Spremnici i vodotornjevi
-
Upload
smail-nuhic -
Category
Documents
-
view
456 -
download
1
Transcript of Spremnici i vodotornjevi
![Page 1: Spremnici i vodotornjevi](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052207/540d6a277bef0a7b778b4699/html5/thumbnails/1.jpg)
1
1
Spremnici, vodotornjevi, bunkeri i silosi
Betonske konstrukcije III22.11.2010.
Prof.dr.sc. Zorislav Sorić, dipl. ing. građ. Doc.dr.sc. Tomislav Kišiček, dipl. ing. građ.
2
Sadržaj predavanja1. Spremnici
1. Okrugli spremnici2. Spremnici pravokutnog tlocrta
2. Vodotornjevi3. Bunkeri4. Silosi
3
1. SpremniciArmiranobetonski spremnici (rezervoari) se grade za vodovode, kanalizacije i za razne tehničke potrebe u tvornicama.Služe za držanje vode i drugih tekućina, npr. vina, špiritusa, naftnih proizvoda, smola, različitih kiselina i plinova.Pri izradi spremnika - pozornost se obraća na potrebnu nepropusnost.Nepropusnost za tekućine i plinove - nastojati proizvesti i ugraditi kompaktan, gust i nepropustan beton Dodavanje aditiva betonu – poboljšanje svojstava.
4LPG tank, Barcelona
5
Spremnici agresivnih tekućina unutrašnja obloga od keramičkih pločica, stakla ili prirodnog kamena; reške se zalijevaju veznim sredstvom otpornim prema tekućini koja je u spremniku. Osnovni uvjet za nepropusnost spremnika uz nepropusnost betona je ispravno odabrana, dimenzionirana i temeljena konstrukcija.
6
Nepropusnost kroz spojnicu se osigurava umetanjem bakrenog lima i mase za zalijevanje, ili još bolje pomoću rebraste gumene trake i kita za popunjene reške.
![Page 2: Spremnici i vodotornjevi](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052207/540d6a277bef0a7b778b4699/html5/thumbnails/2.jpg)
2
7 8
9 10
11 12
![Page 3: Spremnici i vodotornjevi](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052207/540d6a277bef0a7b778b4699/html5/thumbnails/3.jpg)
3
13
U spremnicima velikog promjera za nošenje stropa se postavljaju stupovi, najčešće po kvadratnoj i pravokutnoj mreži, s razmakom od 3,5 do 4,5 m.Stropovi okruglih spremnika se obično rade kao ravne i rebraste konstrukcije, a vrlo su česte i kupole.
14
Ukopani spremnici - izolirani zidovi i ploče -djelovanje podzemnih i površinskih voda. Nastojati da spremnik bude smješten iznad razine podzemnih voda, te da se površinske vode dreniraju – problem isplivavanja praznog spremnika
15
Po obliku spremnici se dijele na okrugle i pravokutne ovisi o vrsti tla, veličini spremnika i ekonomičnosti izvedbe.
Spremnici okruglog tlocrta:
16
Spremnici pravokutnog tlocrta:
17
1.1 Spremnici okruglog tlocrtaOkrugli spremnici mogu imati jednu ili više komoraZidovi manjih spremnika se često izvode jednake debljine po cijeloj visini, a kod većih se debljina stijenke smanjuje prema gore.Posebna pozornost na - spoj stijenke s dnom i stropom. Treba izvesti vute na tim mjestima propisno ih armirati.Temeljna ploča sa stijenkama spremnika može činiti jednu cjelinu, ili se mogu izvoditi zasebni temelji ispod stijena i stupova i s podom između temelja.
18
Pronalaženje statičkih veličina, dimenzioniranje presjeka, te proračun graničnih stanja uporabljivosti. Proračunavaju se na tlak vode iznutra, što znači jedno opterećenje i na tlak zemlje izvana, kao drugo opterećenje.Pri proračunu se uzima u obzir kruti spoj stijene s temeljem, odnosno s donjom i eventualno gornjom pločom.
