Общие сведения о резервуарах

Железобетонные резервуары классифицируются по виду хранимого продукта (для нефти и нефтепродуктов, воды, продуктов химической промышленности и др.), по форме в плане (круглые и прямоугольные), по вертикальной привязке их днища к уровню площади застройки (подземные, полузаглубленные и наземные), по конструктивным особенностям (из сборного, монолитного или сборно-монолитного железобетона), по длительности хранения продукта и др.

В зависимости от назначения резервуары проектируют с покрытием или без него. Покрытия могут выполняться с применением пространственных, плоских и комбинированных конструкций. В качестве опор покрытий используют стены, перегородки, колонны. Стены резервуаров могут быть вертикальными, наклонными или в виде оболочек днища в большинстве случаев проектируют плоскими. Если требуется снизить давление на стены резервуаров, днища выполняют сферической и призматической формы.

Одним из важных элементов в проектировании емкостных сооружений является разработка узлов сопряжений стен с покрытием и днищем, от которых во многом зависит надежная эксплуатация резервуаров в реальных условиях.

В разные периоды строительства резервуаров в нашей стране они имели различные конструктивные особенности. Вначале, главным образом, возводились прямоугольные в плане сборные резервуары без предварительного напряжения конструкций и стыков между ними. Затем основной упор был сделан на строительство цилиндрических сборных резервуаров с предварительным напряжением только стен в кольцевом направлении. В последнее время резервуары строят из сборного железобетона с предварительным напряжением всех элементов (днищ, стен и покрытий) и сопряжений между ними или из монолитных конструкций, возводимых в переставной опалубке, что позволяет отказаться от трудоемких операций заделки стыков между сборными элементами [10].

Получают распространение конструкции резервуаров с многоосным предварительным напряжением в 2-х и 3-х направлениях.

В отечественной практике проведена унификация резервуаров для воды по основным параметрам (вместимости, габаритным размерам) и по конструктивным решениям; разработана номенклатура типовых конструктивных элементов.

Размеры унифицированных прямоугольных и круглых в плане резервуаров приняты, как правило, кратными 3 м, а по высоте 0,6 м; вместимость прямоугольных резервуаров 100…20000 м³; круглых – 100-6000 м³. Днище выполняют из монолитного железобетона толщиной не менее 120 мм с двойной арматурой, стены и покрытия – из борных железобетонных плит. Бетон стен и днища тяжелый классов по прочности на сжатие В15…В30, марок по водонепроницаемости – W4…W10, по морозостойкости F100…F150. Арматура без предварительного напряжения – классов А-III и B_p-I; с предварительным напряжением – классов А-IV, -VI; B_p-II.

К стенам и днищу резервуаров предъявляют требования по непроницаемости и коррозионностойкости.

В соединениях сборных элементов стен рекомендуется применять герметики и бетон на цементе. Для водонепроницаемости резервуаров изнутри их покрывают цементной штукатуркой, а поверхность соединений стеновых панелей – торкрет-бетоном.

Цилиндрические резервуары. Для круглых в плане резервуаров при монолитных стенах применяют монолитные безбалочные покрытие, опирающееся на колонны с капителями (рис.81, а).

Если стены состоят из сборных вертикальных панелей на всю высоту резервуара, то применяют сборные покрытия балочного типа – ребристые плиты по ригелям, опирающимся на колонны (рис.81, б). Номинальная ширина стеновых панелей 3,14 и 1,57 м. Внешняя поверхность панелей (а при диаметре емкости до 9 м – и внутренняя) принята криволинейной (рис.81, в). Панели устанавливают в паз между двумя кольцевыми ребрами днища. Соединение сборных стеновых панелей с днищем может быть жестким и подвижным. Зазор между панелями и днищем в первом случае заполняют прочным бетоном на мелком щебне, во втором – холодной битумной мастикой. Глубину жесткой заделки стеновых панелей в днище принимают не менее 1,5 толщины стенки [11].

