П-780-83
-------------------
     Гидропроект

     
     
ПОСОБИЕ
по проектированию сталежелезобетонных конструкций
гидротехнических сооружений

     
     
     УТВЕРЖДЕНО Главным инженером Всесоюзного ордена Ленина проектно-изыскательского и научно-исследовательского  института "Гидропроект" им. С.Я.Жука Т.П.Доценко, июнь 1983 г.;
     
     Зам. директора Всесоюзного ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательского института гидротехники им. Б.Е.Веденеева по научной работе, АТН И.Б.Соколовым, июнь 1983 г.
     
     

АННОТАЦИЯ

     
     Настоящее Пособие по проектированию сталежелезобетонных конструкций гидротехнических сооружений содержит основные положения проектирования таких конструкций, особенности расчета и конструирования, снабжено примерами расчета и конструирования.
     
     Пособие предназначено для инженерно-технических работников, занятых проектированием гидротехнических сооружений. Оно выпущено взамен  "Руководства по проектированию сталежелезобетонных трубопроводов и их фасонных частей".
     
     

ПРЕДИСЛОВИЕ

     
     В последнее время в промышленно-гражданском и гидротехническом строительстве все шире применяются сталежелезобетонные конструкции, представляющие собой объединенную в одном элементе и совместно работающую железобетонную конструкцию и внешнее армирование из листовой стали (облицовку).
     
     В гидротехническом строительстве они оказались необходимы потому, что позволяют создавать конструкции турбинных водоводов и спиральных камер для агрегатов большой единичной мощности, когда произведение внутреннего давления () на диаметр ()  1200 тс/м. В этом случае трудно обеспечить создание надежной стальной конструкции, так как потребная по расчетам толщина оказывается больше 40 мм, а сварка листов толщиной более 40 мм на строительство недостаточно освоена.
     
     В настоящее время сооружены и работают сталежелезобетонные спиральные камеры Нурекской ГЭС (=1600 тс/м), Ингурской ГЭС (=1650 тс/м,) Саяно-Шушенской ГЭС (=1700 тс/м), развилка турбинных водоводов на Чарвакской ГЭС, трубопроводы Саяно-Шушенской ГЭС. Проектируются и возводятся сталежелезобетонные спиральные камеры Рогунской (=2280 тс/м) и Байпазинской (=800 тс/м) ГЭС, запроектированы и строятся водоводы Загорской ГАЭС (=1250 тс/м).
     
     Ранее также сооружались подобные конструкции, например, успешно работают турбинные водоводы Красноярской ГЭС, однако расход металла там примерно вдвое превышает необходимый.
     
     Другой тип конструкции, который целесообразно проектировать из сталежелезобетона - это конструкции, имеющие стальную облицовку, поставленную по соображениям предотвращения фильтрации или по другим условиям. В этом случае целесообразно включать путем анкеровки облицовку в статическую работу конструкции. Подобный опыт широко практикуется в промышленных сооружениях, в гидротехнических - осуществлен на строительном туннеле Токтогульской ГЭС.
     
     С точки зрения экономичности следует ожидать от применения сталежелезобетонных конструкций всегда положительного результата.
     
     В случае осуществления конструкций с высоким  помимо эффекта от применения агрегатов большой единичной мощности, часть дорогостоящего листового прокатного металла заменяется более дешевой высокопрочной арматурой (=3750 кгс/см).
     
     Принимая во внимание дефицитность и высокую стоимость листового проката, оказывается экономически выгодным переход на сталежелезобетонную конструкцию даже и тогда, когда она из условий прочности может быть выполнена в металле.
     
     Кроме экономии нужно учитывать большую надежность сталежелезобетонной конструкции (исключается хрупкое разрушение).
     
     В том случае, когда вводится в работу на прочность облицовка, поставленная по соображениям фильтрации, получается экономия арматуры, улучшаются условия производства работ и, соответственно, улучшается качество, что является также положительным фактором.
     
     Основные требования по расчету сталежелезобетонных конструкций приведены в главе СНиП II-56-77* "Бетонные к железобетонные конструкции гидротехнических сооружений. Нормы проектирования". Настоящее Пособие выпущено в развитие указанной главы СНиПа.
________________

     * Действуют СНиП 2.06.08-87, здесь и далее.  - Примечание .

     
     Текст из нормативных документов выделен чертой слева. Там же указывается из какого документа он взят, в скобках приводится соответствующий пункт первоисточника.
     
     Настоящее Пособие по проектированию сталежелезобетонных конструкций гидротехнических сооружений составлено на основании результатов экспериментальных и теоретических исследований, проведенных институтами "Гидропроект" им. С.Я.Жука, ВНИИГом им. Б.Е.Веденеева, НИСом Гидропроекта, НИИЖБом, ПОАТ ХТЗ им. С.М.Кирова, ЛМЗ им. XXII съезда КПСС, натурных наблюдений на эксплуатируемых ГЭС, а также на основании опыта проектирования института "Гидропроект". Учтен опыт практического использования "Руководства по проектированию сталежелезобетонных трубопроводов и их фасонных частей" .
     
     В пособие включены сталежелезобетонные конструкции спиральных камер, напорных водоводов и туннельных облицовок, разработанные институтом "Гидропроект"; конструкции сталежелезобетонных затворов разработаны ВНИИГом им. Веденеева.
     
     

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

     
     1.1. Настоящее пособие распространяется на проектирование сталежелезобетонных гидротехнических конструкций без предварительного напряжения.
     
     1.2. Сталежелезобетонная конструкция состоит из двух совместно работающих элементов: стальной оболочки и железобетонной конструкции. Стальная оболочка выполняет противофильтрационные функции и воспринимает часть усилий.
     
     Остальная часть усилий воспринимается железобетонной конструкцией.
     
     1.3. Применение сталежелезобетона обеспечивает полную надежность и исключает катастрофический аварийный характер разрушения, имеющий место в стальных конструкциях, за счет:
     
     - уменьшения концентрации напряжений от местного изгиба и других причин за счет совместной работы стальной оболочки с железобетоном, который служит упругим основанием;
     
     - применения для стальной оболочки мягких пластичных, хорошо освоенных сталей оптимальной толщины;
     
     - малой вероятности совпадения возможных ослаблений в элементах конструкций, например, сварных швов облицовки и арматурных стыков.
     
     1.4. Сталежелезобетонные конструкции гидротехнических сооружений применяются при необходимости обеспечения их повышенной надежности, а также в тех случаях, когда они оказываются предпочтительными по экономическим соображениям.
     
     Спиральные камеры с параметром  (произведение давления на диаметр входного сечения), большим 1200 тс/м, и турбинные водоводы с , большим 1700 тс/м рекомендуется проектировать только в сталежелезобетонном исполнении.
     
     1.5. При применении турбинных водоводов сталежелезобетонной конструкции на деривационных и приплотинных ГЭС и ГАЭС не требуется возведения защитных сооружений от аварийного потока воды (п.7.8 СНиП II-50-74).
     
     1.6. В водоводах прямоугольного сечения, камерах затворов и других конструкциях подобной формы стальная облицовка, принятая по соображениям фильтрации или по другим условиям, должна быть включена в статистическую работу конструкции путем ее анкеровки и учитываться в работе на прочность в качестве внешней листовой арматуры.
     
     

2. СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ,
ИХ СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ

     
     2.1. Сталежелезобетонные конструкции можно подразделить
     
     а) по назначению: водоводы и их развилки, уравнительные резервуары, спиральные камеры, туннельные водосбросы, камеры затворов, затворы;
     
     б) по расположению: открытые, засыпные, забетонированные в подземных выработках;
     
     в) по производству работ: монолитные, сборные и сборно-монолитные.
     
     2.2. Сталежелезобетонные напорные и безнапорные трубопроводы, забетонированные в подземных выработках, следует проектировать в соответствии с СН 238-73 "Указаниями по проектированию гидротехнических туннелей", Руководством по проектированию гидротехнических туннелей (Стройиздат, 1982 г.). Конструкции водоводов, возводимые в насыпях, должны проектироваться в соответствии с главой СНиП II-Д.7-62 "Мосты и трубы".
     
     2.3. Напорные трубопроводы следует проектировать, как правило, кругового поперечного сечения (рис.1). Конические участки проектируются аналогично цилиндрическим. Колена турбинных водоводов, образованные из цилиндрических звеньев, конструируются и рассчитываются как части торообразной оболочки.
     
     

Рис.1. Напорные водоводы кругового поперечного сечения

     
     
     2.4. Конструкция развилки напорных трубопроводов кругового очертания может быть решена по двум схемам.
     
     1. Развилка может быть запроектирована как раздвоенные сталежелезобетонные оболочки, замкнутые на стальную диафрагму (рис.2а).
     
     Такая конструкция возможна при условии обеспечения надлежащего качества металла и сварки.
     
     Следует иметь в виду, что конструкция является металлической, так как ключевой элемент стальной и, как практика показывает (промежуточный водозабор Нурекской ГЭС), имеет аварийный характер разрушения, а в технологическом отношении очень сложна.
     
     2. Во втором варианте стальная оболочка разветвления напорного трубопровода располагается в обойме из железобетона с кольцевой арматурой (рис.2б). Обойма по длине делится на участки разного диаметра в соответствии с размерами конструкции с целью экономии материалов. Внутренняя стальная оболочка полностью учитывается в расчете на прочность вместе с кольцевой арматурой.
     
     

Рис.2. Конструкция развилок

     
     
     Такая конструкция может быть осуществлена при практически любом  и разрушение ее не носит аварийного характера.
     
     2.5. Сталежелезобетонная конструкция спиральной камеры состоит из стальной облицовки толщиной не более 36 мм и каркаса арматуры, расположенного в непосредственной близости от нее. Кольцевая меридиональная арматура замыкается на ребра жесткости колец статора или на стальные облицовки шахты турбины и конуса отсасывающей трубы, сопряженные со статором турбины. Равнодействующая усилий, возникающих в стальной облицовке и кольцевой меридиональной арматуре, не должна вызывать в колоннах статора изгиба.
     