1.1.1 Proračun spremnika okruglog tlocrta
![Page 4: Spremnici i vodotornjevi](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052207/540d6a277bef0a7b778b4699/html5/thumbnails/4.jpg)
4
19
Proračun unutarnjih sila spremnika u današnje vrijeme se provodi računalnim modelima pomoću MKE.Postoje izrazi za “ručni” proračun unutarnjih sila. Ako je stjenka spremnika dilatirana od temeljne ploče tada se sile u stjenci mogu proračunati pomoću “kotlovske” formule. Ako je stjenka kruto spojena s temeljem pojavljuju se i momenti savijanja i poprečne sile.
20
Prstenasta sila:
Slobodno oslonjena cilindrična ljuska• nema rubnih poremećaja (upetost ljuske na dnu zbog spoja sa lijevkom, pločom i sl., upetost ljuske na vrhu sa pločom)
0 ( )n p r r H xϕ γ= ⋅ = ⋅ −
Meridijalna deformacija:
00
nE hϕ
ϕε =⋅
2 20
0 0 ( )n r p r rw r H xE h E h E hϕ
ϕε γ⋅ ⋅
= ⋅ = = = ⋅ ⋅ −⋅ ⋅ ⋅
Radijalni pomak:
p g Hρ= ⋅ ⋅
Opterećenje tekućinom:
21
Prstenasta sila:
• spriječene su deformacije
• u ljusci su prisutni i momenti savijanja i poprečne sile.
1( ) cos 1 sinxn r H x H e x xH
λϕ γ λ λ
λ− ⋅⎧ ⎫⎡ ⎤⎛ ⎞= ⋅ ⋅ − − ⋅ ⋅ ⋅ + − ⋅ ⋅⎨ ⎬⎜ ⎟⎢ ⎥⋅⎝ ⎠⎣ ⎦⎩ ⎭
2 2 12 1 cos sinxx
Km r H e x xE h H
λλ γ λ λλ
− ⋅ ⎡ ⎤⎛ ⎞= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ − ⋅⎜ ⎟⎢ ⎥⋅ ⋅⎝ ⎠⎣ ⎦
3
212 (1 )E hK
υ⋅
=⋅ − ( )24
1 3 1r h
λ υ= ⋅ ⋅ −⋅
nE h
ϕϕε =
⋅
Cilindrična ljuska monolitno spojena s pločom
Moment savijanja po izvodnici:
Gdje je: Prstenasta deformacija:
22
Prstenasta sila Moment savijanja po izvodnici
23
Osim proračuna prema graničnim stanjima nosivosti, važan je proračun prema graničnim stanjima uporabljivosti proračun progiba i pukotina (vodonepropusnost)
24
Prstenasta armatura se proračunava za silu nφ:
gdje je nSd,φ proračunska prstenasta sila.Armatura se postavlja u jednom, ali češće u dva sloja.
1.1.2 Armiranje spremnika okruglog tlocrta
yd
Sds f
nA ϕ= ,
![Page 5: Spremnici i vodotornjevi](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052207/540d6a277bef0a7b778b4699/html5/thumbnails/5.jpg)
5
25
Vertikalna armatura se proračunava za silu nx i moment savijanja mx kao za ekscentrično naprezan element. Vertikalna i horizontalna armatura se međusobno povezuju paljenom žicom u krutu mrežu.Na spoju stjenke i dna spremnika vertikalna armatura se postavlja u dva sloja, a izvan djelovanja poremećajnih momenata u jednom ili dva sloja, ovisno o količini prstenaste armature.
26
27
Imaju jednu ili više komora volumen im može biti izvanredno velik. Mogu imati i više zasunskih komora.Visina tih građevina je rijetko kad veća od 6 m. Kutovi spremnika se ojačavaju vutama s dopunskom armaturom za osiguranje vute.Stropovi se najčešće izvode kao ravne ili rebraste ploče. Donja ploča može biti monolitna i kruto spojena sa stijenkama spremnika, ili se izvode temelji ispod zidova i stupova s pločom između njih.
