способ армирования железобетонных сооружений сферической формы

Формула изобретения

СПОСОБ АРМИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ СООРУЖЕНИЙ СФЕРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ, включающий заготовку араматурных сеток и послойную укладку их на поверхность сооружения с последующим соединением, отличающийся тем, что заготовку арматурных сеток осуществляют двух типов: в виде сферического и усеченного сферического двуугольников, рабочую арматуру в которых располагают параллельно друг другу, в направлении противоположных углов двуугольника, а с диаметрально оппозитных сторон устанавливают конические бетонные пробки с возможностью сопряжения их с укладываемыми сетками с последующей навивкой на последние горизонтальной арматуры.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при создании ядерных и химических реакторов, аккумуляторов тепла, автоклавов, взрывных камер, барокамер и других емкостных сооружений, работающих в условиях высоких внутренних давлений, температурных, радиационных и других воздействий.

В настоящее время является актуальным создание напоpных емкостей из железобетона, поскольку, как показали исследования отечественных и зарубежных ученых [1] в этом случае практически исключаются ограничения по габаритам и абсолютно невозможно хрупкое разрушение, что несомненно важно с точки зрения экологии и безопасности обслуживающего персонала.

Наиболее близким к предлагаемому является способ армирования железобетонных сооружений сферической формы [2] когда используют заранее изготовленные арматурные сетки в форме сферических равносторонних ромбов, размер малой диагонали которых равен размеру сторон. Сетки послойно укладывают на поверхность со -оружения, при этом смежные слои сеток, кратные трем, последовательно разворачивают относительно друг друга и совмещают стороны сеток последующего слоя с малой диагональю сеток предыдущего слоя, после чего сетки взаимно соединяют.

Недостатками этого способа являются:

многодельность операций по монтажу арматурных сеток разного направления и на большом количестве участков;

трудности устройства различного рода проходок, коммуникаций, крышек, пробок и другого рода отверстий, без которых невозможно создание фактического сооружения;

невысокая прочность сосуда при нагрузках и воздействиях за счет низкого уровня использования деформативно-прочностных характеристик арматуры.

Последнее обусловлено следующим. Известно, что при внутреннем давлении стенки сферического сосуда испытывают растягивающие усилия. В связи с тем, что бетон на растяжение работает плохо и нормативная литература предписывает не учитывать его прочность на растяжение, все растягивающие усилия должны восприниматься только арматурой. Работа последней будет эффективна лишь в том случае, если она будет цельной, а не из отдельных кусков (стержней). В противном случае арматурные стержни необходимо сваривать встык или внахлест, причем по принципу "каждый с каждым". Такая операция весьма трудоемка, учитывая большое (до 50 стержней в одном слое на 1 п.м.) количество арматуры. В соответствии с предложенным решением в прототипе такая сварка исключается в принципе, что не позволяет всей арматуре на всем ее протяжении работать одинаково эффективно. Естественно, что концевые участки арматуры всех без исключения сеток выключаются из работы на растяжение. По мере удаления от конца арматура постепенно за счет сцепления с бетоном включается в работу. Участок, на котором происходит данное нарастание напряжений, носит название зоны анкеровки. Ее длина зависит от ряда факторов: диаметра и вида арматуры, напряженного состояния, прочностных свойств бетона и арматуры и поэтому сильно колеблется. Однако во всех случаях это расстояние не может быть менее 25 диаметров самой арматуры. Учитывая, однако, что вдоль самих стержней всех направлений следует ожидать появление трещин (поскольку растягивающие усилия равномерны по всем направлениям) для обеспечения надлежащей анкеровки должны быть приняты специальные меры (постановка дополнительной косвенной арматуры, приварка к концам стержней анкерующих пластин или закладных деталей, отгиб анкерующих стержней).

Цель изобретения повышение прочности сооружения, снижение расхода арматурной стали, упрощение производства работ и обеспечение возможности устройства различного рода отверстий без принципиального изменения схемы армирования.

Сущность изобретения достигается тем, что в способе армирования железобетонных сооружений сферической формы, включающем заготовку арматурных сеток и послойную укладку их на поверхность сооружения с последующим креплением, сетки заготавливают двух типов в виде плоских разверток: сферического двуугольника и усеченного сферического двуугольника. Рабочая арматура в сетках располагается параллельно друг другу в направлении противоположных углов двуугольника. Сетки в виде сферического двуугольника выполняются длиной от пробки до пробки, а сетки в виде усеченного сферического двуугольника длиннее на величину отгибов у обеих пробок. В местах крышки и днища сооружения с диаметрально оппозитных сторон устанавливают бетонные пробки конической формы: круглая плита, опирающаяся на стенки сосуда по конической поверхности и имеющая соответствующее (одно или несколько при необходимости) отверстие. После чего производят укладку слоя сеток, закрепляют их в местах сопряжения с пробками с последующей навивкой на сетки горизонтальной арматуры.

