ПРИМЕНЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА МАШИНОСТРОЕНИИ

Особенности статического расчета железобетонного корпуса Автоклава

Особенности статического расчета железобетонного корпуса автоклава должны быть указаны потому, что для их расчета до настоящего времени нет нормативных документов.

Действующие СНиП II-B. 1-62 [11] (как и прежняя Инструкция СН 10-57 [9]) не распространяются на проектирование конструк­ций, работающих в условиях систематического воздействия повышенных температур, а «Временные указания по проектиро­ванию жароупорных железобетонных конструкций» [12] не содер­жат необходимых данных для расчета предварительно напряжен­ных железобетонных конструкций, выполненных из обычного бетона.

Поскольку фундамент под автоклав запроектирован в виде сплошной железобетонной плиты, опирающейся на грунт, расчет корпуса автоклава в поперечном направлении может быть сведен к расчету плоской замкнутой рамы с жесткими узлами. Расчет корпуса в продольном направлении можно заменить расчетом полосы шириной 1 м и высотой, равной толщине стенки корпуса, условно вырезанной из корпуса автоклава. Если толщины стенок 484 различны, то без большой погрешности расчет соответствующей полосы производится для каждой стенки отдельно.

Одной из особенностей расчета железобетонного автоклава является учет температурных усилий, возникающих в стенках его корпуса вследствие их неравномерного нагрева. Неравномерный нагрев стенок, имеющих толщину измеряемую десятками санти­метров, объясняется плохой теплопроводностью бетона (в 40 раз меньше, чем стали). При этом температурные моменты в стенках должны определяться по наибольшей величине температурного перепада.

Анализ работы автоклава под нагрузкой показал, что перепад температуры между внутренней и наружной поверхностями стенок может вызвать усилия, соизмеримые с усилиями от давления пара, особенно при неустановившемся режиме его работы. При разра­ботке проекта автоклава расчеты изменения температуры во вре­мени производились для заданного режима пропарки при регуляр­ной (установившейся) его работе. Для упрощения расчетов реше­ние дифференциального уравнения теплопроводности [13] было заменено решением уравнения теплопроводности в конечных раз­ностях. Сущность такой замены состояла в том, что непрерывный процесс заменялся скачкообразным как в пространстве, так и во времени.

Определение величины максимальной разности температур и их распределение в элементах корпуса автоклава за один цикл его работы было проведено лабораторией строительной физики бывшего ЦНИПС [1]. Исследования проводились для стенок толщиной 90 и 40 см и двух (условных) циклов работы автоклава йродолжительностью 24 и 32 ч. Цикл работы автоклава в 32 ч Был принят, исходя из желания получить наибольший из возмож­ных относительных температурных перепадов. На практике цикл запарки изделий в автоклаве не превышает 24 ч. Проведенные исследования позволили сделать следующие выводы.

Распределение температуры в железобетонных стенках при нагреве корпуса автоклава происходит по кривой, близкой к гиперболе [1].

Разность температуры на внутренней и наружной поверх­ностях стенок автоклава возрастает с увеличением продолжитель­ности цикла его работы. При цикле работы 32 ч максимальная разность температур составила 74° С, а при цикле 24 ч — 64° С.

В обоих циклах работы автоклава максимальная разность температур совпадает по времени с наибольшим давлением пара внутри автоклава.

При одинаковых, установившихся режимах работы авто­клава величина максимальной разности температур практически не зависит от толщины стенок его корпуса. Так, например, при цикле работы автоклава 32 ч она составила: для стенки толщи­ной 40 см — 74° С, для стенки толщиной 90 см — 72° С, а относи­тельный температурный перепад — соответственно 1,08 и 0,8 град! см.

Экспериментальное исследование распределения температуры в специальном железобетонном образце и рамах сборного корпуса автоклава [1] подтвердило выводы теоретических расчетов.

Отметим, что при определении температурных моментов, вызванных неравномерным нагревом стенок, в расчетные формулы вводился не максимальный, а расчетный относительный темпера­турный перепад, который был определен из условия замены криво­линейной эпюры распределения температуры эквивалентной ей по площади и статическому моменту трапецеидальной. При такой замене величина расчетного относительного температурного пере­пада составила 0,7 от его максимального значения, полученного из криволинейной эпюры распределения температур.

В целях снижения температурных усилий в продольном направлении корпуса автоклава было предусмотрено устройство искусственных трещин, что обеспечивалось заливкой раствора в швы между рамами не по всей высоте, а лишь части их.

Благодаря применению при расчете сечений элементов корпуса автоклава методики расчета по предельным состояниям, оказалось возможным использовать дифференцированные коэффициенты пе­регрузки и перегрева: для нагрузки, создаваемой давлением пара, и температурных усилий, вызванных температурным перепадом по толщине стенок. Это позволило более точно учесть действую­щие на автоклав нагрузки и температурные воздействия.

Например, при расчете трещиностойкости рам, армированных высокопрочной проволокой, к нормативным нагрузкам, соответ­ствовавшим давлению пара в автоклаве при его нормальной эк­сплуатации (8 или 12 ати), вводились коэффициенты перегрузки и перегрева: к усилиям от внутреннего давления — 1,37, а к рас­четному температурному перепаду — 1,075.

Определение усилий, действующих в элементах рамы (стойках и ригелях) от внешней нагрузки, производилось по формулам строительной механики.

При проверке прочности, трещиностойкости и деформативности ригелей и стоек рамы, работающих на внецентренное растяжение и неравномерный нагрев, оказалось возможным частично исполь­зовать методику расчета, принятую в СН 10-57, СН и П II-B. 1-62 и «Временных указаниях по проектированию жароупорных железобетонных конструкций» [12].

За расчетную нагрузку при проверке сечений ригелей и стоек на прочность принималось нормативное давление пара (8 или 12 ати), умноженное на коэффициент перегрузки 1,5.

Температурные усилия в этом случае не учитывались, так как согласно исследований Милованова А. Ф. и Зырянова В. С. [14] при величине внешней нагрузки, составляющей 0,6—0,9 от разру­шающей, температурные моменты полностью исчезают. 486