Железобетонные конструкции для эксплуатации в агрессивных газовых средах
Специальные проектные требования по повышению коррозионной стойкости железобетонных конструкций можно разделять на конструктивные и технологические.
Конструктивные включают требования к форме конструкций, толщине защитного слоя бетона у арматуры, ширине раскрытия трещин и категориям расчета то трещиностойкости.
Технологические требования направлены на повышение стойкости бетона (путем подбора состава, повышения плотности, выбора специальных цементов п заполнителей, соответствующего арматуры и защиты конструкций (полимерными материалами.
(Конструктивные мероприятия то обеспечению необходимой коррозийной СТОЙКОСТИ осуществляются в процессе проектирования, а технологические—в процессе изготовления и монтажа конструкций.
ЦНИИПромзданпй и НИИЖБ совместно (проанализировали проектные материалы типовых железобетонных конструкций с целью определения возможности их применения в производствах с агрессивными средами.
В результате проведенного анализа выявилась возможность использовать значительную часть конструкций в условиях воздействия слабо- и среднеагрессивных газовых сред. При этом понадобилось создание дополнительных проектных материалов—руководств по использованию чертежей типовых конструкций и непосредственная корректировка чертежей, связанная главным образом с изменениями арматурных каркасов ввиду увеличения толщины защитных слоев арматуры (серия 1.400.1). Остались без изменения трещиностойкость, внешние геометрические очертания и размеры, а следовательно, н опалубочные формы для изготовления (конструкций
Иначе обстоит дело при проектировании (конструкций применительно к (производствам с сильноагрессивпыми средами.
Существенные отклонения от типовых решений связаны в этом случае с повышенными требованиями трещиностойкости и увеличением защитных слоев до 20—25 мм.
Так, для силиноагрессивных сред в обычных конструкциях со стержневой арматурой периодического профиля не допускается раскрытие трещин более 0,1 мм, а в (предварительно напряженных (конструкциях со стержневой и Проволочной напрягаемой арматурой вообще не допускается появление трещин, и при расчете по третьему предельному состоянию для них принимается соответственно первая и вторая категории трещин от стойкости.
Учитывая значительную потребность в конструкциях, работающих в зданиях с сильноагрессивной средой, некоторые проектные ((Прочстройпроект н др.) и научно-исследовательские (ЦНИИПромзданпй, НИИЖБ) организации осуществляют типовое экспериментальное проектирование обычных и предварительно напряженных сборных железобетонных конструкций, предназначенных для эксплуатации в сильно-агрессивных средах.
Расчет балок и тонкости от воздействия основных нагрузок с покрытия, монтажных нагрузок усилим обжатия три отпуске предварительного натяжения производился по нормальным и наклонным течениям.
Для (предупреждения появления трещин п верхнем поясе балок «три отпуске натяжения нижней арматуры предусмотрено расположение напрягаемой арматуры также к в верхней зоне.
Проектным институтом разрабатываются двускатные балки пролетом 12 м 18 м для покрытий зданий с сильноагрессивной средой.
Фермы. Одной из наиболее сложных задач создания конструкций ферм Для снльноагрессивных сред является предупреждение появления трещин или ограничения их раскрытия we только в нижнем -поясе фермы, wo также и в растянутых раскосах, узлах к других элементах.
В 1967—1968 гг. для сильноагрессивных сред были разработаны рабочие чертежи экспериментальных предварительно напряженных подстропильных ферм и стропильных сегментных ферм.
Подстропильные фермы (объект 1969-Э) пролетом -12 м предназначены для опнранпя на них типовых стропильных ферм пролетами 18/24 п 30и с шагом ферм 6 м, в зданиях со скатными покрытиями, возводимых в I—IV районах снеговой нагрузки.
Фермы разработаны в трех вариантах:
1) в опалубке подстропильных ферм серии ПК-01-ПО с симметричным расположением напряженной арматуры и нижнем поясе и паЛИирижепной в растянутых раскосах;
2) в опалубке подстропильных ферм серии ПК-01-110 с симметричным расположением напряженной арматуры в нижнем поясе и растянутых раскосах;
3) с некоторым измененном опалубочных форм подстропильных ферм серии ПК-01-110 с несимметричным -расположением напряженной арматуры поясе и растянутых раскосах.
Подстропильные фермы первого варианта разработаны применительно не изготовлению их 41Л действующих заводах железобетонных изделий с натяжением стержневой арматуры нижнего пояса на упоры.
Подстропильные фермы второго п третьего вариантов разработаны (применительно к новым стендам, (позволяющим производить натяжение арматуры как в нижнем поясе, так и в раскосах.
Фермы рассчитаны с учетом жесткости узлов как статически неопределимые. Предварительно напряженные и растянутые раскосы рассчитаны mo II категории, не напряженные растянутые раскосы — по III категории с ограничением величины трещин в бетоне то длине не более 0,(1 мм и в местах примыкания поболее 0,2 мм.
Из представленных трех вариантов наиболее целесообразной является конструкция ферм, изготовляемых по одностадийной технологии с натяжением домкратами стержневой арматуры нижнего пояса н растянутых раскосов на упоры при несимметричном расположении арматуры.
