6.3. Збірні труби

Стовбур збірних труб доцільно монтувати з окремих залізобетонних царг, що з'єднуються по висоті труби за допомогою арматури (ненапружуваної або напружуваної). Діаметр царг, виготовлених на заводі, за умовам транспортування не повинен перевищувати 3...3,5 м. При більшому діаметрі (до 5...6 м) царги повинні виготовлятися безпосередньо на будівельному майданчику. Застосування замість царг окремих блоків, що з'єднуються один з одним у вертикальних і горизонтальних площинах, менш доцільно по відношенню як до монтажу, так і до конструкції стінки стовбура (наявність вертикальних швів при дії горизонтальних розтяжних зусиль).

Збірні труби мають циліндричну форму. Висота їх може доходити до 60 м.

Рис. 6.3. Збірна попередньо напружена циліндрична димова труба з жаростійких залізобетонних царг: а – загальний вигляд; б – вертикальний розріз; 1 – жаростійкі залізобетонні царги; 2 – пучки з 12-ти дротинок діаметром 5 мм; 3 – сталевий опорний стакан; 4 – ребра жорсткості; 5 – анкерні болти; 6 – отвір для відводу газів; 7 – фундамент

Монтаж стовбура труби з окремих царг, що з'єднуються за допомогою напружуваної арматури, може виконуватися двома способами.

При першому способі стовбур збирають у вертикальному положенні. Стержнева арматура по висоті труби натягається за допомогою нарізних муфт (рис. 6.3). Після натягу арматури і приварки кінців муфт, ніші, у яких вони розташовані, заповнюють дрібнозернистим бетоном, а у канали нагнітають цементний розчин.

При другому способі стовбур збирають у горизонтальному положенні внизу, біля місця монтажу труби. Царги з'єднують шляхом натягу домкратом дротової арматури (у вигляді пучків або 7-дротових канатів), що укладається в каналах на всю висоту труби. Після закінчення натягу в канали нагнітають цементний розчин.

Рис. 6.4. Деталь стику попередньо напруженої стержньової арматури: 1  стінка залізобетонної царги; 2  стержень поздовжньої попередньо напруженої арматури; 3  канал, заповнений цементним розчином або тістом шляхом нагнітання; 4  нарізна частина стержня (приварюється до стержня); 5  ніша, що заповнюється бетоном або розчином; 6  нарізна муфта; 7  гайка-фіксатор; 8  кільцева арматура; 9  зварювання; 10  сталева шайба

Рис.6.5. Деталь стику поздовжньої арматури труб із збірних залізобетонних царг: 1  поздовжня арматура; 2  сталева косинка; 3  арматурний стержень, який приварюють до косинки; 4  арматурна сітка; 5  монтажна планка; 6  монтажний болт; 7  ніша

Підйом стовбура і установка його в робоче положення можуть бути виконані за допомогою двох щогл або самохідного стрілового крана. На рис. 6.3 показана схема труби зі збірним попередньо напруженим стовбуром, що був зведений таким способом. Висота царг у цій трубі (1,5 м) занадто мала; доцільно було б збільшити її до 3...4 м.

При застосуванні ненапружуваної арматури трубу монтують у вертикальному положенні; царги стикують, як показано на рис. 6.5.

6.4. Конструювання і розрахунок стовбура труби

Гранична гнучкість стовбура труби, що характеризується величиною (де – розрахункова довжина стовбура, – радіус інерції його перерізу), залежить від температури, при якій працює бетон, і приймається відповідно до даних, наведених в довідковій літературі.

Ухил твірної стовбура конічної труби робиться або постійним, рівним 0,02...0,025, або змінним – в межах від 0,01 до 0,10.

Діаметр верхнього перерізу стовбура приймається відповідно до теплотехнічного розрахунку, що враховує вид і погодинну витрату палива, температуру газів біля основи труби і швидкість їх при виході.