Рис.81. Цилиндрический монолитный резервуар с безбалочным (а) и сборный резервуар с балочным (б) покрытием; стеновая панель (в):

1 – монолитная стена; 2 – сборная стеновая панель; 3 – колонна; 4 – монолитное днище; 5 – фундаментный блок; 6 – монолитное безбалочное покрытие; 7 – сборная балка; 8 – сборная плита покрытия; 9 – бетонная подготовка; 10 – битум; 11 – выравнивающий слой цементного раствора; 12 – напрягаемая арматура; 13 – защитный слой из торкрет-бетона

Резервуар снаружи обжимается кольцевой напрягаемой арматурой. Натяжение высокопрочной проволочной или канатной арматуры производят на бетон с помощью навивочной машины. Высокопрочную стержневую арматуру натягивают электротермическим способом. После натяжения арматуру защищают от коррозии торкрет-бетоном.

Расчет стенки резервуара обычно производится для наиболее опасных схем загружения: а) ёмкость пустая и обсыпана землей; б) ёмкость наполнена, а обсыпка отсутствует; в) посекционное заполнение ёмкости жидкостью.

Гидростатическое давление жидкости, действующее на стенки, на глубине от ее поверхности, приходящееся на единицу площади (рис.82, а), определяется по формуле ,

где - коэффициент надежности по нагрузке; - удельный вес жидкости, где - плотность материала; - ускорение силы тяжести; - расстояние, м. Давление вызывает в стене резервуара кольцевые растягивающие усилия (рис.82, б)

,

Рис.82. К расчету стен цилиндрического резервуара:

а – гидростатическое давление жидкости на стену; б – эпюра кольцевых растягивающих усилий; в – эпюры изгибающих моментов в кольцевых сечениях; г – усилия в узле сопряжения стены с днищем

Подбор сечений бетона и арматуры производят: в горизонтальном направлении – по несущей способности и трещиностойкости как для центрально-растянутого элемента; в вертикальном направлении – только по несущей способности (как для сжатого элемента).

Днища цилиндрических резервуаров выполняют плоскими или в виде конической оболочки, лежащими на упругом основании. При отсутствии подпора грунтовых вод на основной части днища, за исключением участков стыка днища со стенкой и в листах опирания фундаментов колонн, усилия могут не возникать; арматура ставится конструктивно [11]. Пример расчета цилиндрического железобетонного предварительно напряженного заглубленного резервуара для воды см. в [11].

Прямоугольные резервуары. Сборные и сборно-монолитные резервуары большой ёмкости (от 6 до 20 тыс. м³) проектируют, как правило, прямоугольными в плане (рис. 83) .

Рис.83. Прямоугольный монолитный (а) и сборный (б) резервуары:

1 – монолитная стена; 2 – стеновая панель; 3 – колонна; 4 – монолитное днище; 5 – фундаментный блок; 6 – монолитное безбалочное покрытие; 7 – сборная балка; 8 – сборная плита; 9 – бетонная подготовка

Покрытия резервуаров обычно делают плоскими по колоннам, днищ – также плоскими.

Если стены возводят из монолитного железобетона, то применяют безбалочные покрытия (рис.83, а). Для резервуаров со сборными стенами рекомендуют сборные балочные покрытия (рис.83, б). Плиты покрытия одного типоразмера при номинальной ширине 3 или 1,5 м. Стеновые панели соединяют между собой сваркой выпусков арматуры. Угловые участки стен выполняют монолитными (узел Б на рис.83).

Стены прямоугольных резервуаров работают на изгиб в двух направлениях. Их толщина обычно больше чем в цилиндрических резервуарах той же вместимости. Сборные стеновые панели высотой более 4 м выполняют ребристыми.

Стену резервуара рассчитывают по балочной схеме (рис.84). Считают, что она жестко защемлена в днище и шарнирно оперта в уровне покрытия.

Рис.84. Конструктивная (а) и расчетная схемы прямоугольного резервуара при давлении грунта (б) и жидкости (в)

Если стены имеют ребра или опираются на колонны, то их рассчитывают как плиты, опертые по контуру с тремя защемленными гранями и шарнирно опертой гранью в уровне покрытия. Расчет ведут с учетом гидростатического давления жидкости, а также давления грунта и грунтовой воды.

Так как давления жидкости и грунта вызывают изгибающие моменты противоположных знаков (рис.84, б, в), то монолитные стены и стеновые панели резервуаров армируют двойными сетками. Площадь сечения рабочей арматуры определяют из расчета на прочность и на ширину раскрытия трещин . Всю нагрузку считают длительно действующей.