1.2 Spremnici pravokutnog tlocrta
28
Veliki spremnici opasnost pojave naprezanja zbog skupljanja i mogućnosti nejednolikog slijeganja tla. Naprezanja od skupljanja - smanjenje ako se spremnik betonira u dijelovima. Ostavljanjem reški i njihovim zatvaranjem nakon 28 dana veći dio skupljanja pojedinačnih dijelova bit će završen prije zatvaranja.Ukopani spremnici - opterećenje tlaka vode iznutra i tlak zemlje izvana, ako je spremnik prazan.
29
Stijenke su naprezane momentima savijanja zato su deblje nego kod okruglih spremnika.Armiranje spremnika se provodi prema prethodno proračunatim reznim silama i provedenom dimenzioniranju po načelima koji vrijede za ploče.Spojevi ploča moraju biti osigurani za djelovanje pozitivnog i negativnog momenta savijanja.
30
1.2.1 Armiranje spremnika pravokutnog tlocrta
![Page 6: Spremnici i vodotornjevi](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052207/540d6a277bef0a7b778b4699/html5/thumbnails/6.jpg)
6
31
2. VodotornjeviTornjevi na koje se postavljaju armiranobetonski spremnici mogu biti u obliku armiranobetonskog šupljeg valjka koji se izvodi u kliznoj oplati ili u obliku monolitne ili montažne okvirne konstrukcije.
32
Armiranobetonski spremnici veći od 200 m3 se izvode okruglog tlocrta, a samo su manji kvadratnog tlocrta.Dno im može biti ravno, ojačano rebrima, u obliku kupole i kombinirano od obrnutog stošca i kupole.Spremnik vodotornja se armira po načelima armiranja elemenata od kojih je sastavljen (stijene, ploče, ljuske). Posebnu pozornost valja obratiti spojevima elemenatakoji su najslabija mjesta u svim spremnicima.
33 34
35 36
3. BunkeriSpremnici za suhe, zrnate i rastresite materijale (ugljen, ruda, vapno, klinker, pijesak, šljunak, itd.) pune se odozgo, a prazne odozdo.Prema svojim tlocrtnim dimenzijama imaju relativno malu dubinu za razliku od silosa. Bunker = Spremnik kod kojeg je H < 1,5 lmax.
![Page 7: Spremnici i vodotornjevi](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052207/540d6a277bef0a7b778b4699/html5/thumbnails/7.jpg)
7
37
Kvadratni ili pravokutni tlocrt jedna ili više ćelija Dno - nagnutih zidova u obliku lijevka. Kad se bunker prazni gravitacijom kut nagiba zidova mora biti veći 5 - 10% od kuta prirodnog nagiba materijala. Bunkeri namijenjeni materijalima koji jako oštećuju zidove se oblažu čeličnim limom.
38
Proračun bunkera se provodi po pojednostavljenim, ali za praktični proračun dovoljno točnim metodama.Stanje opterećenja u bunkerima još je dosta neodređeno. Proračun unutrašnjeg tlaka kojim materijal napreže stijenke bunkera se može zbog relativno male dubine i velike zapremine osnivati na teoriji tlaka zemlje. Ta teorija polazi od pretpostavke da se zbog stanovitog popuštanja potporne stijene u uskladištenom materijalu stvara klizna ploha, pa samo dio materijala tlači stijenu. Zanemaruje se trenje materijala o stijenke bunkera.
3.1 Proračun bunkera
39
Kod vertikalne stijenke i horizontalne gornje površine materijala horizontalno opterećenje u dubini „z“ od površine na jedinicu plohe iznosi:
γ - zapreminska težina materijala u bunkeru (kN/m3)ρ - kut unutrašnjeg trenja materijalaz - dubina materijala na mjestu promatranog presjekaλa – koeficijent aktivnog pritiska materijala (kao za tlo)Ako je stijenka nagnuta prema horizontali za kut α, osim horizontalnog je prisutno i vertikalno opterećenje:
a2
h z5045tgzp λ⋅⋅γ=ρ⋅−⋅⋅γ= ),(
zpv ⋅γ=
40
Ukupnu rezultantu tih opterećenja se može rastaviti na jednu normalnu i jednu tangencijalnu komponentu:
Za proračun unutrašnjih sila je potrebno osim djelovanja uskladištenog materijala na stijenke uračunati i vlastitu težinu:
Normalno opterećenje djeluje okomito na stijenku, a tangencijalno u ravnini kose stijenke.