Оскільки вертикальне навантаження і згинальні моменти від вітру в стовбурі збільшуються від нульового значення вгорі до максимального біля основи, то несуча здатність стовбура повинна також збільшуватися згори донизу. У монолітних циліндричних трубах це може бути досягнуто тільки зміною армування, тому що товщина стінки стовбура за умовами зведення його в ковзкій опалубці повинна залишатися постійною. У тих випадках, коли зведення труби не зв'язано з застосуванням ковзкої опалубки, збільшити несучу здатність стовбура можна як зміною товщини стінки, так і збільшенням діаметра стовбура при відповідній зміні площі поперечного перерізу арматури. Більш ефективним є збільшення діаметра стовбура, тому що при збільшенні товщини стінки зростає момент від температурного перепаду. Крім того, збільшення діаметра зменшує гнучкість стовбура, що дає додаткову економію матеріалів при підборі перерізу стовбура на позацентровий стиск від вітрового моменту і вертикального навантаження. Одночасно зі збільшенням діаметра стовбура збільшується і товщина стінки.

Мінімальна товщина стінки вгорі монолітної труби за технологічними вимогами приймається рівною 160 мм при внутрішньому діаметрі до 5 м, 180 мм при діаметрі від 5,1 до 7 м і 200 мм при діаметрі від 7,1 до 9м.

Мінімальна товщина стінки царг збірних труб, що визначається розрахунком, повинна прийматися з урахуванням конструкції стику подовжньої арматури (див. рис. 6.4 і 6.5).

Мінімальна товщина захисного шару бетону для робочої арматури приймається 30 мм.

Клас звичайного важкого і жаростійкого бетону для залізобетонних монолітних труб повинен бути не нижче В20, а для збірних і попередньо напружених труб – не нижче В30.

Для армування стовбура монолітних труб може застосовуватися ненапружувана і напружувана арматура. Армування напружуваною арматурою пов'язано з виробничими труднощами і збільшує терміни будівництва, тому може застосовуватися лише в окремих випадках.

Гранична температура нагрівання ненапружуваної стержньової арматури 400...450°С (залежно від класу арматури), напружуваної стержньової 250°С і напружуваної дротової 150°С.

Як ненапружувану доцільно використовувати арматуру зі сталі класу А-ІІІ або А-П (без зміцнення витяжкою), а як напружувану – зі сталі класу А-ІV або з високоміцного холоднотягнутого дроту.

Для монолітних труб застосовується арматура у вигляді окремих стержнів, що стикуються по висоті труби внапуск без зварювання; для збірних труб доцільніше застосовувати зварні каркаси.

З'єднання поздовжньої арматури царг по висоті труби здійснюється при установці її в нішах (які згодом замонолічуються по сітці) за допомогою зварювання закладних деталей (косинок), як показано на рис. 6.5. При установці арматури в поздовжніх пазах, які згодом торкретують, стержні приварюються до косинок, що закладені у стінку труби і приварені до кільцевої арматури царг.

Зольне перекриття, що влаштовується при надземному введенні газоходів, може бути виконано збірним і монолітним. Ділянку стовбура збірних труб у зоні введення доцільно робити з монолітного залізобетону.

Футерування стовбура монолітних труб виконується у вигляді окремих поясів, що спираються на консолі, які влаштовуються в стінці стовбура. За умовами технології виконання робіт переріз консолі в конічних трубах роблять бетонним трикутного перерізу (рис. 6.6), а в циліндричних – залізобетонним прямокутного перерізу висотою 12...15 см; залізобетонні консолі розрізаються вертикальними температурними швами, розташованими на відстані не більш 1м.

Рис 6.6. Деталь спряження поясів футерування: 1  залізобетонна стінка стовбура; 2  футерування з глиняної цегли марки М100 на розчині марки М25; 3  фасонні слізникові плитки з кислотостійкої кераміки

Царги збірних труб встановлюють на місце офутерованими.

На стовбур димаря діють горизонтальне вітрове навантаження, вертикальне навантаження від ваги труби (стовбура, футерування, світлофорних площадок) і температурний перепад, що утворюється внаслідок різниці температур на внутрішній і зовнішній поверхнях стовбура.

