Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Make your likes visible on Facebook?

Connect your Facebook account to Prezi and let your likes appear on your timeline.
You can change this under Settings & Account at any time.

No, thanks

Zbiorniki żelbetowe

No description
by

Artur Kacprzycki

on 27 October 2013

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of Zbiorniki żelbetowe

Odkrycie stali oraz rozwój przemysłu metalurgicznego przyczyniły się do powstania zbiorników blaszanych, wykonywanych pod różnymi postaciami. Zbiorniki te, choć wrażliwe na korozje stosowane są do dzisiaj między innymi ze względu na łatwość i szybkość wykonania.
Wstęp
Zbiorniki to konstrukcje inżynierskie wykorzystywane do magazynowania cieczy użytkowych i przemysłowych. Zbiorniki są:

a) stosowane przy oczyszczaniu wody i ścieków,
b) używane na wodę pitną, i przeciwpożarową,
c) stosowane w przemyśle chemicznym,
d) stosowane w przemyśle spożywczym,
e) stosowane w przemyśle mineralnym, np.: w cementowniach,
f) używane do przechowywania produktów naftowych,
g) wykorzystywane jako baseny pływackie.

Obecnie największe zastosowanie mają zbiorniki na wodę.

Zbiorniki wodne mogą być wykonywane jako urządzenia magazynująco – wyrównawcze i ciśnieniowe - zbiorniki typu wieżowego.
Pierwsze zbiorniki żelbetowe powstały przed 1-wojną, szersze ich zastosowanie nastąpiło w okresie międzywojennym. Potrzeba budowy coraz większych obiektów oraz problem zapewnienia ich szczelności doprowadziły do opracowania przez Freyssineta koncepcji zbiorników sprężonych.
W dawnych czasach w celu zgromadzenia wody do picia stosowano cysterny wykute w skale.
Wraz z rozwojem umiejętności obróbki drewna stosowano do tego celu zbiorniki drewniane, które pod postacią beczek przetrwały do dnia dzisiejszego.
Usytuowanie dna zbiornika względem otaczającego terenu
Podziemne
Naziemne
Wyniesione
Zamknięte, ze względu na rodzaj przekrycia
Strop oparty na ścianach zewnętrznych
Strop oparty na słupach umieszczonych wewnątrz zbiornika
Z przekryciem powłokowym
Technologia użytkowania
Jednokomorowe lub wielokomorowe
Otwarte lub zamknięte
Ze względu na kształt rzutu
Kołowe
Prostokątne
Wieloboczne
Nieforemne
Kryteria podziału zbiorników żelbetowych
Podział ze względu na sposób wykonania
- monolityczne
- prefabrykowane
- o konstrukcji mieszanej
Podział wg technologii wykonania
- żelbetowe
- sprężone
Podział wg konstrukcji ścian
- ściany połączone z dnem
- o niezależnym posadowieniu
Obciążenia działające na zbiorniki
• parcie cieczy na ściany obliczone wg zasad hydrostatyki
• parcie gruntu i ewentualne parcie wody gruntowej na ściany zbiorników zagłębionych w gruncie
• ciężar gruntu na przekrycie, odpór gruntu i ewentualny wypór wody w zbiornikach podziemnych
• ciężar własny konstrukcji i warstw jej wykończenia
• ciężar urządzeń wyposażenia
• obciążenie temperaturą
• obciążenie śniegiem i wiatrem, które z wyjątkiem zbiorników wyniesionych mają zwykle mniejsze znaczenie
• odkształcenia wymuszone - skurcz i pełzanie
• nierównomierne osiadanie
• ewentualne obciążenia wyjątkowe i sejsmiczne
Normy do projektowania zbiorników
Normy Europejskie z grupy EC1:
EC1-4 do obliczania ciśnienia cieczy oraz ustalania kombinacji obciążeń w zbiornikach
EC1-1-4 do obliczania obciążenia wiatrem
EC1-1-5 do określania oddziaływań termicznych

Normy Europejskie z grupy EC2:
EC2-1 zawierający regóły ogólne do projektowania konstrukcji żelbetowych
EC2-3 do projektowania zbiorników żelbetowych

Normy Europejskie z grupy EC7 do projektowania geotechnicznego
Wymagania ze względu na SGN są takie same jak w innych konstrukcjach. Szczególne znaczenie mają wymagania ze względu na SG zarysowania, spowodowane koniecznością zapewnienia szczelności w zbiornikach na ciecze. Jest to dodatkowo ważne, gdyż w przypadku przecieków istnieje niebezpieczeństwo osłabienia podłoża gruntowego. SG zarysowania jest więc podstawowy i miarodajny dla ustalania grubości ścian i ilości zbrojenia
W normie EC1-4 wyróżniono dwie sytuacje obliczeniowe zbiorników - stałe i wyjatkowe.

