Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Трубы и трубопроводы

Вследствие высокой коррозионной стойкости срок службы трубопроводов из железобетонных труб превышает 50 лет, поэтому сборные железобетонные трубы широко применяют для строительства напорных и безнапорных трубопроводов. Железобетонные трубы бывают безнапорными и напорными.

Безнапорные трубы снабжают раструбом ступенчатой или конической формы. В первом случае стык заделывают асбестоцементной смесью или просмоленной прядью (в канализационных коммуникациях), во втором случае трубы стыкуют с применением резиновых колец. Применяют также фальцевые трубы с торкретированием стыка цементным раствором или зачеканкой асбестоцементной смесью (рис. 12.28) Безнапорные трубы изготовляют с внутренним диаметром 400...2400 мм.

Напорные трубы должны иметь высокую трещиностойкость, поэтому их изготовляют с предварительным напряжением методом виброгидропрессования на специализированных заводах. Толщина стенки 55...105 мм, длина 5000 мм, диаметр трубы 500...1600 мм. Трубы снабжены раструбом конической формы и стыкуются с помощью уплотнительного резинового кольца. Для соединения труб с фланцевой арматурой или фасонными частями на поворотах трубопроводов применяют типовые стальные вставки. Разработан также способ заделки стыков раструбных труб напорных коллекторов, когда стыки труб с помощью растворонасоса заполняют безусадочным цементно-песчаным раствором с добавлением поризующих компонентов. Для герметизации стыка на период нагнетания раствора используют внутреннюю и наружную кольцевые пневмоопалубки (рис. 12.29). Встык через нижний штуцер (патрубок) наружной опалубки подают раствор до выхода смеси через верхний штуцер этой опалубки. Через некоторое время, необходимое для начала схватывания раствора, опалубку снимают и переводят на следующий стык коллектора.

Безнапорные трубы малых диаметров обычно (если нет внешней нагрузки) имеют только одиночную арматуру, размещаемую в середине толщины стенок трубы (рабочая арматура в кольцевом и монтажная в продольном направлении) (рис. 12.30, а). Если же имеется внешняя вертикальная нагрузка, то кольцевую рабочую арматуру в соответствии с эпюрой изгибающих моментов располагают: вверху и внизу сечения ближе к внутренней, а с боков — ближе к внешней поверхности стенки или же, что более удобно, применяют двойное армирование (рис. 12.30, б). Двойное армирование применяют и при диаметрах более 900 мм. Железобетонные трубы небольшой длины бетонируют в виброформах, а длинные изготовляют центрифугированием. В напорных трубах применяют напрягаемую спиральную арматуру (рис. 12.30, в) из высокопрочной проволоки диаметром 3...8.мм, а также напрягаемую продольную арматуру.

Применяются трубы также из разновидности железобетона — армоцемента. А рмоцементные трубы могут быть любого диаметра с толщиной стенки 20...30 мм. Армируют их несколькими ткаными сетками, а стыкование напорных труб осуществляется электросваркой стальных оголовков или раструбами. Изготовление труб осуществляется послойным способом — навивкой на сердечник слоя тонкой сетки с последующим нанесением слоя бетона толщиной 3...5 мм или же центрифугированием. Армоцементные трубы диаметром 500...1600 мм и длиной 5000 мм, толщиной стенки 40...90 мм армированы девятью ткаными сетками № 10—1 (размер стороны квадратной ячейки — 10 мм, диаметр проволоки — 1 мм), а также одной сеткой с ромбовидными ячейками размерами 150 ч 180 мм из проволоки диаметром 2 мм. Эти трубы изготовляют методом вибролитья. Подобные трубы выдерживают давление 0,4...0,5 МПа.

Железобетонные и армоцементные трубы, рассчитанные на высоту грунтовой засыпки 4 и 6 м, укладывают на плоское естественное основание, причем при диаметре более 600 мм естественное основание должно быть спланировано так, чтобы угол охвата трубы был не менее 90°; засыпка до оси трубопровода производится песком с послойным трамбованием. В слабых грунтах трубы укладывают на бетонное или железобетонное основание.

Расчет напорных труб ведут на прочность и по образованию трещин, безнапорных труб — на прочность и по ширине раскрытия трещин на следующие нагрузки: внутреннее давление жидкости с учетом гидравлического удара, нагрузка от собственного веса (с учетом веса жидкости), давление грунта, временная нагрузка от транспортных средств. В трубе как в поперечных (кольцевых) сечениях, так и в продольных возникают изгибающие моменты и продольные усилия.