Стропильные фермы пролетом 18 м с шагом 6 jh и разрабатывались на базе ферм серии ПК-01-129. При проектировании ферм былорассмотрено пять вариантов конструктивного решения, из которых наиболее предпочтительными являются:
1) вариант ферм, выполненных с сечениями элементов ферм ПК-01-129, но с увеличением расхода продольной арматуры решетки для обеспечения ее трещиностойкость:
2) вариант ферм, выполняемых с сечением поясов по серии ПК-0Ы29 и с увеличенным сечением элементов решетки по ширине поясов ферм. При этом в первом варианте расход стали увеличивается до 7—12%, а во втором — на 10—15% от общего расхода стали на аналогичную ферму серии ПК-01-129.
Применение ферм по указанным двум вариантам целесообразно три шаге 6 м в связи с тем, что три незначительном увеличении сечения арматуры удается достигнуть напряжений, позволяющих шо всех случаях (в том числе и н местах примыкании элементов к поясам) получить минимальную величину раскрытия трещин, меньше нормированной— 0,1мм.
Предварительно напрягаемая арматура принята из стали класса A-illn н A-IV. Плита рассчитана как конструкция II категории трещнностойкости. Расчет влиты с учетом кручения продольных ребор показал возможность учета полка, в результате чего момент ее защемления в продольных 2 ребрах принят равным g~50
Натяжение предварительно напрягаемой арматуры предусматривается как механическим, так л электротермическим способом; предпочтительным является более точный механический способ натяжения, так как увеличение точности натяжения позволяет принимать по расчету повышенную трешнностонкость плиты п, как правило, более экономичную марку плиты.
Колонны. В настоящее время разработаны н утверждены «Указания по применению типовых сборных железобетонных колонн одноэтажных промышленных зданий в сильноагресснвных газовых средах» (серия 1.400-4). В Указаниях представлена корректировка чертежей н ключи для подбора колонн следующих серий: колонны прямоугольного сечения серии КЭ-01-49; двухветвевые колонны серии КЭ-01-52; фахверковые колонны серии il\3-01 -55; двухветвевые колонны для зданий с подвесным транспортом серии КЭ-01-56.
В соответствии е СН 262—67 при определении ширины раскрытия трещин ветровая нагрузка учитывается в размере 30% от ее нормированного значения, а крановая — от воздействия одного крана в каждом пролете. При определении ширины раскрытия трещин в двухветвевых колоннах в случае наличия растяжения в одной из ветвей последняя рассматривается как центральнорастянутая — изгибающие моменты в «ей будут незначительными вследствие того, что большая часть поперечной силы, действующей в сечении колонны, будет восприниматься значительно более жесткой сжатой ветвью.
Изменения в конструкциях типовых колон и связаны с ограничением величины раскрытия трещин в бетоне до 0,1 мм н увеличением защитных слоев арматуры. Произведена корректировка каркасов, расположения сеток и отогнутых стержней консолей колонн. Для подбора колонн серий КЭ-01-49 н КЭ-01-52 частично изменяются ключи. Изменение ключей касается колонн широких зданий, в которых учитываются температурные деформации конструкций.
Помимо перечисленных конструкций одноэтажных зданий ведутся проектные разработки конструкций многоэтажных зданий для эксплуатации в агрессивных средах.
Изложенное выше, что на изменение армировании конструкции влияют образом высокие требования к трещиностойкости конструкций.
Приведенные данные по агрессивной среде взяты из материалов экспериментального и типового проектирования на стадии их проектной разработки.
Сравнивая аналогичные конструкции одного и того же армирования и величины нагружения, можно заметить, что и большинстве случаев требуемая нормативами (СН 262—67) трещиностойкость конструкций обеспечивается за счет некоторого дополнительного расхода напрягаемой арматуры без значительного увеличения общего расхода стали, а и ряде случаев за счет повышения марки бетона. При этом важным обстоятельством является снижение эксплуатационного- уровня напряжений л бетоне н арматуре растянутой зоны конструкций.
Данные экспериментальных исследований подтверждают, чю характер п скорость протекания коррозионных процессов в бетоне существенным образом зависит от уровня напряжений в нем. Коррозия в сжатом бетоне (до определенного уровня обжатия) « большинстве случаев замедляется по сравнению с ненагруженным бетоном, а длительные напряжения растяжения интенсифицируют протекание коррозионных процессов и заметно ускоряют потерю бетоном прочности и защитных свойств.
Увеличение предварительного обжатия бетона устраняет растягивающие напряжения в бетоне при эксплуатационных нагрузках, в связи с чем создаются более благоприятные условия работы конструкций под нагрузкой в агрессивной среде.
При проектировании конструкций для агрессивных сред несколько видоизменяются и их геометрические очертания. Во избежание скоплений производственной пыли и влаги, а также с целью создания возможности качественного нанесения защитных покрытий на бетон, очертания конструкций должны быть простыми — без выступов, ребер, острых углов, с тщательно обработанной поверхностью без раковин и шероховатостей.
В конструкциях плит покрытия 1,5X6 м для сильноагрессивных сред в отличие от аналогичных серии ПК-01-1 II были устранены поперечные ребра и сделаны более пологими уклоны скосов. Большое внимание уделено вопросу герметичности заделки стыков по контурам соседних плит.
В стропильных балках покрытий, выполненных на базе серии ПП-01-01/64, устранены вертикальные промежуточные ребра, отсутствуют отверстия в вертикальных стенках балок (см. рисунок).
Приведенные выше приемы рационального проектирования железобетонных конструкций позволят увеличить срок их службы при эксплуатации в производствах с агрессивными газовыми средами.