН/м, (1)

где - кольцевое усилие в рассматриваемом сечении, определяемое по формуле:

, кН/м, (2)

где - удельный вес воды, кН/м³;

- расстояние от поверхности воды до рассматриваемого сечения, м;

- радиус резервуара, м;

- гидростатическое давление воды у днища резервуара

, кН/м², (3)

где - высота резервуара, м;

, - коэффициенты для расчета балок на упругом основании, которые зависят от параметра , характеризующего высоту и жесткость стенки;

, (4)

где - расстояние от низа стенки до рассматриваемого сечения, м;

- характеристика жесткости стены,

, м, (5)

где - толщина стенки, мм.

При жестком соединении стенки с днищем изгибающий момент по высоте резервуара при действии давления воды вычисляется по формуле:

, кНм (6)

3. Расчет стенки цилиндрического резервуара

В цилиндрической стенке от гидростатического давления жидкости возникают кольцевые растягивающие усилия (рисунок 2).

Рисунок 2 - Расчетная схема к определению кольцевых растягивающих усилий в цилиндрической стенке: а- вертикальный разрез резервуара; б- сечение в плане (половина кольца)

Величина кольцевых усилий в стенке возрастает пропорционально гидростатическому давлению воды. Для определения кольцевых усилий разобьём высоту H резервуара на зоны (кольца) (рисунок 3).

Рисунок 3 - К расчету цилиндрической стенки резервуара: а- разбиение высоты резервуара на зоны; б- эпюра кольцевых усилий; в- эпюра изгибающего момента; г- эпюра гидростатического давления воды.

Так как в данном проекте предусмотрена жесткая заделка стенки в днище, кольцевые растягивающие усилия определяются по формуле (2). Алгоритм вычисления кольцевых усилий приведен в таблице 1.

При определении коэффициенты и определяются по таблице 2.1 [23].

От гидростатического давления воды в вертикальной плоскости стенки возникают изгибающие моменты, определяемые по формуле (7). При этом максимальный изгибающий момент определяется по формуле:

, кНм (7)

кНм

Распределение момента от давления приведено в таблице 1.

Таблица 1 - Распределение кольцевых усилий и изгибающих моментов по высоте резервуара

4. Расчет стенки резервуара по первой группе предельных состояний

Расчет площади сечения кольцевой арматуры

Площадь сечения кольцевой арматуры стены определяют как в центрально-растянутом элементе отдельно для каждой зоны. При расчете сечений центрально- растянутых железобетонных элементов соблюдается условие:

, кН, (8)

где - расчетное сопротивление растяжению продольной арматуры, МПа (для арматуры класса А - IV);

- площадь сечения всей продольной арматуры, мм².

Таким образом, требуемая площадь арматуры будет определяться по формуле:

, мм²; (9)

где - кольцевое усилие, кН/м.

При подборе кольцевой арматуры по высоте стенки необходимо учитывать следующие конструктивные особенности:

при армировании вразбежку в каждом кольце (на 1 м) предусматривать не менее 5 диаметров рабочей арматуры;

при симметричном армировании в два ряда - не менее 10 диаметров арматуры;

на всю высоту стенки использовать не более 3 разных диаметров рабочей арматуры по сортаменту

Расчет проводится отдельно для каждой зоны резервуара, результаты сводятся в таблицу 2.

Таблица 2 - Подбор диаметров кольцевой арматуры резервуара

Количество и диаметр арматуры назначены в соответствие с приложением 6 [1].

Расчет площади сечения вертикальной арматуры

Площадь сечения вертикальной арматуры стен определяют как в изгибаемом элементе. Ее расчетное количество находят расчетом на максимальный изгибающий момент и размещают в нижней части стены с защитным слоем 15 мм; выше предусматривают конструктивное армирование.

В случае если требуется незначительное количество арматуры, то она назначается конструктивно - не менее 5 диаметров на 1 пог. м. с каждой стороны стенки.

Из условия обеспечения прочности нормальных сечений выполняем расчет арматуры на 1м ширины плиты.

Расчетное сечение стенки имеет размеры:

b=1000 мм, h=150 мм, h₀=h-a=150-75=75 мм- рабочая высота сечения.

Вычисляем значение :

, (10)

где - максимальный изгибающий момент, кНм;

- расчетное сопротивление бетона сжатию, МПа.

Расчетное сопротивление бетона сжатию определяется по формуле:

,МПа, (11)

где - коэффициент условия работы бетона, принимаемый по приложению 2 [1] при твердении под водой, ;

- расчетное сопротивление сжатию бетона для предельных состояний первой группы при классе бетона по прочности на сжатие В20, МПа.

МПа

Так как полученное значение (для бетона марки В20), то сжатая арматура не требуется.

;

Сечение растянутой арматуры определяется следующим образом:

, мм², (12)

мм²

, мм², (13)

мм²

В соответствии с сортаментом арматуры принимаем 5 стержней Ш 12 мм класса A-IV при шаге 200мм с А_S= 565мм².

5. Расчет стенки резервуара по второй группе предельных состояний

Стены резервуаров относятся к 1-й категории требований к трещиностойкости, т.е. образование в них трещин недопустимо. Расчет предварительно напряженных центрально-обжатых железобетонных элементов при центральном растяжении силой N должен производиться из условия:

, (14)

где - усилие, воспринимаемое сечением, нормальным к продольной оси элемента, при образовании трещин и определяемое по формуле:

, кН, (15)

где - расчетное сопротивление бетона осевому растяжению для предельного состояния второй группы, МПа;

- площадь всего бетона в поперечном сечении, =150000мм²(площадь сечения пояса высотой 1м и толщиной м);

- площадь сечения рабочей (кольцевой) арматуры, мм²;

- коэффициент, определяемый по формуле:

, (16)

где - модуль упругости арматуры, МПа;

- начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении, МПа.

кН

При действии максимальной кольцевой силы кН, условие кН<кН соблюдается. Следовательно окончательно принимаем рабочую арматуру класса А - IV с Ш 10 мм.

Размещено на Allbest.ru