Давление грунта и временной нагрузки от транспортных средств в расчете труб чаще всего заменяют действием линейных нагрузок, приложенных вдоль образующей трубы с ее верхней и нижней сторон.

На подземных трубопроводах (водопроводных и канализационных) обычно устраивают колодцы для осмотра трубопроводов. Водопроводные и канализационные колодцы состоят из стеновых колец, плит днища и перекрытия, опорного кольца или специальной плиты и чугунного люка (рис. 12.31). Кольца унифицированных колодцев имеют внутренний диаметр 700, 1000, 1500 и 2000 мм. Высота колец кратна 300 мм. Имеются специальные стеновые кольца с проемами для трубопроводов. Кольца армируют сварным каркасом цилиндрической формы На опорное кольцо устанавливается стандартный чугунный люк, а также укладывается легкая крышка. При особо тяжелой нагрузке вместо опорного кольца применяют специальную железобетонную плиту, укладываемую на стабилизированное основание. В расчете конструкций колодцев учитывают: равномерно распределенную нормативную нагрузку интенсивностью 500 Г1а и случайные заезды автомашин весом до 50 кН для колодцев, располагаемых вне дорог; автомобильную нагрузку для колодцев, располагаемых на дорогах, на которых возможно движение тяжелых автомашин; автомобильную нагрузку для колодцев на дорогах, на которых предусматривается движение особо тяжелых автомашин. Плита перекрытия может находиться от поверхности грунта на расстоянии: при воеменной нагрузке первого вида — до 3 м, при автомобильных нагрузках — до 4 м, но не менее 0,5 м. Несущая способность стеновых колец и плит днища принята по максимальной временной нагрузке при заглублении в грунт до 7 м.

Надземная прокладка трубопроводов осуществляется на отдельных опорах, кронштейнах и эстакадах. Опоры под трубопроводы выполняются в основном сборными железобетонными и реже — металлическими.
Отдельно стоящие опоры (рис. 12.32, а) применяют при прокладке одного или нескольких трубопроводов больших диаметров (200 мм и более), к которым в случае необходимости могут подвешиваться более мелкие трубопроводы. Стойки железобетонных опор обычно выполняют прямоугольного или кольцевого сечения, металлических опор — из двутавров, соединенных решеткой из уголков. Для компенсации температурных удлинений трубопроводов трассы разбивают по длине на температурные блоки длиной 36 ...120 м.

Температурный блок состоит из нескольких промежуточных опор и одной анкерной промежуточной опоры, устанавливаемой посередине температурного блока. На промежуточных опорах устраивают подвижные опорные части трубопроводов, на анкерных — неподвижные.

В местах поворота трассы трубопроводов размещают концевые анкерные опоры, состоящие из двух опор, соединенных связями. Иногда для уменьшения пролета трубы производят подвеску трубопроводов на растяжках.

Кронштейны для крепления трубопроводов по стенам зданий выполняют из уголков или швеллеров.

Эстакады имеют пролетное строение в виде балок, ферм (рис. 12.32, б); их применяют при прокладке трубопроводов небольших диаметров или большом количестве труб (более 10). Шаг опор эстакады принимают равным 12, 18 или 24 м. Эстакады бывают одно- и многоярусными. Под опорные части трубопроводов устанавливают поперечные балки-траверсы, опирающиеся, в свою очередь, на пролетное строение в виде балок или ферм. Шаг траверс принимают равным 3 или 6 м. Расстояние между опорами определяется исходя из расчета трубопроводов на вертикальные и горизонтальные нагрузки. Как и при отдельно стоящих опорах, эстакады разбивают на температурные блоки длиной36... 120 мс располагаемой посередине каждого блока неподвижной анкерной опорой.

Опорные части трубопроводов выполняют подвижными (скользящими) в виде металлических столиков, приваренных к трубе. Столики опираются на стальные листы траверсы, позволяющие им скользить. Неподвижная опорная часть трубопровода устраивается путем крепления трубопровода к траверсе с помощью приварки к трубе неподвижных упоров.

Расчет надземных трубопроводов ведут по схеме многопролетной неразрезной балки, загруженной расчетной вертикальной равномерно распределенной нагрузкой от веса трубы, веса теплоизоляции и теплоносителя (рис. 12.33, а). По этой же схеме труба работает на горизонтальную равномерно распределенную ветровую нагрузку. Нагрузки от снега и гололеда при расчете теплотрасс не учитываются.

Траверсы рассчитывают как однопролетные балки с консолями на действие вертикальных и горизонтальных сил, приложенных в местах опирания трубопроводов. На действие горизонтальных сил рассчитывается прикрепление траверсы к опоре. Расчетная схема траверсы опоры приведена на рис. 12.33, б.