)sin(cossincos α⋅λ+α⋅⋅γ=α⋅+α⋅= 2a
22h
2vn zppp
)sin(cossincos α⋅λ+α⋅⋅γ=α⋅+α⋅= 2a
22h
2vn zppp
)(sincoscossin)( ahvt 1zppp λ−α⋅α⋅⋅γ=α⋅α⋅−=
α⋅= cosggn
α⋅= singgt
41
Stijenke lijevka su najčešće trapeznog oblika. Za praktični proračun momenata savijanja trapeznih ploča, ovisno o omjeru stranica mogu se ako nema tablica za trapezne ploče upotrijebiti one za trokutne i pravokutne ploče za normalno opterećenje (pn + gn).
)sin(cossincos α⋅λ+α⋅⋅γ=α⋅+α⋅= 2a
22h
2vn zppp
42
Osim momenata savijanja normalno opterećenje izaziva horizontalne sile u stijenkama, te sile u bridovima. Veličine tih sila će se dobiti iz reakcija stijenke na ležajevima (bridovima) za normalno i tangencijalno opterećenje. Na tangencijalno opterećenje u promatranoj stijenciosim komponente uzrokovane tlakom i težinom stijenke (pt + gt) mogu djelovati i dodatne sile od opterećenja priključnih konstrukcijskih elemenata.
)sin(cossincos α⋅λ+α⋅⋅γ=α⋅+α⋅= 2a
22h
2vn zppp
![Page 8: Spremnici i vodotornjevi](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052207/540d6a277bef0a7b778b4699/html5/thumbnails/8.jpg)
8
43
Tangencijalno opterećenje je nejednoliko raspoređeno po stijenci lijevka i koncentrirano je uz kruće dijelove, tj. uz bridove. Stijenka se za to opterećenje ponaša kao zidni nosač oslonjen na bridove. Suma vertikalnih komponenata dobivenih sila u bridovima mora biti jednaka težini uskladištenog materijala, eventualnom opterećenju priključne konstrukcije i vlastitoj težini bunkera.Debljina stijenki bunkera se uzima od l/30 do l/20manje dimenzije stijenke.
)sin(cossincos α⋅λ+α⋅⋅γ=α⋅+α⋅= 2a
22h
2vn zppp
44
Preporučuje se da se kose stijenke armiraju obostrano u obliku mreže. Stijenke bunkera valja armirati po pravilima armiranja ekscentrično naprezanih trapeznih i trokutnih ploča. Kako kosa stijenka ima funkciju zidnog nosača, potrebno je ugraditi i glavnu armaturu zidnog nosača, koja se sidri u bridove, odnosno armatura se savija u stijenku lijevka kao armatura zidnog nosača.
3.2 Armiranje bunkera
45
4. SilosiSluže za čuvanje suhih rastresitih materijala organskog i anorganskog podrijetla. Razlikuju od bunkera svojom većom dubinom, a relativno malim tlocrtom. Kod silosa je H > 1,5 lmax.Prema EN 1991-4: H/d < 10; H < 100 m; d < 60 m(H –visina ćelije; d – promjer ćelije)Većinom su okruglog presjeka nosi na vlak manje betona i čelika nego za druge oblike jednostavna armatura.
46
47
Šupljine između četiriju susjednih ćelija(zvjezdice) - pogodne za uskladištenje materijala.Česti su i silosi šesterokutnog i osmerokutnog presjeka, rjeđe kvadratičnog izloženi su naprezanju vlačnim silama i momentima savijanja. Silosi se pune odozgo mehanički ili pneumatski. Materijal se pušta kroz otvore u gornjoj ploči silosa. Prazne se kroz donji otvor.