     2.6. Высоконапорные сталежелезобетонные спиральные камеры могут иметь две разновидности:
     
     а) когда несущая конструкция спирали не отделяется от бетона блока спиральной камеры (рис.3а),
     
     б) когда несущая конструкция спирали отделяется в верхней части от бетона блока деформируемой прокладкой (рис.3б).
     
     

Конструкции спиральных камер

Рис.3. Конструкция спиральных камер

     
     
     В первом случае конструкция является более жесткой, что вызывает раннее трещинообразование во всем блоке. Такую конструкцию имеют все запроектированные и построенные сталежелезобетонные спиральные камеры по решениям технич. советов институтов.
     
     Во втором случае обеспечивается более позднее появление трещин в блоке, но должна быть гарантирована эффективная работа прокладки и хорошее качество проработки бетона тонкой железобетонной оболочки, что вызывает сомнение.
     
     2.7. Стальные облицовки водосбросов, камер затворов, затворов и других аналогичных конструкций, принятые по условиям исключения фильтрации, стойкости к истиранию и кавитации, или по другим соображениям, должны в обязательном порядке использоваться в статической работе сталежелезобетонной конструкции, для чего их необходимо анкеровать с помощью стержней арматурной стали. Анкеры должны привариваться дуговой сваркой к ребрам облицовки. Возможна приварка анкеров непосредственно к облицовке с помощью специального оборудования TЗ-1 и на станке АДФ-200 по рекомендациям НИИЖБа, что позволяет избежать больших деформаций при сварке.
     
     В подземных конструкциях использование облицовки исключает постановку арматуры со стороны облицовки (рис.4), так как облицовка ее заменяет. При расположении конструкций в прочных породах при наличии подземных вод следует рассматривать вариант с анкеровкой облицовки к породе (рис.5).
     
     

Рис.4. Конструкция обделки, включающая стальную облицовку

Рис.5. Конструкция прианкеренной к породе стальной облицовки

     
     
     В затворах арматура, недостающая до расчетного количества с учетом облицовки, должна располагаться в непосредственной близости от облицовки.
     
     2.9. Сталежелезобетонные затворы могут быть как поверхностными, так и глубинными. В настоящем документе даются указания по проектированию наиболее распространенных плоских затворов.
     
     На практике возможно использование сталежелезобетонных секторных, сегментных, откатных батопортов и других типов затворов. Область применения сталежелезобетонных затворов и площадь перекрываемых ими отверстий аналогичны металлическим затворам.
     
     

3. НАГРУЗКИ, ВОЗДЕЙСТВИЯ, ИХ СОЧЕТАНИЯ

     
     3.1. Нагрузки и воздействия на сталежелезобетонные конструкции принимаются в соответствии с главами СНиП II-50-74 "Гидротехнические сооружения речные. Основные положения проектирования", СНиП II-57-82* "Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)", СНиП II-6-74** "Нагрузки и воздействия".

________________

     * Действуют СНиП 2.06.04-82.
      ** Действуют СНиП 2.01.07-85. - Примечание .
     
     3.2. Нагрузками основного сочетания для сталежелезобетонных конструкций являются: внутреннее гидростатическое давление с учетом повышения давления при гидравлическом ударе в нормальных условиях эксплуатации, вес, давление подземных вод, горное давление, давление засыпки грунтом, давление с учетом пульсации потока, волновое давление и давление навала льда.
     
     3.3. К особым нагрузкам и воздействиям относятся: сейсмические воздействия, внутреннее гидростатическое давление при формированном подпорном уровне или при действии гидравлического удара при полном сбросе нагрузки, усилия, возникающие вследствие изменения температуры, набухания и усадки бетона, ползучести породы, осадки опор.
     
     Особое сочетание нагрузок включает нагрузки основного сочетания и одну из особых нагрузок.
     
     3.4. К нагрузкам строительного периода относятся: давление от свежеуложенного бетона, давление раствора при выполнении цементации, давление механизмов при производстве работ, монтажные нагрузки и др.
     
     Необходимо предусматривать соответствующие мероприятия для исключения дополнительного армирования на нагрузки строительного периода.
     
     Цементация шва между стальной и железобетонной оболочками должна быть специально обоснована и при удовлетворительном качестве работ не нужна. Если цементация необходима, то давление ее должно назначаться таким, чтобы не требовалось увеличения расхода металла.
     
     Высота блоков бетонирования назначается такой, чтобы не требовалось усиления конструкции, принятой по условиям эксплуатации. При необходимости могут быть предусмотрены инвентарные раскрепления.
     
     3.5. Нагрузки при расчете прочности должны приниматься в наиболее неблагоприятных, но в возможных сочетаниях, отдельно для эксплуатационного и строительного случаев.
     
     3.6. При угле наклона оси трубопровода к горизонту более 70° или при величине отношения диаметра () к напору ()  допускается не учитывать изменение давления по сечению и вести расчет по гидростатическому напору в центре тяжести сечения.
     
     3.7. При расчете трубопровода на действие внутреннего давления вес конструкции при наклоне трубопровода к горизонту более 70°, а также на предварительных стадиях проектирования допускается не учитывать.
     
     3.8. Для тонкостенных конструкций трубопроводов следует проводить расчет на частичное заполнение трубопроводов.
     
     3.9. Горное давление рассчитывается в соответствии с СН 238-73, давление от засыпки - со СНиП II-Д.7-62*.
     

________________

     * Действуют СНиП 23-01-99. - Примечание .    
     
     3.11. Нагрузка от свежеуложенного бетона принимается в соответствии со СНиП III-15-76 "Бетонные и железобетонные конструкции монолитные".
     
     3.12. Сейсмические нагрузки принимаются по СНиП II-7-81 "Строительство в сейсмических районах" или по "Руководству по учету сейсмических воздействий при проектировании гидротехнических сооружений" (ВНИИГ, 1977 г.).
     
     3.13. Коэффициенты перегрузки приведены в таблице 1.
     
     

Таблица 1

     
     
4. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

     
     4.1. Расчет сталежелезобетонных гидротехнических конструкций следует производить по методу предельных состояний в соответствии с требованиями общесоюзных норм и правил на проектирование строительных конструкций СНиП II-50-74 и СНиП II-56-77.
     

    
      Для листовой арматуры в зависимости от анкеровки допустимо вводить понижающий коэффициент, но не менее 0,5.
     
     4.3. По второй группе предельных состояний при необходимости в отдельных случаях выполняется расчет раскрытия трещин. Расчет ведется на основное сочетание нормативных нагрузок (без коэфф. перегрузки).
     
     Предельные значения величины раскрытия трещин приведены в таблице 2 (п.7.2).
     
     

5. РАСЧЕТНЫЕ СХЕМЫ КОНСТРУКЦИИ

     
     5.1. Сталежелезобетонные конструкции при выборе расчетных схем не имеют отличия от конструкции из других материалов: металла и железобетона.
     
     5.2. Конструкции трубопроводов, имеющие сплошное опирание в направлении образующей, допускается рассчитывать раздельно в кольцевом и в продольном направлении.
     
     5.3. Напорные трубопроводы, лежащие на упругом основании, в кольцевом направлении рассчитываются:
     
     а) открытые - по схеме, приведенной на рис.6.
     
     б) засыпанные - по схеме, приведенной на рис.7.
     
     

Рис.6. Расчетная схема открытого напорного трубопровода

Рис.7. Расчетная схема засыпанного трубопровода

     
     Сектор опирания трубопроводов рекомендуется принимать не менее 90°, во избежание появления значительных пиков изгибающих моментов у края опирания.
     
     5.4. Расчет трубопроводов открытых и засыпанных должен быть выполнен на две схемы загружения:
     
     а) эксплуатационный случай (загружение внутренним давлением, весом трубопровода, давлением засыпки) 1,
     
     б) ремонтный случай, когда трубопровод опорожнен (загружение весом трубопровода, давлением засыпки и наружным давлением воды, если таковое может быть) 0,95.
     
     Нужно иметь в виду, что при расчете на сочетание нагрузок, включающее внутреннее давление (из-за наличия сквозных трещины в бетоне), следует включать в расчет жесткость арматурного сечения.
     
     ; ; относительно центральной оси стального сечения, .  и  - моменты инерции сечения арматуры и облицовки.
     
     Это обычно исключает или сводит до минимума изгибающие моменты.
     
     При расчете опорожненного трубопровода следует учитывать жесткость бетонного сечения при модуле упругости, равном 0,7.
     
     Коэффициент постели основания определяется по формуле:
     

,                                                     (2)

     
где  - модуль деформаций основания сооружения с введением поправочных коэффициентов, учитывающих несоответствие между напряженным состоянием грунта в компрессионном приборе и в основании сооружения. Определяется в соответствии с прил.7 СНиП II-16-76* "Основания гидротехнических сооружений";
________________

     *  Действуют СНиП 2.02.02-85, здесь и далее оп тексту.  - Примечание .

      - коэффициент Пуассона грунта;
     
      - толщина сжимаемого слоя, принимаемая согласно п.6.7 СпиП II-16-76 равной 0,3  для песчаных грунтов и 0,7  - для глинистых грунтов;
     
      - ширина основания.
     
     Расчеты по схемам, представленным на рис.6 и 7, могут быть выполнены с помощью любых программ для стержневых систем. Может быть применена и специализированная программа TK-IA. При этом для свободной части сечения трубопровода  принимается на два порядка меньше, чем для основания.
     
     Расчет по схемам 6 и 7 может быть произведен с учетом касательных напряжений трубы водовода с опорной конструкцией на ЭВМ по программам "СМ-4", "Лира", КРАК и др.
     
     Температурный перепад в сечении может быть учтен по приложению 2.
     
     5.5. Обделки напорных туннелей рассчитываются по схеме, приведенной на рис.8, с учетом отпора породы по контуру согласно СН 238-73, см. также "Руководство по проектированию гидротехнических туннелей", Гидропроект им. С.Я.Жука, М., 1982 и "Рекомендации по автоматизированным расчетам туннельных обделок (по программе ТК IA)" .
     