Sytuacją stałą jest normalna praca zbiornika, przy maksymalnym przewidzianym poziomie wody. W zbiornikach wielokomorowych należy rozpatrzyć różne warianty napełnienia poszczególnych komór.

W przypadku zbiorników podziemnych i zagłębionych sytuacją stałą jest również sytuacja zbiornika pustego, obciążonego parciem gruntu jako wiodącym oddziaływanie zmiennym.

W przypadku sytuacji stałych należy sprawdzić dwie alternatywne kombinacje i przyjąć jako miarodajną mniej korzystną:
sytuacja, w której dominuje obciążenie stałe
sytuacja, w której dominuje wiodące obciążenie zmienne

Sytuacją wyjątkową jest napełnienie zbiornika do górnej krawędzi i napełnienie podczas próby szczelności. Przewidziano także obciążenie od uderzenia pojazdem w napełniony zbiornik.
Klasyfikacja zbiorników ze względu na szczelność wg EC2-3
Konstrukcje klasy 0
Można stosować wymagania takie same jak dla budynków, zaczerpnięte z EC2-1-1
Konstrukcje klasy 1
W konstrukcjach klasy 1 szerokość tych rys, które będą przecinać całą grubość elementu, nie powinna przekraczać wk1.
Przy takim ograniczeniu szerokości można liczyć na skuteczne i względnie szybkie zaklejenie się rys.
Konstrukcje klasy 2
Jeżeli nie zastosowano odpowiednich środków, jak wykładziny lub szczelne przegrody, to na ogół nie należy pozwalać na występowanie rys przecinających całą grubość – zasięg strefy ściskanej pod wpływem kombinacji obciążeń prawie stałych powinien wynosić co najmniej xmin.
Zalecana przez Eurokod wartość xmin = min(50mm; 0.2 gr elementu)
Podobnie jak w konstrukcjach klasy 2 rysy nie powinny przecinać całej grubości elementu – stosuje się takie same zasady dotyczące zasięgu strefy ściskanej. Ponadto wykorzystuje się specjalne sposoby zapewniania szczelności.
Konstrukcje klasy 3
Specjalne sposoby zapewnienia szczelności
• Zastosowanie szczelnego betonu
• Stosowanie zbrojenia minimalnego
• Wykonanie warstw wykończeniowych zapewniających szczelność
(laminaty, wyprawy tynkarskie, powłoki bitumiczne i polimerowe)
• Odpowiednia izolacja termiczna.
• Właściwe rozmieszczenie i uszczelnienie dylatacji i przerw roboczych
• Ewentualne sprężenia ścian
• Stosowanie deskowań bezściągowych
• Uszczelnienie przejść rur przez ściany i dno
Podstawowe elementy konstrukcyjne zbiorników
Płyta denna
Ściany
Przekrycie
Obliczanie płaskiej płyty dennej
Konstruowanie zbrojenia płyty dennej
Metoda płyt wydzielonych
Metoda Cramera
Daje dobre przybliżenie w przypadku zbiorników o rzucie kwadratu.
Polega na rozpatrzeniu ścian zbiornika jako układu krzyżujących się ram żelbetowych: poziomej i pionowej.
Obliczanie zbiorników o rzucie kołowym

Obliczanie zbiorników obrotowych wykonuje się w dwóch etapach:
1.Wg teorii błonowej (bezmomentowej)
2. Z uwzględnieniem zaburzeń brzegowych (wg teorii zgięciowej)


Powierzchnie monolitycznych zbiorników dzieli się płaszczyznami poziomymi w miejscach załamań ich tworzących, uważając za zespół powłok wzajemnie oddziaływujących na siebie.

Wyznaczenie wzajemnych oddziaływań poszczególnych powłok pozwala określić panujące w nich siły wewnętrzne.

Ich wartości uzyskuje się przez zsumowanie wartości uzyskanych z rozwiązania stanu błonowego i zgięciowego.
Schemat podziału wykresu parcia cieczy na dwa składowe wykresy W i R
Rozpatruje się krzyżujące się pasma - ramę i wspornik. Obciążenie dzieli się na dwie części W i R - zakłada się, że W wywołuje ugięcie wspornika, a R wywołuje ugięcie ramy - ugięcia te zależą od xr. Wyznacza się takie xr , przy którym ugięcia te są równe. Zbrojenie pionowe oblicza się na podstawie momentów we wsporniku, a zbrojenie poziome na podstawie momentów i sił podłużnych w poziomych ramach.
Wg teorii bezmomentowej ściany walca przenoszą całkowite obciążenie od parcia cieczy. Wg teorii zgięciowej obciążenie to przekazywane jest na ściany i fundament w proporcjach zależnych od ich sztywności.
Teoria bezmomentowa
Teoria zgięciowa
Konstruowanie zbrojenia ścian zbiorników
Prostokątnych
Kołowych
Do obliczania i projektowania dna stosuje się zasady dotyczące stropów płaskich lub kopuł (w zbiornikach obrotowych). Konieczne jest sprawdzenie ze dna ze względu na zarysowanie (wg zasad jak dla ścian). Spadki dna formuje się najczęściej przy użyciu chudego betonu.
Często dno jest płaską płytą bez żeber lub słupów we wnętrzu zbiornika - wtedy występują dwie podstawowe możliwości.
Dno oddylatowane od fundamentu (istotne jest uszczelnienie dylatacji), momenty zginające w płycie są zerowe, zbrojenie ma zapobiegać skutkom skurczu i zmian temperatury,
Dno połączone ze ścianą, w płycie powstają momenty zginające wywołane reakcją ściany i równoważącym ją naciskiem podłoża gruntowego Zwykle konieczne jest zbrojenie podwójne. Przy wysokim poziomie wody gruntowej należy rozpatrzyć możliwość "wypłynięcia" zbiornika
Zbrojenie płyty dennej prostokątnej
Zbrojenie płyty dennej kołowej
Projektowanie przekrycia zbiorników prostokątnych
W zależności od obciążenia stosuje się: albo monolityczne płyty płaskie, prefabrykowane łupiny lub ruszty przykryte płytami z gazobetonu, albo - w przypadku ciężkiej warstwy ocieplającej - stropy płytowo-żebrowe o żebrach w jednym lub w dwu kierunkach, stropy grzybkowe, przekrycia sklepione w jednym lub dwu kierunkach, monolityczne lub prefabrykowane.
Przekrycie zbiorników kołowych
Obliczenie zbrojenia w takich przekryciach jak: płyty kołowe, kopuły obrotowe, stropy płytowo-żebrowe, gdy nie biorą one udziału w pracy zbiornika poza przekazaniem pionowych obciążeń na ściany - nie różni się od typowych obliczeń tych konstrukcji. W przypadku monolitycznego połączenia tych przekryć ze ścianami, obliczenie zbrojenia należy przeprowadzić zgodnie z przebiegiem otrzymanych sił wewnętrznych i momentów teorii momentowej i bezmomentowej.
Grubość t = 50 do 80 mm.
Rozstaw zbrojenia zwykle nie większy niż 200 mm.
Wymiarowanie ze względu na ściskanie
Grubość płyty jest uzależniona głównie ekonomicznym stopniem zbrojenia. Przy grubych płytach często przyjmuje się zbrojenie tak górą, jak i dołem.
Najczęściej stosowane średnice prętów: 8 do 20 mm
Średnice przyjmuje się od 8 do 22 mm
Zbrojenie pierścieniowe łączy się na zakład, w jednej linii pionowej powinien być połączony, co ósmy pręt.
Zbrojenie równoleżnikowe rozmieszcza się zgodnie z wykresem rozciągających sił równoleżnikowych.
Zbrojenie przy grubości ściany większej od 15cm rozmieszcza się dwustronnie.
Wymiarowanie zbrojenia w kierunku poziomym:
Od parcia cieczy na rozciąganie mimośrodowe z dużym mimośrodem
Od parcia gruntu na ściskanie mimośrodowe z dużym mimośrodem
Wymiarowanie zbrojenia w kierunku pionowym
Zginanie od parcia cieczy lub parcia gruntu,
Ściskanie od ciężaru własnego lub reakcji płyty przekrycia
Wymiarowanie na ściskanie mimośrodowe z dużym mimośrodem
Elementy wyposażenia
Zbiorniki to nie tylko ściany, dno i przekrycie. Aby zbiornik spełniał swoje zadania, musi być wyposażony w wiele dodatkowych elementów konstrukcyjnych:
ściany wewnętrzne, które mogą wydzielać poszczególne, niezależne komory
przegrody wewnętrzne, które nie wydzielając odrębnych komór, tworzą
np. tory poruszania się cieczy
słupy i podpory, np. przekrycia lub mieszalników
elementy do napełniania i opróżniania - koryta i rurociągi
elementy do komuikacji i transportu - pomosty, drabiny
Zabezpieczenie przed cieczami agresywnymi
Ściany i dno zbiorników żelbetowych i sprężonych stykają się często z cieczami agresywnymi i są przez to narażone na ich szkodliwe działanie. Często grunt, na którym zbiornik spoczywa zawiera wodę agresywną. Woda opadowa może również zawierać szkodliwe składniki. Z tego powodu skuteczna izolacja i ochrona zewnętrzna jest w takich przypadkach nieodzowna.

