Рассчитать на прочность несущую конструкцию (оболочку) конической дымовой трубы из монолитного железобетона

По таблице 11.5 [1, стр. 197], исходя из конструкции трубы, выбираем диаметр ее устья и внутренний диаметр оболочки: D0=7,2 м, D0об=7,8 м.
Принимаем толщину оболочки h1=0,26 м, толщина воздушного зазара h2=0,1 м, толщина кирпичной футеровки h3=0,2 м, продольная арматура - 5 проволок диаметром 0,02 м на участке периметра трубы 1 м.
Тогда
- площадь арматуры составит:
fa=5×3,14×0,0224=1,57×10-3м2
- относительная площадь при толщине бетона h1=0,26 м:
µi=1,57×10-31×0,26=0,006
- характеристика железобетонного кольцевого сечения ai=23,8:
µi=23,8×0,006=0,143
Изменение диаметра оболочки по высоте трубы
Принимаем уклон i=0,015 и находим закон изменения диаметра по высоте трубы:
i=Diоб-D0об2×H-hi
Diоб=D0об+2×i×H-hi
Значения диаметров для высот 0-270 м с шагом 30 м сведем в таблицу 1.
Таблица 1 - Диаметры слоев дымовой трубы
Отметка, м
Внутренний диаметр оболочки Внешний диаметр оболочки Внешний диаметр футеровки Внутренний диаметр футеровки
270 7,8 8,32 7,6 7,2
240 8,7 9,22 8,5 8,1
210 9,6 10,12 9,4 9
180 10,5 11,02 10,3 9,9
150 11,4 11,92 11,2 10,8
120 12,3 12,82 12,1 11,7
90 13,2 13,72 13 12,6
60 14,1 14,62 13,9 13,5
30 15 15,52 14,8 14,4
0 15,9 16,42 15,7 15,3
Разобьем трубу на кольцевые участки высотой Hi=30 м и определим вертикальную нагрузку от веса части трубы, расположенной выше отметки 30 м:
- объем футеровки:
Vф=π24×i×D13-D23-D1'3-D3'3=1658 м3
- железобетона:
Vжб=π24×i×D13-D23-D1'3-D3'3=2285 м3
Объемная масса футеровки ρф=1800кгм3; железобетона ρжб=2500кгм3 масса этой части трубы составляет:
m=ρф×Vф+ρжб×Vжб=1800×1658+2500×2285=8696900 кг
- вертикальная нагрузка:
N=m×g=8696900×9,81=85,3 МН
При среднем радиусе r=7,63 м бетонной стенки м и толщине слоя бетона h1=0,26 м найдем:
nб=N2×r×h1=85,52×7,63×0,26=21,5 МПа
Примем коэффициент перегрузки n=1,4, коэффициент лобового сопротивления с=0,7 и нормативный скоростной напор q0=0,85 [1, стр . 204]. Значения поправочных коэффициентов на возрастание скоростного напора ветра - k и увеличения скоростного напора за счет пульсации скорости β принимаются согласно табл. 11.7 [1, стр. 204].
Сводные расчеты ветрового момента М, воздействующие на ствол дымовой трубы сведем в таблицу 2.
Таблица 2 - Расчет суммарного ветрового момента на отметке 30 м.
j Грани-ца пояса Середина пояса Коэффи-циент
Расчетная ветровая нагрузка q, кПа
Равнодейст-вующая давления ветра Rj, МН
Плечо lj, м
Ветро-вой момент Mj,
МН×м
Отметка сере-дины, м Наруж-ный диаметр D, м
k
β
0 270
1 240 255 8,77 3,32 1,5 36,4 1,091 225 245,5
2 210 255 9,67 3,21 1,5 38,7 1,162 195 226,5
3 180 195 10,57 3,09 1,5 40,7 1,222 165 201,7
4 150 165 11,47 2,94 1,5 42,1 1,262 135 170,4
5 120 135 12,37 2,76 1,5 42,6 1,279 105 134,3
6 90 105 13,27 2,55 1,5 42,3 1,270 75 95,3
7 60 75 14,17 2,29 1,62 43,8 1,313 45 59,1
8 30 45 15,07 1,87 1,75 41,0 1,229 15 18,4
Суммар-ный ветровой момент на отметке
30 м, МН×м
1151,2
Расчетная ветровая нагрузка определяем по формуле:
q=n×qH=n×q0×c×k×β×D
где qH - нормативная ветровая нагрузка.
Равнодействующая давления:
Rj=10-3×q×Hi
Плечо lj - расстояние до середины некоторого участка расположенного выше рассматриваемого сечения.
Суммарный ветровой момент:
M=1jRj×lj
Относительный эксцентриситет от ветровой и весовой нагрузок:
c0=1,3×MNr=1,3×1151,285,3×7,63=2,3
По найденным αi и c0 и графику (рис