У горизонтальних кільцевих перерізах стовбура момент від вітру і додатковий момент від вертикального навантаження, що діють у вертикальній площині, і вертикальне навантаження викликають позацентровий стиск. Температурний перепад викликає в цих перерізах згин стінки у вертикальній площині, причому стиснута зона розташована з внутрішньої, а розтягнута – з зовнішньої сторони (рис. 6.7, г).

У результаті спільної дії навантажень і температурного перепаду в частинах горизонтального перерізу, розташованих з навітреної сторони, виникає позацентрове розтягання з однозначною або з двозначною епюрою, характер якої залежить від температурної кривизни і зусилля розтягу, що виникає в перерізі від дії навантажень.

Рис. 6.7. Напружений стан позацентрово стиснутого кільцевого перерізу при великих ексцентриситетах: а  дійсна епюра напружень від дії навантаження; б  закон зміни деформацій; в  розрахункова епюра напружень; г  епюра напружень від температурного перепаду

У частинах горизонтального перерізу, розташованих з підвітреної сторони, виникає позацентровий стиск. Теоретично епюра напружень тут також може бути однозначною або двозначною. Однак, як показали експериментальні дослідження, в стадії руйнування ці перерізи будуть завжди стиснуті незалежно від температурного перепаду, тому що згинальний момент, викликуваний цим перепадом, пропорційний жорсткості перерізу, яка у результаті дії на бетон стовбура з внутрішньої сторони високої температури в міру наближення до стадії руйнування сильно знижується. Це призводить до значного зменшення розтягувальних напружень, викликаних температурним перепадом, у зовнішній зоні перерізу, які в результаті залишаються меншими від стискувальних напружень, викликаних дією навантажень.

У вертикальних перерізах стовбура в результаті температурного перепаду виникає згинальний момент, що викликає в перерізі стискувальні напруження з внутрішньої сторони і розтягувальні – із зовнішньої сторони стінки. Вигин стовбура у вертикальному перерізі в результаті нерівномірного тиску вітру незначний, і тому в розрахунку враховується тільки дія температурного перепаду.

Товщину стінки стовбура і площу поперечного перерізу вертикальної арматури визначають з розрахунку горизонтальних перерізів, а площу поперечного перерізу кільцевої арматури – з розрахунку вертикальних перерізів стінки. При розрахунку горизонтальних перерізів враховується додатковий згинальний момент, створюваний вертикальним навантаженням унаслідок вигину стовбура і повороту його в ґрунті від вітрового навантаження. Горизонтальні і вертикальні перерізи розраховують на міцність і тріщиностійкість. Усі циліндричні труби, а також конічні труби, що мають ухил зовнішньої поверхні стовбура до 1%, розраховують на резонанс.

При розрахунку на міцність горизонтального перерізу на позацентровий стиск з великим ексцентриситетом за граничний стан приймається момент утворення пластичного шарніра, що характеризується поширенням зони текучості розтягнутої арматури до її центра ваги. Цьому станові відповідають показані на рис. 6.7, а трапецієподібні (точніше, криволінійні) епюри напружень у розтягнутій арматурі і у стиснутій зоні бетону. Для спрощення розрахунку ці епюри заміняються прямокутними (рис, 6.7, в). Зміна середніх деформацій по висоті перерізу на ділянках між тріщинами приймається по лінійному закону (рис. 6.7, б).

Значення розрахункових опорів, а також модулів пружності бетону й арматури приймаються з урахуванням зниження їх в умовах впливу високих температур.

Розрахунок горизонтальних і вертикальних перерізів стовбура труби на міцність, а також на розкриття або утворення тріщин виконують за формулами, наведеними в “Руководстве по проектированию бетонных и железобетонных конструкций, предназначенных для работы в условиях воздействия повышенных и высоких температур” (НИИЖБ Госстроя СССР - М.: Стройиздат, 1978). Там же є формули для визначення температурної кривизни і зусиль від дії температури.

Визначення вітрового навантаження і розрахунок стовбура труби на резонанс виконують за вказівками і формулами СНИП “Навантаження і впливи”.