Теги: строительство
ISBN: 5-89157-021-1
Текст
К™ МЕТОДИКА РАСЧЕТА
П.Б. ПИЛИПЕНКО НАГРУЗОК, ПРОЧНОСТИ и
ва. французов РЕСУРСА СТВОЛОВ ДЫМОВЫХ И
С.В. САТЬЯНОВ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТРУБ
В.Г. Сатьянов, Н.А. Халонен, П.Б. Пилипенко,
В.А. Французов, С.В. Сатьянов
]У1етодика расчета нагрузок,
прочности и ресурса стволов
дымовых и вентиляционных
промышленных труб
Москва
«Универсум»
2005
ББК 38 6-5
С21
Авторы:
В.Г. Сатьянов, генеральный директор ЗАО «Спецремэнерго»
Н.А. Хапонен, зам нач управления технического надзора Ростехнадзора
П.Б. Пилипенко, начальник отдела ЗАО «Инжремтехстрой»
В.А. Французов, ведущий специалист ЗАО «Инжремтехстрой»
С.В. Сатьянов, зам генерального директора ЗАО «Инжремтехстрой»
Сатьянов В Г, Хапонен Н А , Пилипенко П Б французов В А , Сатьянов С В
С 21 Методика расчета нагрузок, прочности и ресурса стволов дымовых и
вентиляционных промышленных труб — М Универсум, 2005 — 264 с , ил
Книга обобщает опыт работы специализированных экспертных организаций
ЗАО «Спецремэнерго»и ЗАО «Инжремтехстрой», созданного на базе ЗАО
«Спецремэнерго» в 1991 г, в области экспертизы промышленной безопасности
и реконструкции производственных зданий и сооружений Приведены
результаты теоретических исследований и разработанные специалистами
организаций методики расчета нагрузок, прочности и ресурса элементов стволов
дымовых и вентиляционных труб
Книга может быть полезна специалистам в области экспертизы
промышленной безопасности
ISBN 5-89157-021-1 ББК 38 6-5
© Сатьянов В Г, Хапонен Н А ,
Пилипенко П Б , Французов В А ,
Сатьянов С В , 2005
ВВЕДЕНИЕ
На настоящее время па территории Российской Федерации
эксплуатируются более 190 тысяч дымовых и вентиляционных
труб (далее по тексту — дымовых труб (ДТр)) Большее их ко-
личество установлено на опасных производственных объектах
Основная масса этих ДТр (около 80%) практически выработала
свои ресурс и находится (пользуясь терминами ПБ 03-445-02)
в ограниченно работоспособном состоянии.
Кроме того, та последнее время отмечена устойчивая тенден-
ция использования стволов дымовых и вентиляционных труб в
качестве объектов для размещения на них дополнительного обо-
рудования, например, антенно-фидерных устройств (АФУ) для
сотовой связи, приводящего к дополнительному шн ружению
стволов ДТр
В связи с тем, что эксплуатация ДТр с 2003 года подпада-
ет под требования ФЗ “О промышленной безопасности опасных
производственных объектов” (№ 116-ФЗ от 21 07 97г), эти объ-
екты подлежат экспертизе промышленной безопасности (ЭПБ)
ЭПБ в свою очередь peiламентируется Правилами проведения
экспертизы промышленной безопасности (ПБ 03-246-98) Про-
цедура проведения ЭПБ ДТр в части определения их техниче-
ского состояния регламентируется Правилами безопасности
при эксплуатации дымовых и вентиляционных промышленных
труб (ПБ 03-445-02) и Методическими указаниями по обсле-
дованию дымовых и вентиляционных промышленных труб (РД
03-610-03)
Экспертизе промышленной безопасности подлежат
проектная документация на строительство, расширение, ре-
конструкцию, техническое перевооружение, консервацию и лик-
видацию ДТр; технические устройства, устанавливаемые на ДТр
В случае размещения на стволе дымовой трубы дополнитель-
ного оборудования (например, АФУ) проектная документация на
эти устройства должна также проити независимую экспертизу с
составлением экспертного заключения о возможности ра смеще-
ния дополнительного оборудования па трубе и их безопасной по-
6
Введение
следующей совместной эксплуатации Проект и экспертное за-
ключение на него должны быть составлены с учетом заключе-
ния экспертной организации по результатам ее обследования и
возможного последующего влияния на безопасность эксплуа-
тации В экспертном заключении необходимо отразить вопро-
сы остаточной механической прочности трубы, запас ее прочно-
сти после установки дополнительного оборудования без анализа
остальных функциональных параметров деятельности дымовых
или вентиляционных труб
Технология проведения составляющих экспертизы с той или
иной степенью детализации рассмотрены в многочисленных
публикациях и регламентирующих документах [2].