Рис.8. Расчетная схема напорного туннеля

     
     
     В этих расчетах закон независимости действия сил не имеет места. Температурные воздействия в туннелях при расчетной разности температур менее 30 °С не учитываются. При расчете на температурные воздействия трещиностойких обделок необходимо учитывать набухание и ползучесть бетона.
     
     В расчете нужно принимать коэффициент отпора породы по формуле:
     

,                                                  (3)

     
где  - модуль деформации породы,

      - ширина выработки,
     
      - коэффициент Пуассона породы.
     
     Жесткость обделки принимается в соответствии с п.5.4. Расчеты могут быть выполнены с помощью программы TK-IA.
     
     5.6. Фасонные части трубопроводов, в том числе и развилки, рассчитываются в кольцевом направлении так же, как и трубопроводы. При расчете развилок диаметр принимается равным наибольшему пролету трубопровода в свету в пределах каждого диска (рис.2).
     
     5.7. В направлении образующей неразрезанные трубопроводы рассчитываются как балки кольцевого сечения, лежащие на упругом основании и различным образом примыкающие к сооружениям и конструкциям. Упругое основание по длине балки характеризуется коэффициентом постели и может иметь различные характеристики по длине. В общем случае расчетная схема приведена на рис.9.
          

Рис.9. Расчетная схема трубопровода в направлении образующей

     
     
     Значение коэффициентов постели принимается для открытых и засыпанных трубопроводов по формуле (2), для туннелей - по формуле (3). Как правило, принимаются конструктивные меры, сводящие к минимуму усилия в направлении образующей. Расчет может быть выполнен в случае длинной балки с помощью таблиц, для коротких балок и при более сложных случаях с помощью программы Б-1-10.
     
     5.8. В случаях примыкания напорных трубопроводов к массивным конструкциям без устройства шва необходим учет усилий от упругой заделки конца трубопровода. Усилия возникают от препятствия со стороны закрепления деформациям смещения и поворота под действием внутреннего давления, а также температурного смещения вдоль оси трубопровода. Решение краевой задачи может быть выполнено по приближенной методике Пастернака П.Л. (см. пример 5). Этим расчетом определяется армирование в направлении образующей в местах примыкания трубопровода к массивам, например к развилкам.
     
     5.9. Можно рекомендовать при наличии условий использование сталежелезобетонной конструкции напорного трубопровода при переходе через ущелья без устройства несущего трубопровод моста. Такая конструкция имеет весьма большую жесткость и удобна при строительстве, так как стальная оболочка будет являться несущей в строительный период.
     
     Стальная оболочка рассчитывается на нагрузки строительного периода (вес стальной оболочки, вес арматурного каркаса, опалубки, нагрузка бетонной смесью, механизмами и пр.).
     
     Сталежелезобетонная конструкция рассчитывается на нагрузки эксплуатационного периода (вес трубопровода, внутреннее давление, вес засыпки и др.).
     
     Должна быть произведена также проверка на нагрузки с учетом особых воздействий (рис.10).
     
     

Рис.10. Расчетная схема трубопровода, образующего несущую конструкцию моста

     
     
     Расчет такой конструкции может быть выполнен с помощью программы РАСК-М.
     
     5.10. Сталежелезобетонные конструкции водосбросов являются, обычно, конструкциями рамного типа. Они рассчитываются в общей расчетной схеме блока ГЭС. Водосбросы могут располагаться также в пределах бетонной плотины или в породе.
     
     В бетонном массиве на облицовку передаются нормальные силы от внутреннего давления воды в водосбросе. Расчет может быть выполнен с помощью программы ТК IA.
     
     Обязательно производится проверка стальной оболочки на нагрузку наружным давлением воды, если таковое может быть при опорожненном водосбросе.
     
     При расположении в породе расчет водосброса ведется так же, как и напорных туннелей (см. п.5.5). В сохранных крепких породах (при коэффициенте крепости породы ) должен быть рассмотрен вариант анкеровки стальной облицовки в породу по площади элемента на действие давления подземных вод (должны быть определены расстояние между анкерами, площадь поперечного сечения последних и их длина в соответствии с СН 238-73).
     
     5.11. Расчетное армирование узлов сопряжения сталежелезобетонных конструкций следует предусматривать на расчетные усилия без учета концентрации напряжений, которая должна учитываться конструктивными мероприятиями.
     
     5.12. Уравнительные резервуары имеют, как правило, круговое сечение и рассчитываются на нагрузку внутренним давлением по котельной формуле. Краевой эффект учитывается в соответствии с п.5.8. При расположении в породе учитывается ее отпор при нагрузке внутренним давлением. Кроме того, рассчитывается опорожненная конструкция на давление подземных вод и горизонтальное давление породы.
     
     5.13. Сталежелезобетонные оболочки спиральных камер рассчитываются по безмоментной теории расчета торообразных оболочек (рис.11). Толщина стальной облицовки спиральной камеры, как правило, должна приниматься постоянной по сечению.
     
     

Рис.11. Определение усилий в торе

     
     
     При определении расчетного сечения кольцевой арматуры и облицовки необходимо стремиться к тому, чтобы на вогнутой и выпуклой сторонах и на вертикальной оси сечений (с учетом шага между стержнями арматуры) приведенное сечение несущих элементов (стальная облицовка плюс арматура) обеспечивало их равнонапряженность в стадии эксплуатации.
     
     Напряженное состояние высоконапорных спиральных камер определяется расчетами по схеме пространственных конструкций методами МКЭ (программа "Корпус" и др.), а также обосновываться данными исследований на крупномасштабной пространственной модели.
     
     Пригодность такого расчета подтверждена испытаниями многочисленных моделей (малых сооружений) и натурными испытаниями спиральной камеры Нурекской ГЭС.
     
     5.14. На предварительных стадиях проектирования напорные конструкции кругового очертания допускается рассчитывать только на внутреннее давление с определением усилий по котельной формуле.
     
     5.15. Плоские сталежелезобетонные затворы должны проектироваться минимального веса. С этой целью внутри затвора устраиваются полости с применением несъемной опалубки (бетонные и железобетонные трубы) или устанавливается легкая металлическая конструкция.
     
     По способу возведения плоские сталежелезобетонные затворы могут быть монолитными и сборномонолитными.
     
     По конструкции возможно применение двух типов затворов:
     
     а) с внутренней железобетонной плитой с цилиндрическими полостями (рис.12.).
     
     

Рис.12. Затвор с внутренней железобетонной плитой с цилиндрическими полостями

     
     
     б) комплексные с внутренней несущей металлической конструкцией типа стропильной фермы и наружными железобетонными плитами; такие затворы рекомендуются для применения в агрессивной среде (рис.13).
     
     

Рис.13. Затвор с внутренней несущей металлической фермой и наружными железобетонными плитами

     
     
     Отношение высоты поверхностных сталежелезобетонных затворов к перекрываемому ими пролету составляет , a для глубинных затворов .
     
     5.16. Затворы первого типа рассчитываются как плоская сталежелезобетонная плита по "Программе расчета пластин на упругом основании винклеровского типа методом конечных элементов (программа "Плита", ВНИИГ, 1980). На предварительных стадиях проектирования расчет выполняется по отдельным полосам, как для балки на двух опорах, без учета связи между полосами.
     
     5.17. Толщина листа в затворах первого типа задается минимальной по технологическим соображениям (8 мм). Основным несущим элементом должна быть стержневая арматура. Рекомендуется двухсторонняя установка облицовки для создания жесткой несъемной опалубки, металлические листы которой связаны поперечными связями, являющейся поперечной арматурой. Для уменьшения трещинообразования при отсутствии расчетной стержневой продольной арматуры следует ставить конструктивную арматуру, площадь которой должна составлять не менее площади облицовки.
     
     5.18. Затворы второго типа рассчитываются и конструируются по аналогии со сталежелезобетонными мостами (Стрелецкий Н.Н. Сталежелезобетонные пролетные строения мостов. М. Транспорт,1981).
     
     

6. РАСЧЕТ ПО ПЕРВОМУ ПРЕДЕЛЬНОМУ СОСТОЯНИЮ НА ПРОЧНОСТЬ

     
     6.1. Расчет на прочность сталежелезобетонных конструкций производится в соответствии с СНиП II-56-77.
     
     6.2. Расчет центрально-растянутых сталежелезобетонных элементов производится по формуле:
     

,                                     (5)

     
      для I и II классов сооружений
     
          III и IV     -"-             -"-
     
где  - усилие растяжения в элементе,
     
      - сечение и расчетное сопротивление арматуры,
     
      - то же листовой стали, по пределу текучести , причем при работе стальной оболочки только на растяжение допускается принимать расчетное сопротивление по временному сопротивлению  с введением в соответствии с п.4. СНиП II-23-81.
     
     Коэффициент условий работы .
     
     Примечание: расчетное сопротивление стальной облицовки по временному сопротивлению принимается лишь в том случае, когда стальная облицовка воспринимает не более 50% расчетной нагрузки.
     
     
     Обычно определяется сечение арматуры:
     

                                                      (6)

     
      - назначается минимальным по условиям производства работ (см. п.8.1). В случае, когда площадь поперечного сечения арматуры () получается слишком большой по условиям удобства размещения ее в сечении, может быть увеличено  и соответственно уменьшено .
     
     6.3. Расчет внецентренно-растянутых сталежелезобетонных элементов следует производить:
     
     а) В случае малых эксцентриситетов (когда сила приложена в пределах расстояния между арматурами, рис.14).
     
     

Рис.14. Случай внецентренного растяжения с малыми эксцентриситетами

     Усилия в металле распределяются обратно-пропорционально расстояниям сечения металла до силы:
     

                                     (7)

     В сталежелезобетонных напорных трубопроводах при малых эксцентриситетах целесообразно сохранять постоянное армирование по контуру и потому при условии восприятия силы с соответствующими коэффициентами запаса допускается перенапряжение в металле в отдельных сечениях до 30% - в сравнении с расчетными величинами напряжений.
     
     б) В случае больших эксцентриситетов, когда сила приложена вне пределов сечения (рис.15) для случая прямоугольных сечений и когда стальная оболочка располагается в растянутой зоне, расчет производится по формулам:
     

*                                              (8)
 

 *

________________
     * Формулы соответствуют оригиналу. - Примечание .

 
     =1,15 при толщине конструкции 0,6 м и более
     
     =1,0    "          "                  "            менее 0,6 м.
     
     

   
Рис.15. Случай внецентренного растяжения с большими эксцентриситетами

     
     
     При арматуре А-II и А-III и марках бетона М200-300
     

.

     
     Практически определяется сечение растянутой арматуры по формуле:
     

,                                       (9)

     
      - момент внешних сил относительно центра тяжести растянутого металла.
     
      - плечо внутренней пары сил.
     
     Определяется по * и далее по граф.1 прил.1. Находится
     

.                                                                (10)

________________
     * Формулы соответствуют оригиналу. - Примечание .

     
     6.4. Расчет внецентренно-сжатых элементов (рис.16) прямоугольного сечения при условии  следует выполнять по формулам:
     

 *,    (11)
     
.*

________________
     * Формулы соответствуют оригиналу. - Примечание .

     
Рис.16. Случай внецентренного сжатия с большими эксцентриситетами

     
     
     Сечение сжатой стальной оболочки () учитывается в случае обеспечения ее сцепления с бетоном или надежной анкеровки в нем. Практически рассчитывается сечение растянутой арматуры без учета сжатой арматуры по формуле:
     

.                                   (12)

     
     6.5. Изгибаемые конструкции рассчитываются по формулам внецентренно-сжатых или внецентренно-растянутых конструкций с большими эксцентриситетами при условии ; .
     
     6.6. Сталежелезобетонные затворы рассчитываются как изгибаемые железобетонные элементы по главе СНиП II-56-77 п.3.16, с учетом дополнений, введенных с 1 июля 1982 г. При этом толщина стального листа определяется согласно п.5.17 настоящего "Руководства".
     
     6.7. Расчет по наклонным сечениям на поперечную силу сталежелезобетонных конструкций не отличается от обычного и поэтому не приводится. Расчет может быть выполнен в соответствии с главой СНиП II-56-77, а также в соответствии со статьей к.т.н. B.H.Голосова и д.т.н. А.С.Залесова "Расчет конструкций с внешним армированием при действии поперечных сил". Бетон и железобетон N 6, 1977 г.
     
     6.8. Объединяющие железобетон и сталь устройства - анкеры должны рассчитываться на сдвигающее усилие , возникающее в контактной зоне между железобетоном и стальным листом от действия перерезывающих усилий и разности температур, согласно указаниям руководства "Сталежелезобетонные пролетные строения мостов" М., Транспорт, 1981.
     
     6.9. Местная устойчивость сжатой облицовки от выпучивания подлежит экспериментальной проверке.
     
     

7. РАСЧЕТ СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПО РАСКРЫТИЮ ТРЕЩИН

     
     7.1. Сталежелезобетонные конструкции экономически целесообразно проектировать нетрещиностойкими.
     
     7.2. (4.4). Ширину раскрытия трещин , нормальных к продольной оси элемента, следует определять по формуле:
     

,                                       (13)

     
где  - коэффициент, принимаемый равным: для изгибаемых и внецентренно-сжатых элементов - 1,

     для центрально и внецентренно-растянутых элементов - 1,2,
     
     при многорядном расположении арматуры - 1,2,
     
      - коэффициент, принимаемый равным при учете постоянных и временных длительных нагрузок - 1,3,
     
      - коэффициент, принимаемый равным: при стержневой арматуре периодического профиля - 1,
     
      - напряжения в растянутой арматуре, определяемой от нормативных нагрузок (=1) при =1 без учета сопротивления бетона растянутой зоны сечения.
     
     Оно определяется:
     
     для центрально-растянутых элементов

                                                (14)

     
     при внецентренном действии силы и изгибе
     

; ,                                    (15)

     
      - плечо внутренней пары сил, принимаемое по результатам расчета сечения на прочность,
     
      - расстояние от центра тяжести площади сечения растянутой арматуры до точки приложения продольной силы.
     
     При внецентренном растяжении с малыми эксцентриситетами для арматуры  и  соответственно
     

;  ,                                    (16)

     
     Величина раскрытия трещин определяется со стороны арматуры.
     
      - начальное растягивающее напряжение в арматуре от набухания бетона, для конструкций, находящихся в воде =200 кг/см; для конструкций, подверженных длительному высыханию, в том числе во время строительства, =0.
     
      - коэффициент армирования сечения, принимаемый равным, , но не более 0,02.
     
     В сечение арматуры не включается сечение оболочки.
     
      - диаметр стержня арматуры, мм.
     
     Определяемая расчетом ширина раскрытия трещин при отсутствии специальных защитных мероприятий должна быть не более величин, приведенных в табл.2 (табл.15 СНиП II-56-77).
     
     

Таблица 2

     
     Примечания.
     
     1. Приведенные в настоящей таблице предельные значения следует умножить на коэффициенты:
     
     для сооружений I класса - 1
     
     для сооружений II класса - 1,3
     
     для сооружений III класса - 1,6
     
     для вооружений IV класса - 2,0.
     
     При диаметрах арматуры более 40 мм допускается предельное значение  увеличивать на 25%. При этом во всех случаях значения  должны приниматься не более 0,5 мм.
     
     2. Приведенные в настоящей таблице значения принимаются с учетом применения арматуры классов А-II, А-III.
     
     3. При бикарбонатной щелочности воды - среды, меньшей 1  или суммарной концентрации ионов Cl' и SO
большей 1000 мг/л предельные значения  по позициям 1-2 настоящей таблицы следует уменьшить в 2 раза. При среднегодовом значении бикарбонатной щелочности воды - среды, меньшей 0,25 , необходимо проведение защитных мероприятий с учетом главы СНиП II-28-73 "Защита строительных конструкций от коррозии".

8. КОНСТРУИРОВАНИЕ

     
     8.1. Стальную облицовку в сталежелезобетонных оболочках целесообразно выполнить из конструкционных сталей марок 09Г2, 09Г2С, 10ХСНД толщиной не более 36 мм. Минимальная толщина листовой стали принимается в зависимости от диаметра или габаритных размеров конструкции.
     
     Следует стремиться проектировать стальные оболочки минимальной толщины из-за дефицитности листового металла и его более высокой стоимости, а также потому, что отсутствие катастрофического характера разрушения обеспечивается железобетонной частью и потому, что малое содержание арматуры в железобетонной оболочке приводит к большому раскрытию трещин.
     
     Минимальная толщина стальной оболочки трубопровода по условиям необходимой жесткости при производстве работ и транспортировании и возведении всей конструкции должна быть согласно МУ 34-747-76*.
________________
     * МУ 34-747-76 "Указание по проектированию стальных трубопроводов". Информэнерго, 1977 г.
     

 
         В сильно напряженных конструкциях, насыщенных арматурой, целесообразно увеличивать толщину стальной оболочки против минимальной, чтобы создать железобетонную оболочку, приемлемую по условиям размещения арматуры к производству работ.
     
     Допустимо передавать на стальную оболочку до половины нормальной растягивающей силы.
     
     8.2. Целесообразно максимально возможно концентрировать расчетное сечение арматуры в единице объема бетона с целью улучшения характера трещинообразования бетона, прямым образом влияющего на долговечность и коррозионную стойкость сталежелезобетонной конструкции.
     
     8.3. Армирование железобетонной оболочки трубопроводов производится в кольцевом и продольном направлениях стержнями арматуры классов AIII и AII. Как правило, расчетное сечение кольцевой арматуры должно составлять не менее половины суммарного сечения стали.
     
     Если на верхних участках турбинных водоводов внешние нагрузки могут быть полностью восприняты стальной облицовкой, независимо от этого в железобетонной оболочке требуется установка конструктивной арматуры 416 A-II в кольцевом и продольном направлениях, причем арматурный каркас желательно располагать вблизи внешней поверхности железобетонной оболочки.
     
     8.4. В густоармированных конструкциях железобетонных оболочек напорных трубопроводов разрешается применение спаренных между собой в плоскости кольца стержней арматуры. Разрешается применение вместо отдельных замкнутых колец непрерывной спиральной арматуры.
     
     Расстояние между стальной облицовкой и арматурными стержнями, а также между рядами арматуры, не лимитируется. Расстояние между рядами арматуры выбирается по технологическим условиям бетонирования, но не более 70 см в чистоте. Защитный слой от последнего ряда арматуры до внешней поверхности конструкции должен соответствовать диаметру арматуры, но не превышать 15 см.
     
     8.5. Арматура в направлении образующей (торовая) располагается в один ряд с наружной стороны от рабочей. Сечение арматуры рекомендуется принимать равным примерно 40% от сечения ряда рабочей.
     
     8.6. При конструировании разветвления трубопровода по второму типу (п.2.4.), целесообразно принимать положение его оси по прямой, делящей угол на две части обратно пропорционально диаметрам основного водовода и патрубка (при равных диаметрах - по биссектрисе). Плоскости дисков разветвления следует располагать нормально его оси.
     
     Сечение кольцевой арматуры обоймы каждого диска должно составлять более половины всего расчетного сечения металла.
     
     В месте разветвления рекомендуется постановка пучка стержней, нормальных плоскости разветвления, для уменьшения деформации контура и, соответственно, трещинообразования. Суммарное сечение стержней может быть определено из условия восприятия проекции давления на плоскость, нормальную оси разветвления. Стержни должны располагаться в пределах большого диаметра и надежно анкероваться в бетоне обоймы (пакет АК-8, см. рис.17).
     
     

Рис.17. Конструкция развилки напорного трубопровода

     
     
     Вертикальные поверхности дисков должны быть армированы сетками с шагом стержней 20-30 см при диаметре 16-20 мм A-II.
     
     8.7. Контакт трубопровода с низовой гранью плотины рекомендуется выполнить с устройством ступенчатых штраб глубиной 15-20 см на грани плотины, обеспечивающих восприятие действующих касательных усилий.
     
     Передачу растягивающих усилий, возникающих на участке колен трубопроводов, на основание рекомендуется производить путем установки арматуры в виде пакетов-выпусков, с которыми следует стыковать наружный ряд арматуры трубопровода.
     
     8.8. В трубопроводах открытых и засыпанных, располагающихся на мягких грунтах, могут предусматриваться деформационные швы, компенсаторы и переходные участки (при расположении трубопровода на разных основаниях).
     
     Возможные конструкции деформационных швов приведены на рис.18.
     
     

Рис.18. Возможная конструкция деформационных швов

     
     
     Компенсаторы и переходные участки трубопроводов, решаемые обычно в металле, имеют целью исключить отрицательное влияние на прочность возможных осадок опор и температурных деформаций, возникающих в трубопроводах и достигающих существенных величин.
     
     8.9. Железобетонная конструкция спиральных камер нормируется меридиональной кольцевой арматурой с центрами на пересечении вертикальной и горизонтальной осей сечения. В плане эту арматуру рекомендуется располагать по радиусам круга с центром на оси агрегата.
     
     Меридиональную арматуру следует замыкать на статорные кольца путем приварки к фасонкам ребер статорных колец (рис.3б) или путем перепуска с консольной арматурой, приваренной к фасонкам ребер статорных колец (рис.3а).
     
     Замыкание меридиональной арматуры на фасонки статорного кольца затрудняет монтаж (все меридиональные стержни имеют разную длину, выполняются штучными).
     
     Конструкция с перепуском консольной и меридиональной арматуры монтируется существенно проще и может выполняться в виде армоблоков.
     
     Торовая арматура располагается по наружную сторону от рабочей меридиональной. Она может быть включена в арматурные каркасы, но может устанавливаться штучно.
     
     Арматура шахты турбины выполняется в виде сетки. Вертикальные стержни привариваются к статорному кольцу.
     
     Статорные кольца анкеруются арматурой шахты и меридиональной или консольной арматурой.
     
     В конструкции без деформируемой прокладки для исключения образования трещин большого раскрытия по наружному периметру блока со сталежелезобетонной спиральной камерой необходимо устанавливать армосетки в два ряда с расстоянием между ними и стержнями арматуры в сетках в пределах 6-10 диаметров этих стержней (рис.3а). Такое армирование упорядочивает трещинообразование в бетоне блока.
     
     При конструкции с деформируемой прокладкой должно быть предусмотрено армирование поверхности над прокладкой (рис.3б), в соответствии с расчетом.
     
     8.10. Для локализации давления воды при возможных аварийных протечках стальной оболочки спирали следует предусматривать систему дренажей и шпонок.
     
     8.11. В облицованных конструкциях водосбросов некругового сечения оболочка должна быть включена в работу на прочность путем анкеровки в окружающий бетон. Анкеровка выполняется в углах и по длине элемента (рис.19.).
     

Рис.19. Возможная конструкция элементов затворной камеры

     
     Приварка анкеров дуговой сваркой производится к ребрам облицовки, которые располагаются через 40-50 см. В углах могут быть предусмотрены дополнительные ребра с общим шагом не менее 20 см. К ребрам могут привариваться одиночные или парные анкеры.
     
     К стальной оболочке приваривать анкеры диаметром более трех ее толщин не допускается и сама приварка нежелательна из-за значительных деформаций листа при сварке. Возможна приварка анкеров к стальной оболочке непосредственно с помощью специального оборудования T3-1 и на станке АДФ-200.
     
     8.12. Облицованные конструкции камер и туннелей некругового сечения рекомендуется монтировать в виде сталежелезобетонных плит (рис.19) для обеспечения плотного примыкания бетона к листовому металлу (изготовление производится на стенде). В лотковой части такая конструкция обязательна, так как совместной работы бетона и листа достигнуть иным путем трудно и при больших скоростях потока могут произойти вырывы стальной оболочки. Анкеровка стальной оболочки должна производиться по расчетным усилиям в конструкции.
     
     8.13. Для контроля статической работы конструкции в эксплуатационный период проектом может быть предусмотрено оснащение ее соответствующим количеством измерительной аппаратуры (тензометрами, арматурными динамометрами, щелемерами, термометрами и пр.) в соответствии с задачами, поставленными перед натурными исследованиями.
     
     

9. ОСОБЕННОСТИ МОНТАЖА И БЕТОНИРОВАНИЯ
СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

     
     9.1. Производство монтажных и бетонных работ ничем не отличается от таковых для стальных и железобетонных конструкций.
     
     9.2. Размеры монтажных единиц определяются предельными габаритами и грузоподъемностью кранового и транспортного оборудования.
     
     Целесообразно объединять стальную облицовку с арматурным каркасом с целью обеспечения монтажной жесткости конструкции и исключения потери устойчивости облицовки в момент бетонирования.
     
     9.3. Конструкции оболочки и арматуры, как правило, должны проходить укрупнительную сборку на строительстве.
     
     9.4. Качество всех сварных швов I категории стальной оболочки должно проверяться по всей длине ультразвуком и в сомнительных случаях гаммографированием. Высокое качество и водонепроницаемость сварных швов и швов разъема статора должно быть обеспечено.
     
     9.5. Для наиболее сложных конструкций, например, для спиральных камер или развилок, особенно для первых агрегатов, может быть поставлено требование испытания внутренним давлением стальной оболочки без обетонирования. Испытательное давление принимается в размере 20-30% расчетного. Операция производится для апробации качества заводских работ и сварки монтажных швов. При таком решении завод должен поставить заглушки и уточнить величину возможного испытательного давления.
     
     9.6. В том случае, если толщина металла оказывается недостаточной для восприятия нагрузки от бетонной смеси, необходимо предусматривать постановку внутренних инвентарных раскрепляющих устройств или изменить разбивку блоков.
     
     9.7. В открытом котловане или на плотине монтаж элементов трубопровода может осуществляться стреловыми кранами. В зависимости от их грузоподъемности монтажные единицы могут включать и не включать арматурный каркас или его часть. Наилучшим является установка стальной оболочки совместно со всем армированием.
     
     После завершения монтажа трубопровода или части его производится бетонирование в переставной, передвижной или подвижной опалубке.
     
     9.8. При расположении трубопровода в породе следует в монтажный элемент объединять стальную оболочку и всю арматуру. В этом случае необходимо добиваться максимальной длины и веса элемента. Сборка монтажных элементов производится в монтажной камере или на монтажной площадке, которые обычно оснащаются мостовыми кранами.
     
     Подача собранного элемента к месту установки производится по рельсам с помощью лебедки. Доставленная на место конструкция приводится в проектное положение с помощью домкратов, фиксируется, производится бетонирование затрубного пространства.
     
     9.9. После укрупнительной сборки стальной оболочки спиральные камеры сооружаются, как правило, в следующем порядке.
     
     Монтируется и сваривается стальная оболочка. Если предусмотрено проектом, на ней устанавливается измерительная аппаратура. Если предусмотрено проектом, то производится испытание внутренним гидростатическим давлением с целью проверки плотности сварных швов. Величина испытательного давления устанавливается заводом.
     
     Устанавливается и сваривается арматура усиления спирали и арматура блока, устанавливаются все закладные части, дренажные устройства, шпонки. Если предусмотрено проектом, устанавливаются динамометры на арматуре. Блок тщательно очищается от строительного мусора. Производится бетонирование блоков в установленном проектом порядке.
     
     9.10. Бетонирование тонких, густо армированных сталежелезобетонных конструкций следует производить литым бетоном с целью обеспечить надежное качество укладки бетона без вибрирования. Необходимо применение литого бетона при выполнении обделок в породе, спиральных камер в нижней их части и сильно наклонных или вертикальных трубопроводов. Литой бетон следует проектировать в соответствии с "Руководством по применению литого бетона с добавкой кремнегеля на объектах энергетического строительства". Оргэнергострой, 1982 г. Могут быть использованы и другие эффективные пластифицирующие добавки. Затворы с наружной облицовкой рекомендуется выполнять вибронагнетательным способом раздельного бетонирования*.
________________
     * См. П.В.Проценко. "Вибронагнетательный способ раздельного бетонирования". М., Стройиздат, 1978, 68 с.
     
     9.11. Присутствие рабочих в блоке при бетонировании сильно наклонных или вертикальных трубопроводов по соображениям техники безопасности должно быть исключено.
     
     9.12. Высота блока бетонирования определяется требованиями производства работ (СНиП III-15-76 и СНиП III-45-76) и конструктивными соображениями. Высота блока бетонирования должна быть не менее 1,0 и не более 5,0 м. Должна быть проверена достаточность прочности и жесткости стальной оболочки и опалубки на действие нагрузки бетоном.
     
     

Приложение 1

          
МАТЕРИАЛЫ, РЕКОМЕНДУЕМЫЕ К ПРИМЕНЕНИЮ
В СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЯХ

     
     1. Листовая сталь для конструкции должна выбираться наиболее освоенная, мягкая, с хорошо выраженной площадкой текучести, надежно сваривающаяся.
     
     2. В таблице 1 приведены основные показатели листовой стали из прил.1 СНиП II-23-81. Исключены данные о сталях, которые не применяются в сталежелезобетонных конструкциях.
     

Основные расчетные показатели листовой стали, применяемой в сталежелезобетонных конструкциях

     
Таблица 1

     
     Примечания: 1. Знак "+" означает, что категорию стали и требования к ней указывать в проекте не следует;
     
     знак "-" означает, что данную марку стали при указанной расчетной температуре применять не следует.
     
     2. Значения расчетных сопротивлений, принимаемых по временному сопротивлению, следует делить на - 1,3 в соответствии с разделом 4 СНиП II-23-81.
          
     
     Применение других видов стали, кроме приведенных, должно быть обосновано.
     
     В проекте необходимо указывать категорию стали в зависимости от климатических условий.
     
     3. При выполнении проекта на первоначальных стадиях объемы работ рассчитывают в предположении применения сталей с менее эффективными показателями, в рабочих чертежах - в точном соответствии с рабочими чертежами стальной оболочки.
     
     4. Рабочая арматура должна выполняться из стали класса A-II или A-III периодического профиля. Преимущество следует отдавать стали класса A-III в том случае, если удовлетворяется требование по величине раскрытия трещин и требования по конструированию, так как арматура класса A-III выпускается диаметром не более 40 мм, который часто оказывается недостаточным.
          
     Нерасчетная арматура для уменьшения величины раскрытия трещин должна приниматься периодического профиля из стали класса A-II.
     
     Расчетные показатели сталей в соответствии с изменениями, утвержденными решением Госстроя СССР N 283 от 31 декабря 1981 г. к главам СНиП II-56-77, а также модуль их упругости приведены в таблице 2.
     
     

Таблица 2

________________
     * В сварных каркасах для хомутов из арматуры класса A-III, диаметр которых меньше 1/3 диаметра продольных стержней, значение  принимается при диаметре хомутов: 6-8 мм - 2500 кгс/см, 10-40 мм - 2600 кгс/см.
     
     
     5. Бетон в сталежелезобетонных конструкциях должен применяться марки не ниже 200; требования морозостойкости должны соответствовать условиям его работы. Насыщенность сталежелезобетона арматурой весьма велика и потому бетон следует применять пластичной консистенции, а в некоторых случаях - литой с тем, чтобы качество укладки было надежно обеспечено без применения вибраторов. В том случае, если бетон литой консистенции не будет иметь необходимой морозостойкости, могут быть применены защитные окраски эпоксидными или другими водоотталкивающими эластичными пленкообразующими составами. Расчетные показатели бетона приведены в таблице 3.
     
     

Таблица 3

Рис.1. График для определения плеча внутренней пары сил железобетонного сечения

     
     
Приложение 2

          
РАСЧЕТ С УЧЕТОМ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

     
     1. Температурно-влажностные воздействия относятся к особым нагрузкам в соответствии с п.3.10 СНиП II-50-74.
     
     2. Арматуру, воспринимающую температурные и усадочные усилия, допускается предусматривать согласно п.5.9. СНиП II-56-77 только в тех случаях, когда другие конструктивные решения и технологические мероприятия не обеспечивают несущей способности или требуемой по условиям эксплуатации монолитности сооружения.
     
     3. Напорные сталежелезобетонные конструкции проектируются нетрещиностойкими и потому расчет их должен производиться с учетом трещинообразования на совместное действие основного сочетания нагрузок и изменения температуры.
     
     4. Расчет обделок туннелей на температурные воздействия следует производить при расчетной разности температур более 30 °С (см п.8.17 СНиП 238-73). Практически расчет производится лишь в особых случаях с учетом снижения усилий за счет набухания бетона и пр.
     
     5. Расчет армирования спиральных камер на изменение температур допускается не производить потому, что анализ напряжений в арматуре натуры спиральной камеры Нурекской ГЭС показал, что изменение напряжений от изменения температуры в строительный период составило ±100 кгс/см, в период эксплуатации ±50 кгс/см.
     
     6. Расчет напорных трубопроводов в кольцевом направлении допускается производить в следующем порядке:
     
     а) Рассчитывается и конструируется сечение трубопровода (стальная часть и железобетонное кольцо) на действие основных нагрузок (внутреннего давления и др.)
     
     б) Определяется наибольший температурный перепад.
     
     Для зимы за наружную принимается температура наиболее холодной пятидневки, для лета - среднемаксимальная. Соответствующая им температура воды, протекающей по трубопроводу, принимается по расчетам или аналогам.
     
     в) Рассчитывается наибольший изгибающий момент в предположении изменения температуры в пределах сечения по прямой и учета жесткости сечения металла
     
     В формуле:
     
     0,00001 - коэффициент линейного расширения
     
      - расчетный температурный перепад, град.
     
      - жесткость сечения металла при наличии трещин, кгс/смхсм.
     
      - толщина сталежелезобетонной оболочки, см.
     
      - коэффициент, учитывающий работу растянутого бетона, принимается по СНиП II-56-77 прил.2, график 1.
     
     г) Определяются суммарные усилия с учетом усилий от основных воздействий и , определяется сечение арматуры с учетом 0,9. Оно должно быть меньше или равно поставленному.
     
     7. Расчет трубопроводов в направлении образующей не отличается от такового для железобетонных трубопроводов.
     
     

Приложение 3

     
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА

     Пример N 1
     

     Запроектировать развилку турбинного водовода применительно к условиям гидроузла Саманалавева (рис.1).
     
     

Рис.1. Конструкция развилки

     
     
     Развилка трубопровода 2,6 м на два диаметром 1,6 м.
     
     Сооружение II класса =1,2.
     
     Статический напор 350 тс/м.
     

     0,8х1,15=0,92
     
     Расчет трубопровода 2,60 м;                 1,6 см.
     

     ;
     
     тс/м
     
     см/м.

     
     Принимаем 1032 А-III = 80,43 см/м.
     
     Расчет трубопровода 1,6 м,    1,0 см.
     
     тс/м
     
     см/м.
     
     Расчет развилки производится в предположении, что она состоит из двух дисков. Толщина оболочки 2,0 см, 4,0 м.
     
     тс/м
     
     см/м.
     
     Принимаем 13,340 А-III=167 см/м
     
     5,0 м,    2,0 см
     
     тс/м
     
     см/м.
     
     Принимаем 13,350 A-II=264 см/м
     
     Сечение арматуры каркаса К-6 определяется из расчета на восприятие равнодействующей проекции давления на плоскость, нормальную к оси развилки, и составляет примерно
     

 м.

тс.

см.

     
     
    
                              Принимаем 640 А-III=75,4 см. (см. рис.2)

Рис.2. Конструкция армирования развилки

     Пример N 2.

     
     Запроектировать спиральную камеру применительно к условиям Рогунской ГЭС. Сооружение I класса. 1,25.
     
     Внутренний максимальный диаметр 5,70 м, 2,85 м. (см. рис.3).
     
     

Рис.3. Конструкция спиральной камеры

     
     
     Максимальный статический напор  - 310 м.
     
     Гидродинамический напор максим. - 400 м.
     
     Расчетный напор                                - 227 м.
     
     Основное сочетание нагрузок 1, 1,15·0,8=0,92
     
     При учете максимального гидродинамического напора =0,90.
     
     Стальная оболочка из стали 09Г2            2,85 тс/см,
     
     30 мм.
     
     Арматура из стали А-III     3,75 тс/см.    Бетон марки 250.
     
     Сечение 1.    400 тс/м,      0,90,           3х100 см,
     
     2,85 м (см. рис.1)
     
     
     4x3,33=13,340 А-III=168 см
     
     Проверка сечения у статора
     
     м,         8,66 м
     
     тс/м
     
     В сечении у статора работает консольная арматура, ребра и оболочка. Шаг ребер 40 см, арматура 260 А-II на ребро.
     
     560 A-II на 1 п.м.=141,3 см
     
     Оболочка 3       см
     
     Ребра         
     
     см
     
     2,85 тс/см
     
     Проверка сечения металла на горизонтальном диаметре
     
     11,51+0,33=11,84 м                       шагсм
     
     см/м >98 см/м
     
     ;         тс
     

см/м

     
     Сечение 7.
     
     400 тс/м,   0,90,        2,6·100 см,        2,39 м.
     
     см/м
     
     1040 А-III=125,7 см/м
     
     Проверка консольной арматуры. Шаг ребер 40 см. 260 мм на ребро. 141,3 см/м
     
     Оболочка 2,6 см                  260 см/м
     
     Ребра         
     
     =6,0 м,   =10,55-2,39=8,16
     
     тс/м
     
     см
     
     Проверка достаточности сечения на горизонтальном диаметре
     
     10,54+0,33=10,87 м.
     
     Шагсм;      см/м
     
     тс/м
     

     
     Сечение 13.
     
     400 тс/м;   0,90;        2х100 см
     
     1,85 м.
     

          см/м

     
     1036 А-III=101,8 см/м
     
     Проверка сечения консольной арматуры.
     
     Шаг ребер 40 см 260 А-II на 1 п.м. 560 А-II=141,4 см/м
     
     Оболочка 200 см
     
     Ребра
     
     т
     
     см
     
     =9,40-1,85=7,55 м.
     
     Проверка сечения на горизонтальном диаметре.
     
     9,40+0,33=9,73 м.     Шагсм.      
     

     
     .

     
     Фрагменты конструкции приведены на рисунке 3.
     
     

     Пример N 3.

     
     Запроектировать турбинный водовод применительно к условиям Саяно-Шушенской ГЭС (рис.4). Сооружение I класса.
     
     

Рис.4. Сталежелезобетонный турбинный трубопровод на бетонной плотине     

     
     Внутренний диаметр 8,0-7,0 м.
     
     Максимальное внутреннее давление 276 тс/м.
     
     Основное сочетание нагрузок 0,92
     
     Стальная оболочка из стали 09Г2     2950 кгс/см
     
     Арматура А-III             3750 кгс/см, бетон марки 250
     
     1,25,            1
     
     Сечение I-I
     
     8,0 м, толщина оболочки 14 мм,  115,3 тс/м
     
     ;          тс/м
     
      см/м
     
     Принимаем 6,6732 А-III=69,6 см/м , шаг 30 см 232
     
     Сечение II-II
     
     7,5,         14 мм,  197,3 тс/м
     
     тс/м;       
     
     см/м
     
     Принимаем 13,340 А-III=167 см/м
     
     Сечение III-III
     
     7,0,         16 мм,        252,5 тс/м
     
     тс/м.
     
     см/м
     
     Принимаем 13,340 А-III=167 см/м
     
     
     Сечение IV-IV. (колено и нижний участок)
     
     7,0,         18 мм,        226+41,5=267,5 тс/м
     

          тс/м.
     
     см/м

     
     Принимаем 1640 А-III=201 см/м
     
     В нижнем колене расчетной анкеровки не требуется, так как оно прижимается давлением воды к основанию.
     