Выполнение сеток в виде разверток сфе- рических двуугольников позволяет избавить- ся от стыков арматуры в рабочем направлении и таким образом максимально использовать прочностные свойства арматуры.

Установка пробок конической формы в местах крышки и днища с диаметрально противоположных сторон позволяет устраивать в них различного рода отверстия и проходки, не изменяя при этом схему армирования сосуда, а также упрощает производство работ, так как пробки используются для крепления к ним арматурных сеток. Следует отметить, что армирование рабочими стержнями такой пробки необязательно, поскольку материал ее (т.е. бетон) работает на сжатие во всех направлениях, так как при внутреннем давлении происходит ее "заклинивание" в стенках сосуда.

Армирование сооружения выполняется двумя типами сеток вертикального направления, поочередно укладываемыми по окружности. Такая разрядка сеток позволяет охватить всю поверхность сферы таким образом, что в каждом горизонтальном сечении будет одинаковое количество рабочей арматуры. В горизонтальном направлении, т.е. по направлению параллелей, навивается горизонтальная (кольцевая) арматура с одинаковым и равным вертикальному шагом стержней. Таким образом, выполняются только две операции навешивание вертикальных (меридиональных) сеток двух типов, а также навивка кольцевой (горизонтальной) арматуры. В зависимости от габаритов сооружения и величины и внутреннего давления количество слоев армирования может быть сколько угодно большим.

Наличие сформировавшихся таким образом арматурных слоев со стержнями двух направлений меридионального (вертикального) и кольцевого (горизонтального) с одной стороны, обеспечивает их полноценную работу на растяжение по всей их длине с полным использованием прочностных и жесткостных свойств арматуры, а с другой стороны, обеспечивает равнопрочность сечений по любому направлению.

Таким образом, данный способ армирования железобетонных сооружений сферической формы позволяет достичь технический результат, заключающийся в повышении прочности, снижении расхода стали и упрощении технологического процесса возведения сооружения.

На фиг. 1 представлена сетка, выполненная в виде развертки сферического двуугольника; на фиг. 2 сетка, выполненная в виде усеченного сферического двуугольника; на фиг. 3 раскладка слоя сеток; на фиг. 4 сечение сооружения.

Способ армирования осуществляется следующим образом.

Для армирования железобетонного сооружения сферической формы заготавливают арматурные сетки двух типов: в виде развертки сферического двуугольника 1 и в виде усеченного сферического двуугольника 2. Длина сетки 1 определится в зависимости от расстояния от центра сосуда до первого слоя сеток и угла по формуле

l₁ где угол в градусах,

r расстояние от центра сферического сосуда до первого слоя сеток.

Длина сетки 2 определится по формуле

l₂ + 2C где C длина образующей конуса пробки.

При этом общее количество сеток слоя четное. Количество сеток слоя следует принимать не менее 20 для удобства обжатия их горизонтальной арматурой 3.

В местах крышки и днища сооружения с диаметрально противоположных сторон устанавливаются бетонные пробки конической формы 4. Сетки 1 и 2 поочередно укладываются по периметру сооружения в один слой, при этом общее количество сеток четное. Сетки 1 и 2 крепятся к сооружению в местах расположения пробок. После чего на слой сеток навивается горизонтальная кольцевая арматура 3, которую для удобства работ следует навивать от экватора к пробкам. После навивки слоя горизонтальной арматуры устанавливается второй слой сеток и так далее.

Для изготовления арматурных сеток и армирования в горизонтальном направлении может быть использована арматура диаметром 3-8 мм, в том числе обыкновенная и высокопрочная арматурная проволока классов В-1, Вр-1, Вр-11, а также арматура классов А и Ат.

Данный способ армирования позволит:

повысить прочность сооружения за счет того, что в способе армирования отсутствуют стыки рабочей арматуры как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении;

снизить расход арматурной стали до 40% в зависимости от размеров сооружения и количества сеток, принятых для армирования одного слоя. Так, например, при диаметре сосуда 5 м количество сеток в прототипе 40 шт и при диаметре рабочей арматуры 8 мм номинальный размер стороны сферического ромба будет 700 мм, при этом длина анкеровки стержней должна быть не менее 25 диаметров стержней. Таким образом, общая длина стержня 700+25 х 8 х 2=700+400= 1100 мм, расход стали на анкеровку:

100=36,4%

В данном же способе армирования стыки горизонтальной и вертикальной арматуры практически отсутствуют;

упростить производство работ, так как сетки изготавливаются плоскими;

обеспечить возможность устройства проходки отверстий в пробках без изменений схемы армирования, что не предусмотрено в прототипе.