48
Silosi velike duljine - nemaju dilatacijske reškedovoljna elastičnost tih građevina s okruglim ćelijama i tankim zidovima u uzdužnom pravcu, a vrlo velika prostorna krutost u vertikalnom pravcu. Najracionalnija izvedba tankih i visokih silosa -pomoću klizne oplate
![Page 9: Spremnici i vodotornjevi](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052207/540d6a277bef0a7b778b4699/html5/thumbnails/9.jpg)
9
49
U ćelijama silosa djeluje horizontalni tlak phf, trenje pwf i vertikalni tlak pvft. Razlika u težini materijala u ćeliji i opterećenja trenjem o stijenke na određenoj dubini je jednaka vertikalnom opterećenju. Horizontalni i vertikalni tlak u ćeliji ne raste linearno s dubinom kao kod tekućina, nego se s povećanjem dubine prirast tlaka smanjuje.
4.1 Proračun silosa
50
Oblik presjeka silosa se uzima u obzir odnosom A/U, gdje je A svijetla površina presjeka, a U unutrašnji opseg presjeka.
Za svaki materijal je potrebno znati zapreminsku težinu, γ i kut unutrašnjeg trenja, φi, te kut trenja između materijala i stijenke, φw, koji se definira:
constpptg
hf
wfw =μ==φ
51
Svojstva materijala koji se skladišti u silosima –prema EN 1991-4:2006
γ – zapreminska težinaφr – kut prirodnog nagibaφi – kut unutarnjeg trenjaK – koeficijent horizontalnog pritiskaμ – koeficijent trenja između materijala i stijenke silosaCop – koeficijent lokalnog uvećanja opterećenja
52
Opterećenja na stijenke silosa dana su slijedećim izrazima (Janssenova teorija tlaka – 1895 g.):
)()( zYpzp J0hhf ⋅=
0zz
J e1zY−
−=)(
)()( zYpzp J0hwf ⋅⋅μ=
00h zKp ⋅⋅γ=
)()( zYK
pzp J0h
vf ⋅⋅μ=UA
K1z0 μ⋅
=
53
Tlak tvari u ćelijama prema Janssenovoj teoriji se vrlo dobro podudara s rezultatima eksperimenata, ali samo dok tvar u silosu miruje. Opterećenja se povećavaju prilikom punjenja i pražnjenja silosaPovećanje opterećenja ovisi o načinu punjenja ili pražnjenja, putu kretanja materije i presjeka ćelije.
54
Parametri φi, K, μ uzimaju se sa različitim vrijednostima ovisno o dijelu ćelije silosa koji se proračunava i ovisno o Razredu procjene djelovanja za silos (“Action Assessment Class”
![Page 10: Spremnici i vodotornjevi](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052207/540d6a277bef0a7b778b4699/html5/thumbnails/10.jpg)
10
55 56
57 58
59
Prema rezultatima ispitivanja povećanje se kreće od 1,1 do 2,0 puta tlaka pri mirovanju.Najveći vertikalni tlak nastaje pri punjenju, a horizontalni pri pražnjenju ćelije.
60
Nakon što se nađe opterećenje u ćelijama silosa, proračunavaju se rezne sile u stijenkama silosapo istom postupku kao i za okrugle spremnike. Dno silosa se proračunava ovisno o obliku po teoriji ploča ili ljusaka.Dno može biti ravno za pneumatsko pražnjenje ili je u obliku lijevka za gravitacijsko pražnjenje materijala.
![Page 11: Spremnici i vodotornjevi](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052207/540d6a277bef0a7b778b4699/html5/thumbnails/11.jpg)
11
61 62
Zidovi silosa se armiraju prstenastom i vertikalnom armaturom - obostrano.Vertikalna armatura nije samo konstruktivna, većmože biti i nosiva pri upetosti stijenki silosa u donju i gornju ploču i pri temperaturnim promjenama okoliša. Svaki prsten se sastoji od tri do četiri luka armature. Nastavke valja izvesti naizmjenično. Najviše 25% ukupne armature se može nastaviti u jednom presjeku.
4.2 Armiranje silosa
63
Silosi se najčešće izvode u kliznoj oplati. Ponekad se stijenke betoniraju i u prijenosnoj oplati, a kod silosa manjeg obujma i manje visine se primjenjuje i montažni način građenja.Dno silosa u obliku lijevka se proračunava i konstruira kao i za lijevak bunkera. Građenje silosa se danas uspješno provodi s relativno novim materijalom „ferocementom“.
64
65 66