     Для сопоставления приводится расчет для сечения IV-IV с учетом собственного веса трубопровода (0,8 м, =2,5 тс/м*, коэффициент перегрузки 1,2) и изменения давления воды в пределах сечения. Расчет выполнен по программе ТК 1A
________________
     * Соответствует оригиналу. - Примечание .     
     
     Опирание принято на дуге сектора 90°.
     
     Расчет произведен по среднему радиусу     3,90 м при 10 тс/м(0,001 кгс/см).
     
     тс/м.
     
     Расчет произведен с учетом жесткости металла из-за образования трещин 1.
     
     2,1·10тс/м,   0,0490 м/м;           0,0037 м.
     
     Результаты расчета приведены на рис.5.
     

Сечение IV-IV

     Расчет по программе ТК 1А
     
     Нагрузки:
     
     собственный вес  
     
     гидростатическое давление с учетом его изменения по высоте.  в шелыге=276 тс/м
     
     =3,90 м;          0,8 м;           
     
     

Рис.5. Усилия в трубопроводе.

     
     
     Расчет по среднему диаметру дает завышенное значение величины нормальных сил. Значение их следует принимать с поправочным коэффициентом . Эти величины указаны в скобках.
     
     Рассмотрение контрольного расчета показывает, что во всех сечениях имеет место растяжение центрального и максимальный эксцентриситет составляет 0,023 см, что можно и не учитывать. Следовательно выполнение расчета по котельной формуле нужно считать допустимым.
     
     Пример 4. (Выполнен ГТО N 2).
     
     Напорный сталежелезобетонный трубопровод Загорской ГАЭС.
     
     Расчет поперек потока секции C-18.
     
     Внутренний диаметр трубопровода 7,5 м. Толщина стенки - 40 см.
     
     

Сечение I-I.

     
     Класс сооружения I
     
     1,25
     
     Особое сочетание нагрузок 0,9
     
     Арматура класса А-III
     
     3600 кгс/см
     
     1,15 (более 10 стержней в сечении)
     
     0,8
     
     
     
     Толщина стальной оболочки
     
     1,0 см.
     
     Марка стали оболочки 09Г2-с
     
     2900 кг/см
     
     Требуется определить площадь сечения кольцевой арматуры.
     
     Сечение стальной оболочки на 1 п.м., приведенное к арматуре класса A-III.
     
     см
     
     Нагрузки:
     

     Собственный вес трубопровода.
     
     Вес воды в трубопроводе
     
     Температурный перепад
     
     для зимы 37,3 °С
     
     для лета 14 °С.
          

Расчетные усилия:

     
     От внутреннего давления воды 614,6 тс
     
     От собственного веса тр-да (по программе РССК)
     
     4,2 тм,              -7,7 тс,
     
     4,7 тм,             4,3 тс.
     
     От веса воды (по программе PACK)
     
     4,5 тм,              3,5 тс,
     
     6,1 тм,             24,3 тс.
     
     От температурного перепада (по программе СМ-4)
     
     (зима) 5,8 тм,
     
     (лето) 2,2 тм.
     

Определение :

     
     14,5 тм
     
     610,2 тс
     
     м
     
     м

     см А-III

     
Определение :

     
     13,0 тсм
     
     643,2 тс
     
     м.
     
     м

     см А-III

     
     Принимаем: для наружной кольцевой арматуры40 А- III шаг 10 см
     
     125,6 см - недоармирование 1,4%
     

для внутренней арматуры

     
     32А-III шаг 20 см                          40,2 см - переармирование 5,5%.
          

     Пример N 5.

     
     Рассчитать армирование трубопровода в месте примыкания его к массиву развилки.
     
     Трубопровод =10 м; давление максимального гидродинамического напора 200 тс/м; 1,0 м 5,5 м, марка бетона 200.
     
     Расчет выполнен в соответствии с разделом "Резервуары и водонапорные башни", учебник "Железобетонные конструкции" Сыхновского К.В.
     
     Упругая характеристика трубопровода
     
                        м
     
     м                                    
     
     ;                       
     

 кратные перемещения.

     
     При условии жесткой заделки
     
     Уравнения
     
     1,78+1,580                                350 тс
     
     1,58+2,83500                           -313 тсм
     
     Если учесть податливость конструкции развилки.
     
     В соответствии с разделом "Плоская задача в полярных координатах" книги "Теория упругости" Тимошенко С.П.
           

   
     
       При           0,15            7,5 м                  5,0 м
     
          

     м
     
     тогда уравнения
     
     1,78+1,580  
     1,58+2,88            1,16
     
     1,78+1,580                                227 тс
     
     1,58+3,26422,5                           -202 тсм
     
     
     Полученный результат существенно благоприятнее, чем без учета податливости.
     
     Значения изгибающих моментов по образующей
     

     Значения нормальной силы
           

     
Эпюра изменения изгибающего момента по образующей

     
     
     В сумме нормальные силы в водоводе и в кольце развилки остаются постоянными и только перераспределяются. Поэтому не представляется необходимым снимать кольцевую арматуру на последнем метре трубопровода и располагать ее в массиве развилки.
     
     Расчет железобетонных сечений
     
     202 тсм;                                   0,95;                                    900 тс/м
     
     200 см
     

     
     0,85
     

см

     
     Сжатую оболочку можно вводить в расчет при условии ее совместной работы с железобетонной конструкцией.
     
     42,0 тсм                                    0,95                                     200 см
     
     0,056                                         0,97
     

     
     Армирования не требуется.
     
     При учете податливости массива развилки величина "" значительно уменьшается и сечение продольной арматуры, также может быть соответственно уменьшено. Однако в пределах 0,5 армирование в примыкании должно быть усилено, так как при испытаниях наблюдается образование кольцевых трещин в месте примыкания трубопровода к массиву.
     
     Принимается армирование 10 32 АIII = 80,4 см/м на длину 1,0 м.
     
     Пример N 5. Запроектировать плоский сталежелезобетонный затвор с металлической листовой облицовкой с обеих сторон железобетонной плиты применительно к проекту защиты г. Ленинграда от наводнений (водопропускные сооружения). Сооружение I класса капитальности. Габариты затвора: толщина плиты 1,67 м, пролет в свету 24,4 м, высота - 7 м, вес около 500 т. Тип затвора изображен на рис.6. Статический расчет затвора выполнен на ЭВМ "М-220" по программе "Плита" на поверхностные нагрузки в различных комбинациях. Наиболее неблагоприятным оказалось сочетание нагрузок от гидростатического давления воды и навала льда на длине 14,5 м в верхней части плиты (зимний вариант). При этом сочетании нагрузок максимальный изгибающий момент в середине пролета плиты затвора =586 т.м. Ширина расчетной полосы 100 см. В соответствии с указаниями п.5.2 СНиП II-50-74 для сооружений I класса капитальности при основном сочетании нагрузок 1,25.1,0=1,25.
     
     

Рис.6. Плоский сталежелезобетонный  затвор с круглыми пустотами

     
     
     По технологическим условиям минимальная толщина листовой облицовки принята 8 мм (и со стороны Финского залива, и со стороны р.Невы). Листовая облицовка выполнена из стати марки 09Г2С с расчетным сопротивлением 3600 кг/см в соответствии с таблицей 51 приложения 1 СНиП II-23-81. Стержневая арматура класса А-III с расчетными сопротивлениями 3750 кг/см, 3000 кг/см. Бетон марки М400 с 175 кг/см, 18 кг/см; =3,3·10 кг/см. Коэффициенты условий работы приняты в соответствии с таблицей 6 СНиП II-56-77: для листовой арматуры 0,8·1,1=0,88, для стержневой арматуры =0,8·1,15=0,92.
     
     Количество расчетной стержневой арматуры определяется в соответствии с указаниями п.6.3 настоящего "Пособия" по формуле:
     
     ;          ;          155 см
     
     Величина  определяется по графику, изображенному на рис.1 приложения 1 настоящего "Пособия", в зависимости от величины
     
     

     
      - коэффициент условий работы бетона принят по таблице 2 СНиП II-56-77, =1,15
     
     ;                               0,915
     
     0,915·155=142 см
     
     На 1 п.м. (100 см) по высоте затвора поставлена в 2 ряда арматура в количестве 518 (приварены к листовой облицовке) и 545 (см. сетки С-2 на рис.6).
     
     Расчет анкеровки листовой облицовки.
     
     Анкеровка листовой облицовки осуществляется посредством наклонных стержневых анкеров 10АII (2850 кг/см), объединенных с продольной стержневой арматурой в сетки (С-2 и С-2' на рис.6). Количество сеток на 1 п.м. по высоте затвора 5 штук, угол наклона стержневых анкеров к плоскости листа 25°.
     
     Величина усилия , воспринимаемого наклонным анкером диаметром , определяется по формуле, предлагаемой в книге: Н.Н.Стрелецкий "Сталежелезобетонные пролетные строения мостов". Москва, 1981.
     

,

     
где ,  - расчетное сопротивление и площадь сечения анкера,
     

     .

     
     Величина усилия, воспринимаемого анкерами на ширине плиты затвора,
     
     1,0 м               т
     
     Величина скалывающих напряжений в средней части плиты при 102,6 т (соответствует 536 т.м.).
     

     
     Величина суммарного скалывающего усилия на полупролете плиты (12,2 м) при ширине 1 м составляет
     

т

     
     Определяем необходимое количество наклонных анкеров в полупролете плиты:
     

 анкеров

Расчет прочности сечений, наклонных к продольной оси элемента, на действие поперечной силы.

     
     Расчет выполняется в соответствии с указаниями п.п.3.243.27 СНиП II-56-77.
     
     Из расчета на ЭВМ получены величины поперечных сил при различных сочетаниях нагрузок. Максимальная величина поперечной силы на приопорных участках в средней части плиты затвора составляет 102,6 т, в верхней части плиты (в зоне действия навала ледяного поля) 254 т (эпюра поперечных сил и схема теоретических, предполагаемых и расчетных наклонных трещин представлена на рис.6).
     
     Проверяем условие (32) для приопорных, не ослабленных отверстиями, участков плиты затвора.
     
     Средняя часть плиты: 102,6 т
     

                                        (32)

     
     =1,15 коэффициент условий работы бетона, принимаемый по табл.2 СНиП II-56-77
     
     1,25·102,6·10=128,5·10кг <0,25·1,15·175·100·155=780·10кг
     
     Условие (32) выполнено; так как затвор является плитной конструкцией, требуется проверка условия (38):
     
     ;        =0,9 (по табл.2);       12 кг/см.
     
     1,25·102,6·10=128,5·10кг <0,9·12·100·155=168·10кг
     
     При выполнении условия (38) для плитных конструкций расчет поперечной арматуры не производится, поперечная арматура устанавливается конструктивно.
     
     Проверяем условие (32) в зоне 1-го простенка (между 1-м и 2-м отверстиями), 74 т.
     
     Определяем приведенную высоту сечения, ослабленного отверстиями (заштриховано на рис.7)     
     
     

Рис.7. Расчет на поперечную силу по наклонным сечениям

          
          
     =150·167-·50=25000-7850=17150 см.
     
     114 см, 114-12=102 см.
     
     1,25·74·10=92,5·10<0,25·1,15·175·100·102=510·10кг
     
     Проверяем условие (38):
     
     1,25·74·10=92,5·10кг <0,9·12·100·102=110·10кг
     
     Условия (32) и (38) выполняются для участков, ослабленных отверстиями. Дальнейший расчет следующих простенков по длине полупролета по мере убывания величины поперечной силы не представлен.
     
     Верхняя часть плиты: 254 т
     
     Проверяем условие (32) на приопорном участке:
     
     a) 1,25·254·10=317·10кг <0,25·1,15·175·100·155=780·10кг
     
     Проверяем условие (32) в 1-м простенке (между 1-м и 2-м отверстиями) 237 т
     
     б) 1,25·237·10=296·10кг <0,25·1,15·175·102=510·10кг
     
     Условие (32) выполняется
     
     Проверяем условие (38):
     
     a) 1,25·254·10=317·10кг >0,19·12·100·155=168·10кг
     
     б) 1,25·237·10=296·10кг >0,9·12·100·102=110·10кг
     
     Условие (38) не выполняется, требуется постановка расчетной поперечной арматуры.
     
     Для расчета поперечной арматуры в соответствии с требованиями СНиП II-56-77 следует определить величину  - поперечное усилие, воспринимаемое бетоном сжатой зоны в наклонном сечении.
     

                                                            (34)

     
     Положение теоретического наиболее неблагоприятного наклонного сечения, определяемое углом , для элемента, загруженного равномерно распределенной нагрузкой (гидростатика + навал ледяного поля), определяется: конец наклонной трещины в сжатой зоне находится в точке приложения равнодействующей равномерно распределенной нагрузки, действующей на длине полупролета плиты 12,2 м, т.е. находится на расстоянии от опоры 6,1 м. Величины  и  в нормальном сечении, проходящем через конец теоретического наклонного сечения, следующие: 314,6 т.м.; 198 т;
     
     Угол между наклонным сечением и продольной осью элемента  определяется по формуле (37):
     

     
     Для определения величины  следует определить коэффициент =0,5+2, где
     
      - относительная высота сжатой зоны сечения (над наклонной трещиной)
     
      (с учетом листовой арматуры)
     
     92,2 см; 0,8·100=80 см
     

     
     0,5+2·0,34=0,5+0,68=1,18
     
     =1,18·12·100·102·0,78=112000 кг =112 т
     
     Расчет поперечной арматуры в наклонном сечении определяется по формуле (39), которая при армировании только одними хомутами (без отогнутой арматуры) имеет следующий вид:
     
      

     
     В данном случае величина  (см текст пункта 3.27 СНиП II-56-77 о приложении внешней нагрузки к растянутой или сжатой грани элемента).
     
     Следовательно,
     
     254 т;               1,15.
     
     В соответствии с п.2.18 СНиП II-56-77 коэффициент условий работы арматуры для расчетов по поперечной силе принимается по таблице 6:
     
     
     
     Количество поперечной арматуры определяется (в пределах наклонной трещины, т.е. эта арматура должна быть распределена на приопорном участке и в I и II простенках):
     
      

     
     (см. поперечное армирование, сетки C-I' на рис.7)
     
     При испытаниях опытных образцов - балок, моделирующих плиту затвора, первая наклонная трещина пересекла 1-й простенок и имела вид наклонной трещины 1, изображенной на рис.7.
     
     Поэтому выполним расчет на поперечную силу наклонного сечения I:
     
     Величины  и  в вершине наклонной трещины составляют
     

          250,6 т.м;                217,5 т,

     0,34;                       =1,18 (см. ранее)

    =1,18·12·100·102·0,94=135000 кг=135 т

     см.

     
     Аналогично можно сосчитать на поперечную силу возможное наклонное сечение II, пересекающее второй простенок (такой расчет был выполнен и в соответствии с ним была поставлена поперечная арматура в простенках между отверстиями по всему пролету плиты затвора).
     

Расчет по деформациям

     
     Выполненный статический расчет плиты затвора на ЭВМ по программе "Плита"* на поверхностные нагрузки дал также величины перемещений (прогибов) точек плиты. Максимальная величина прогиба для середины плиты составила 2,73 см; относительный прогиб
________________
     * Программа расчета пластин на упругом основании винклеровского типа методом конечных элементов для ЭВМ типа М220 (Л.А.Гордон, И.Ш.Фридман, Энергия, 1974)
     
     Расчет прогиба середины плиты затвора выполнялся обычным способом как для сплошной плиты без учета ослабления отверстиями. Возможность и правомерность такого расчета обусловлены данными экспериментальных исследований моделей плиты затвора. Опытные величины прогибов моделей с пустотами были практически равны, а в отдельных случаях даже меньше величин прогибов, полученных расчетным путем без учета ослабления отверстиями. Все это объясняется большой пространственной жесткостью сталежелезобетонных плитных элементов, а также принятой в конструкциях системой дисперсного армирования, обеспечивающей высокую жесткость последних.
     
     Пример N 7*. Запроектировать плоский затвор со стальными фермами и железобетонными поясами применительно к условиям Кольской ПЭС. Сооружение I класса, 1,25. Максимальный напор 7,7 м, толщина затвора 1,0 м, толщина железобетонных поясов 0,1 м. Максимальная полосовая нагрузка при ширине полосы 0;6 м составляет 7,1·0,6=4,26 т/м. Пролет затвора в свету 16 м (рис.8). Для основного сочетания нагрузок 1,0. Допустимый относительный прогиб затвора составляет .
______________
     * Нумерация примеров соответствует оригиналу. - Примечание .
     
     

Рис.8. Расчетные схемы плоского затвора со стальными фермами и железобетонными поясами

     
     Толщина металлического листа в верхней и нижней жел. бет. плитах принимается по технологическим условиям минимальной (8 мм) в соответствии с указаниями п.5.18 настоящего "Пособия". Расчет стальных ферм на равномерно распределенную нагрузку (гидростатика), приведенную к узловой нагрузке, выполнялся графическим методом путем построения диаграммы усилий. Фермы также рассчитывались на нагрузку от свежеуложенного бетона плиты. Сечения поясов фермы приняты по усилиям, полученным из диаграммы усилий, 31,2 см (2 уголка 100x8) из стали 09Г2 гр.2 с расчетным сопротивлением 3400 кг/см. Верхний и нижний пояса ферм привариваются к стальному листу, входящему в металлический каркас сталежелезобетонных поясов (см. рис.8). Листовая арматура, толщиной 8 мм, из стали 09Г2С гр.2 с расчетным сопротивлением 3400 кг/см. Стержневая арматура класса А-III с расчетным сопротивлением 3760 кг/см. Бетон марки М400 (фибробетон с базальтовой фиброй повышенной трещиностойкости), 175 кг/см.
     
     Коэффициенты условий работы:
     
     для профильного (уголки поясов фермы) и листового металла
     

1,1·0,8=0,88;

     
     для стержневой арматуры 1,15·0,8=0,92
     
     для бетона 1,15            (СНиП II-56-77, табл.2 и 6).
     
     Величина изгибающего момента в середине пролета в нижнем сечении плиты затвора (ширина расчетной полосы 0,6 м) составляет
     

т.м

     
     В соответствии с указаниями п.6.3 настоящего "Пособия" сечение стержневой арматуры (растянутой) определяется по формуле:
     

________________
     * Брак оригинала. - Примечание .

; 91,2 см

     
     Величина  определяется в зависимости от величины  по графику, изображенному на рис.1 приложения 1 "Пособия"
     

;           0,91;

          0,91·91,2=83 см

     
     т.е. стержневая арматура по расчету не требуется, растягивающие усилия воспринимаются листовой и уголковой арматурой. Продольную стержневую арматуру устанавливаем конструктивно 810 из арматуры класса А-II.
     

Расчет затвора по деформациям

     
     Перемещения (прогибы) сталежелезобетонных затворов с несущими металлическими фермами от нагрузки определяются как перемещения узлов статически определимых ферм по известным формулам строительной механики; см. например, раздел 10.1.3 Справочника проектировщика промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений (расчетно-теоретический), книга 1, Стройиздат, М., 1972, стр.559-560.
     
     Определение перемещений (прогибов) узлов ферм выполняется аналитическим методом с учетом жесткости сталежелезобетонных поясов; при этом площадь сечения бетона приводится к металлу по формуле:
     

,                 где  

     
     Для выполнения расчетов целесообразно использование ЭВМ. Анализ, проведенный во ВНИИГ, показал, что при принятых в п.5.15 "Пособия по проектированию сталежелезобетонных конструкций гидротехнических сооружений" соотношениях размеров плиты затворов  и удовлетворению условию прочности прогибы затвора обычно составляют  

     
     Прогиб рассматриваемого в настоящем примере затвора находится в пределах допустимого.
     
     
     
Текст документа сверен по:
/ Министерство энергетики
и электрификации СССР;
ГЛАВНИИПРОЕКТ. - М., 1984