Najczęściej stosowane do ochrony ścian zbiorników wykładziny z tworzyw sztucznych to: wykładziny tiokolowe, winidurowe, igelitowe i oppanolowe.
Z niemetalicznych pokryć ochronnych szersze zastosowanie znalazły zaprawy kwasoodporne, emalia i szkło wodne.

Zbiorniki zawierające cenne, lecz bardzo agresywne ciecze powinny mieć wokół siebie specjalną wannę, do której w razie awarii spłynie zawartość zbiornika.
Dylatacje i przerwy robocze
Dylatacje stałe stosuje się w celu zapewnienia możliwości względnych przemieszczeń części konstrukcji przez cały okres eksploatacji.
Przerwy (styki) robocze powstają w wyniku konieczności podziału procesu betonowania na etapy.
Dylatacje robocze stosuje się w celu zmniejszenia wpływu skurczu betonu.
Należy pamiętać, że materiały stosowane na uszczelnienia w dylatacjach mają zwykle krótszą żywotność, niż obliczeniowy okres użytkowania konstrukcji zbiornika, dlatego też w szczeliny powinny być konstruowane tak, aby była możliwość przeprowadzania ich kontroli, napraw lub wymiany.
Jako uszczelnienie stosuje się elastyczne taśmy z tworzyw sztucznych, na bazie kauczuku oraz taśmy metalowe - zadaniem taśm jest zwiększenie drogi przepływu cieczy przez szczelinę dylatacyjną i wytworzenie wodoszczelnej przepony.
Dylatacje stałe ścian zbiorników prostokątnych co około 40 m, a przy znacznych wpływach termicznych nawet co 12 m. Dylatacje robocze rozmieszcza się zazwyczaj co około 20 m.
Przykład rozmieszczenia przerw roboczych w płycie dna zbiornika
Najczęstrze błędy wykonawstwa
źle przyjęty schemat statyczny,
wadliwe przyjęcie przekroju zbrojenia lub jego złączy,
źle wykonane wykładziny zbiornika,
niewłaściwie przygotowane podłoże gruntowe,
źle wykonany torkret ochraniający przed korozją struny lub kable
sprężające,
nieprawidłowe obsypywanie zbiorników,
źle wykonany beton lub wadliwe betonowanie ścian lub dna zbiornika,
nieprawidłowo wykonane przerwy dylatacyjne
Sprężanie zbiorników kołowych
W ścianach zbiorników walcowych powstaje osiowe rozciąganie wywołane ciśnieniem hydrostatycznym Jeśli zbiornik nie jest sprężony, to potrzebna jest znaczna grubość ścian. Sprężanie przez nawijanie naprężonego drutu wywołuje osiowe ściskanie ściany. Jeżeli siły wywołane przez sprężenie są stale większe od sił wywołanych ciśnieniem cieczy, to zapewnione jest trwałe ściskanie ściany, co ma zasadniczy wpływ na szczelność.
Sprężanie przez nawijanie cięgien:

Wznosząc konstrukcje zbiornika najpierw wykonuje się betonowy walec. Gdy konstrukcja osiągnie odpowiednią wytrzymałość wykonuje się przygotowanie powierzchni przez piaskowanie lub zastosowanie wody pod ciśnieniem. Następnie wykonuje się sprężeni za pomocą „nawijarki”. Cięgna zabezpiecza się przed korozją przez zastosowanie torkretu.
Sprężanie odcinkowe:

Cięgna umieszczone są w kanałach i łączone w pilastrach. Sprzęt do sprężania i metody zabezpieczania przed korozją są wtedy takie same jak przy sprężaniu belek.
Zbiorniki wieżowe
Zbiornik wieżowy na wodę w Cockfosters, Wielka Brytania
Zbiornik wieżowy na wodę w Espoo, Finlandia
Wieża ciśnień
w Krakowie
Dziękuję za uwagę
Literatura:
Anna Halicka, Dominika Franczak, "Projektowanie zbiorników żelbetowych. Zbiorniki na ciecze"
Paweł Lewiński, "Zasady projektowania zbiorników żelbetowych na ciecze z uwzględnieniem wymagań Eurokodu 2"
J. Kobiak, W. Stachurski, "Konstrukcje żelbetowe”
Eurokody EC1, EC2
Seminarium dyplomowe
Zbiorniki żelbetowe na ciecze
Wykonał:
Artur Kacprzycki
KBI-4 R.A. 2012/13
Full transcript