Отдельно стоящие опоры, на которых располагаются подвижные опорные части трубопроводов, рассчитывают как вертикальные балки, защемленные в уровне верха фундамента. Вертикальная нагрузка N включает в себя расчетную нагрузку от веса трубопроводов с наполнителем на участке, равном шагу опор. В плоскости, перпендикулярной оси трубопровода, (рис. 12.33, в), опора испытывает воздействие ветровой нагрузки от ветровой распределенной нагрузки на трубы на участке, равном шагу опор и ветровой нагрузки на колонну. В направлении оси трубопроводов (рис. 12.33, г) к опоре приложена горизонтальная сила от трения труб.

Расчетная длина опор принимается равной 2Н. Подбор сечения производят по формулам внецентренного сжатия. Расчет промежуточных опор эстакад отличается от расчета отдельных опор тем, что горизонтальные технологические температурные нагрузки на промежуточные опоры не передаются и воспринимаются пролетными строениями.

Пролетные строения эстакад рассчитывают как однопролетные балки или фермы на действие нагрузок собственного веса, веса трубопроводов, горизонтальных нагрузок от ветра и температурных воздействий.

Фундамент под опоры рассчитывают по общим формулам на действие момента и продольной силы, передаваемой опорой.

Опоры обычно выполняют в виде железобетонных стоек прямоугольного сечения согласно рис. 12.34. Схема армирования дана также на рис. 12.34 Наряду с таким решением, для отдельно стоящих опор и опор одноярусных и двухъярусных эстакад под технологические трубопроводы, а также для других объектов — опор открытых крановых эстакад, пешеходных галерей, площадок под технологическое оборудование, колонн производственных зданий без мостовых кранов и т. п — в последние годы применяют железобетонные центрифугированные стойки по ГОСТ 23444 -79.

Номенклатурой предусмотрены стойки диаметром 300, 400, 500, 600, 800 и 1000 мм, длиной 3,6 ...19,2 м с градацией — 0,6 м.

Сортамент центрифугированных стоек включает стойки следующих размеров:

Стойки запроектированы из бетона классов В25... В60. В верхней части стоек предусмотрено устройство оголовка с закладной деталью кольцевой формы, предназначенной для крепления опирающихся на стойки конструкций. Стойки армируются пространственными арматурными каркасами с продольной арматурой класса A-III диаметром 10...20 мм и поперечной спиральной арматурой класса В-I диаметром 4 и 5 мм, привариваемой к продольной рабочей арматуре. Конструкция стойки показана на рис. 12.35.

В стойках, предназначенных для эксплуатации в агрессивных средах, состав и плотность бетона, способы защиты арматуры и закладных изделий должны назначаться в конкретном проекте в соответствии с требованиями нормативных документов. При воздействии слабо- и среднеагрессивных сред следует применять стойки со стенками толщиной 60 мм и более, а при воздействии сильноагрессивных сред — со стенками толщиной 80 мм и более.

Толщина защитного слоя бетона до продольной арматуры для стоек со стенками толщиной 60 мм и более должна быть не менее 20 мм; для стоек со стенками толщиной 50 мм — не менее 15 мм.

Контрольные вопросы. 1. Как унифицированы конструкции емкостных сооружений? 2. В чем состоит принцип конструирования преднапряжениой цилиндрической емкости? 3. Как конструируются резервуары из армоцемента? 4. Какие существуют виды расчета стенки резервуара? 5. Как осуществляется стык стенки с днищем цилиндрических емкостей? 6. Как рассчитывается цилиндрический резервуар при шарнирном закреплении его концов? 7. Какова расчетная схема, применяемая для расчета прямоугольных емкостей? 8. Опишите основные конструктивные решения бункеров и принципы их расчета. 9. Опишите основные конструктивные решения силосов и принципы их расчета. 10. Назовите основные виды подпорных стен 11. Каковы основные этапы расчета подпорной стены? 12. Каковы конструктивные решения безнапорных и напорных труб? 13. Каковы основные конструктивные решения тоннелей н каналов? 14. Приведите расчетные схемы каналов и тоннелей, укажите виды нагрузок, на которые они рассчитываются. 15. Каковы основные конструктивные решения эстакад? 16. Приведите расчетную схему для расчета промежуточной опоры трубопровода.

Зайцев Ю. В., Строительные конструкции заводского изготовления: Учеб. для вузов по спец. «Пр-во строит. изделий и конструкций». — М., 1987

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики