Международная образовательная корпорация

Казахская Головная архитектурно-строительная академия




РЕФЕРАТ


по дисциплине «Проектирование и расчет железобетонных и каменных конструкций II»

На тему: «Цилиндрические оболочки»

Выполнила: студент гр. РПЗС 20-12 Абуталип Аружан

Проверила: ассоц.профессор Ажгалиева Бану Аккуановна

Алматы 2023


Введение

Цилиндрическими оболочками называют тонкостенные покрытия, состоящие из тонкой криволинейной плиты (собственно оболочки), бортовых элементов и поперечных диафрагм (рис. 1).



Кострукции длинных (а...ж) и коротких (з, и)цилиндрических оболочек:

1 – оболочка; 2 – бортовой элемент; 3 — диафрагма; 4 — моменты одноволновой и 5 – многоволновой оболочки; 6 — напрягаемая арматура; 7 — конструктивная арматура поля оболочки; 8 – арматура, рассчитываемая на краевой момент; 9 – угловая растянутая арматура; 10 — сборные плиты оболочки

Цилиндрические оболочки бывают однопролетными и многопролетными (рис. 1 в), одноволновыми и многоволновыми (рис. 1, б). В зависимости от характера работы под нагрузкой оболочки условно разделяют на длинные, отношение пролета которых l₁ к длине волны l₂ более 4, средней длины при 11/l₂<4, и короткие при l₁/l₂≤1. Первые два вида обычно объединяют одним наименованием — длинные оболочки. Применяемые на практике длинные оболочки обычно имеют размеры: l₁ = 24; 30; 36 м; l₂=12 м, короткие l₁ = 12 м, l₂ = 24; 30 м.1

 Длинные цилиндрические оболочки. 

Высоту оболочки h, включающую сечение бортового элемента, рекомендуется принимать (1/10...1/15)l₁, стрелу подъема f = (1/6...1/8)l₂, а высоту бортовых элементов (1/20...1/30)l₁ (рис. 1, а). Оболочки бывают монолитные (гладкие) и сборные ребристые, получившие более широкое распространение вследствие своей индустриальности. Очертание плит оболочки может быть круговым, эллиптическим и т. п. Наиболее простым и удобным для сборных плит является круговое очертание.

Бортовые элементы, в которых размещается основная растянутая арматура, существенно уменьшают вертикальные и горизонтальные смещения краев оболочки. Это видно из (рис. 1, г), на котором показаны усилия и перемещения в поперечном сечении оболочки при отсутствии и наличии бортовых элементов. Для сборных конструкций обычно применяют предварительно напряженные бортовые элементы.



Опорные диафрагмы выполняют в виде арок с затяжками или балок переменной высоты, опирающихся на колонны или стены.

Возведение сборных цилиндрических оболочек осуществляют в двух основных вариантах.

●В первом варианте предварительно напряженные бортовые элементы пролетом l₁ устанавливают на проектной отметке, а для уменьшения монтажных усилий под них подводят 2...3 временные опоры. По верху бортовых элементов укладывают сборные криволинейные ребристые панели размером 3×12 м (рис. 1, б). Далее производят сварку выпусков арматуры плит и бортового элемента и замоноличивание швов. После того как бетон затвердеет, временные опоры убирают и оболочка работает как пространственная конструкция. С целью экономии материалов и устройства водостока бортовые элементы могут выполняться переменной высоты с некоторым увеличением подъема конструкции и средней части пролета.




●Во втором варианте ребристые плиты оболочки размером 3×6 м (рис. 1, е) бетонируют на заводе с бортовыми элементами. Далее на лесах все элементы объединяют в единую систему с помощью предварительно напряженной арматуры, пропускаемой через специальные каналы, устраиваемые в бортовых элементах. После сварки стыков, замоноличивания швов и инъекции каналов раствором леса убирают.


Первый вариант по расходу материалов менее экономичен, что связано с условиями работы сборных элементов на монтаже и наличием стыков элементов оболочки с бортовыми элементами, однако он не требует устройства лесов и проведения на строительной площадке ответственных работ по натяжению арматуры и инъецированию раствора.

Все элементы оболочки должны быть рассчитаны на усилия, возникающие при изготовлении, монтаже, а также эксплуатации готового сооружения. Конструкция стыков зависит от вида передаваемых через них усилий. В средней части сборных оболочек в нормальных сечениях действуют сжимающие и небольшие сдвигающие усилия. Стыки здесь решаются путем замоноличивания швов бетоном и устройства шпонок. В местах соедине­ния оболочки с бортовыми элементами и диафрагмами действуют значительные сдвигающие усилия и изгибающие моменты. Их воспринимают шпонками и сваркой выпусков арматуры. В угловых зонах для воспринятая главных растягивающих напряжений смежные элементы соединяют сваркой выпусков арматуры или накладками через закладные детали. Принципиальная схема армирования монолитной цилиндрической оболочки показана (на рис. 1, ж.) В неразрезных многопролетных оболочках кроме растянутой арматуры в пролете ставится арматура в верхней части оболочки для воспринятия растягивающих напряжений над опорой (диафрагмой).



Как уже указывалось, железобетонные оболочки, подобно другим железобетонным конструкциям, в начальной стадии нагружения работают упруго, после образования трещин в бетоне растянутой зоны в них развиваются пластические деформации и с увеличением нагрузки происходит разрушение. В соответствии с этим статический расчет оболочек производится по упругой стадии и по стадии предельного равновесия (т. е. по стадии разрушения).

Точный расчет оболочки в упругой стадии математики труден. Для практических расчетов разработаны методы, основанные на допущениях, применяемых к определенным конструктивным решениям. Широкое применение нашли методы, основанные на работах В. 3. Власова, в которых оболочка заменяется вписанной в нее складкой [9]. Эти методы позволяют рассчитывать упругие оболочки по прочности, жесткости и трещиностойкости при различных нагрузках.

Вместе с тем исследования показали, что длинные цилиндрические оболочки с жестким контуром могут рассчитываться по прочности раздельно в продольном я поперечном направлениях. Расчет в продольном направлении может быть произведен по методу предельного равновесия как балки с криволинейным поперечным: сечением, а расчет в поперечном направлении на сдвигающие усилия и изгибающие моменты производят из условия равновесия элементарной полосы оболочки, вырезанной по ее длине. Таким методом могут быть рассчитаны одноволновые и многоволновые цилиндрические оболочки, не подкрепленные в пролете поперечными ребрами, при l₁/l₂≥3 для крайних и l₁/l₂≥2 для средних волн, а также оболочки l₁/l₂≥1, у которых в пролете предусматривается устройство не менее трех поперечный ребер высотой h≥l₂/25 при действии симметричной равномерно распределенной нагрузки.

Рассмотрим расчет длинной однопролетной цилиндрической оболочки кругового симметричного профиля на действие вертикальной нагрузки по методу предельного равновесия. Расчет ведется по III стадии напряженно-деформированного состояния как балки криволинейного сечения. Напряжения в бетоне сжатой зоны равны R_b, а в растянутой арматуре — Rs. Схема усилий в поперечном сечении показана на рис. 13.10, а. Очевидно, прочность оболочки в продольном направлении будет обеспечена при условии

M₁ ≤ M_u, (13.23)

где M₁ — максимальный момент в середине пролета оболочки от действующей нагрузки; М_u — момент внутренних сил, действующих в сечении в предельном состоянии относительно центра круговой части сечения,





где hrdθ-площадь элементарного участка сечения оболочки длиной rdθ и толщиной h; θ_p — половина центрального угла сжатой зоны.

Положение границы сжатой зоны определяют из условия равенства нулю проекций всех действующих в сечении сил на горизонтальную ось ∑х=0:

2   R_b hrdθ = 2R_b θ_p rh = R_sA_s. (13.26)

При проверке несущей способности из уравнения (13.26) находят θ_p и подставляют его в (13.25).



Рис. 13.10. К расчету длинной цилиндрической оболочки в

продольном (а) и поперечном (б) направлениях: 1 — сжатая зона

Если при заданном моменте и размерах поперечного сечения оболочки требуется найти площадь арматуры A_s, то в уравнении (13.23) полагают M_u = M₁, далее подставляют в уравнение (13.25) значение R_sA_s из (13.26) и, произведя преобразования, получают выражение для определения θ_p:

sin θ_p — cθ_p/r — M/(2R_b hr²) = 0. (13.27)

Подставляя найденное значение θ_p в (13.26), находят сечение арматуры

A_s = 2R_bθ_prh/R_s.

Для определения поперечных изгибающих моментов в гладкой оболочке вырежем из оболочки полосу единичной ширины (рис. 13.10, б). Полоса будет находиться под действием внешней вертикальной нагрузки v, веса оболочки g и касательных сил Т и Т+ΔТ, действующих по плоскостям разреза. Очевидно,



здесь ΔQ — приращение поперечной силы на рассматриваемом участке; S — статический момент поперечного сечения оболочки.

Действующий в полосе поперечный момент определяют из условия равновесия (рис. 1,10 б)



где М₀ — момент от внешней нагрузки и собственной массы,



G_i — нагрузка от веса i-ro участка оболочки; М_ΔT — изгибающий момент от сдвигающих сил относительно рассматриваемого сечения



Значения поперечных изгибающих моментов могут определяться по таблицам [9]. Вид эпюры поперечных изгибающих моментов в одноволновых оболочках см. на рис. 1,9 г.

Расчет диафрагм длинных цилиндрических оболочек производят на усилия от собственного веса и сдвигающие усилия, передающиеся с оболочки, аналогично расчету диафрагм оболочек положительной гауссовой кривизны на прямоугольном плане.

■ Короткие цилиндрические оболочки. Эти оболочки бывают монолитные и сборные (см. рис. 13.9, з, и). Наиболее часто применяют оболочки с шагом диафрагм 6...12 м при отношении l₁/l₂≤0,5 и стреле подъема f≥(1/7)l₂. Такие оболочки рассчитывают упрощенным методом, выполняя раздельно расчет плиты, бортового элемента и диафрагмы.

Толщину плиты монолитной оболочки (см. рис. 13.9, з), нагруженной собственным весом, весом кровли и снега, принимают по производственным соображениям без расчета равной 5 см при l₁ = 6 м, 7...9 см при l₁ = 12 м. Бортовой элемент назначают высотой h₁ = (1/10...1/15)l₁, шириной b₁ = (1/5...1/2)h₁.

При соотношении пролетов 0,5≤l₁/l₂1≤12 м при l₁/l₂<0,5 при равномерной нагрузке допускается рассчитывать приближенным методом. В этом случае армирование плиты назначают конструктивно (сеткой из стержней диаметром 5...6 мм шагом 10...15 см), а для бортовых элементов и диафрагм выполняется расчет. При расчете принимают, что бортовые элементы являются частью оболочки и работают совместно с ней. Оболочку рассчитывают как балку криволинейного сечения пролетом l₁, шириной l₂, опирающуюся на диафрагмы. В середине пролета однопролетной одноволновой оболочки изгибающий момент



Тогда площадь поперечного сечения продольной растянутой арматуры в бортовых элементах будет



где z — плечо внутренней пары, по данным испытаний z=0,55(f+h₁).

Продольную арматуру бортовых элементов объединяют в сварные каркасы, поперечные стержни которых ставятся конструктивно. Вблизи бортовых элементов оболочку армируют дополнительными сетками, а над диафрагмой также ставят дополнительную сетку, которую заводят на длину 0,1l₁ в каждую сторону от диафрагмы.

Как и в длинных оболочках, малая толщина сводчатой плиты обусловливает передачу на диафрагмы нагрузок, действующих на плиту главным образом за счет сил S, направленных по касательной к срединной поверхности оболочки. Расчет диафрагмы в этом случае производят с учетом взаимодействия с плитой оболочки. Для средней диафрагмы в многопролетных оболочках и расчет вводится плита оболочки шириной, равной шагу диафрагм, для крайних диафрагм — шириной l₁/2.

Сборные короткие оболочки состоят из плоских ребристых плит и диафрагм в виде ферм (см. рис. 13.9, и), валок, арок. Совместная их работа обеспечивается устройством бетонных шипов на верхнем поясе диафрагм, пазов на наружных гранях продольных и торцовых ребер плит, установкой арматурных каркасов в швах замоноличивания. Расчет коротких сборных оболочек производится в соответствии с двумя этапами работы конструкции: до и после замоноличивания швов между сборными элементами покрытия. До замоноличивания швов сборные элементы рассчитывают как разрезные конструкции на действие нагрузок, возникающих при изготовлении, транспортировании и монтаже. После замоноличивания швов (в стадии эксплуатации) оболочку рассчитывают на действие постоянных и временных нагрузок как пространственную конструкцию по схемам разрушения, охватывающим одну или две крайние плиты согласно [9].

---

Смотрите также файлы

• Протокол Утверждена приказом директора мбоу школа 40 от. .doc

• Характеристика детского коллектива (6 класс).docx

• экономические преступления.docx

• Практическое задание 1 Предмет Философия студент 40. 02. 04.docx

• 2. Воспитание, образование и развитие детей с нарушением слуха Формулировка задания 1.docx