Экспертизой промышленной безопасности производствен-
ных зданий и сооружений в России занимается достаточно боль-
шое количество специализированных организаций, каждая из
которых в своей производственной деятельности по обследова-
нию высотных сооружений руководствуется методической доку-
ментацией собственной разработки, а имевшиеся попытки уни-
фицировать методики обследования и расчетов нагрузок и проч-
ности не привели к желаемому результату.
Авторы совместно с ведущими организациями, специализи-
рующимся на экспертизе промышленной безопасности произ-
водственных зданий и сооружений, пришли к пониманию акту-
альности разработки согласованной методики расчета нагрузок,
прочности и ресурса ДТр, а также определение состава исход-
ных данных, необходимых и достаточных для проведения рас-
четов и выпуска документации в обеспечение и с результатами
экспертизы
Эта актуальность многократно возрастает с учетом объема
работ по экспертизе ДТр (как было сказано выше их в России
более 190 тысяч), сложности определения технического состоя-
ния и ответственности при выдаче рекомендаций по ремонту ДТр
и возможности их дальнейшей безаварийной эксплуатации (бо-
лее 80% ДТр в неудовлетворительном состоянии), а так же на-
личия большого количества организаций занимающихся в по-
следнее время экспертизой промышленной безопасности дан-
ных сооружений.
Введение
Выполнение мероприятии по унификации расчетных методик
позволит, по мнению авторов значительно ускорить процедуру
ЭПБ, сравнивать результаты экспертиз (в том числе и расчетов),
проведенных различными специализированными организация-
ми. Появится также возможность воспроизведения расчетов в
случае возникновения спорных или конфликтных ситуации меж-
ду заказчиком экспертизы и экспертами Авторами разработа-
ны и предлагаются к применению составные блоки экспертизы
промышленной безопасности ДТр, к которым в первую очередь
были отнесены
— методика расчета нагрузок, прочности и ресурса обследу-
емых конструкций;
— методика по расчету усиления конструкций в обеспечение
их последующей безопасной эксплуатации;
— форма и состав документации в обеспечение проведения
экспертизы и с ее результатами.
Следует отметить и тот факт, что на основе разработки но-
вых и адаптации известных расчетных методик для вертикаль-
ных конструкций (стволов дымовых труб, молниеприемников и
осветительных мачт) получены формулы для расчета изгибаю-
щих моментов от ветровой нагрузки, а для стволов металличе-
ских дымовых труб, кроме того, и формула для определения до-
пустимой толщины оболочки ствола в любом сечении
Использование при расчетах этих формул существенно со-
кращает трудовые затраты и позволяет уже на объекте провести
экспресс-анализ технического состояния сооружения. Исполь-
зование разработанной унифицированной документации также
способствует сокращению трудовых затрат, поскольку предста-
витель экспертной ор!анизации перед выездом на объект полу-
чает специально разработанные таблицы для заполнения, а
стандартная форма документации с результатами обследования
и расчетов упрощает диалог с заказчиком при обсуждении ре-
зультатов экспертизы.
Авторами разработаны методики выполнения расчетов в
обеспечение проведения усиления оболочек стволов металличе-
ских дымовых труб Отличительной особенностью этих метоцик
является то, что для оболочек стволов металлических дымовых
8
Введение
труб параметры усиливающих элементов выбираются по крите-
рию минимизации их массы, причем во всех случаях найденные
расчетным путем параметры усиливающих элементов обеспечи-
вают дальнейшую безопасную эксплуатацию стволов металли-
ческих ДТр в течение согласованного с заказчиком срока
Авторы благодарят за предоставленные консультации и ре-
дактирование работников ЗАО “Спецремэнсрго” и ЗАО “Ин-
жремтехстрои” Сидоровича В В., Никулина В В , Завьяло-
ва В Г, Молодчикова Ю М , Липатову Л.Г, Пашечко А И., Дер-
кача С Г., Агафонову В А.
Авторы будут благодарны за конструктивную критику, кото-
рую предлагают направлять по адресу 123001, г.Москва,
Б.Патриарший пер., д.8, флигель 2, тел/факс (095) 290-56-07,
ЗАО “Инжремтехстрои”
ГЛАВА
МЕТОДИКИ
Методики
11
1.1 Факторы, определяющие состав
расчетных методик, используемых
при экспертизе промышленной
безопасности
Как следует из “Правил проведения экспертизы промышленной
безопасности” (ПБ-03-246-98) экспертиза промышлен-
ной безопасности (далее экспертиза) определяется, как
оценка соответствия объекта экспертизы предъявляемым ему к
нему требованиям промышленной безопасности При проведе-
нии экспертизы выполняется комплекс обследовательских
и расчетных работ, по результатам которых формируется и
документально оформляется заключение экспертизы.
При подготовке заключения экспертизы проводятся расчеты
нагрузок, прочности и ресурса обследуемых конструкций
Для осуществления проведения этих расчетов необходимы
методические материалы, устанавливающие порядок проведе-
ния расчетов и объем исходных данных (параметров) для их осу-
ществления
Необходимый и достаточный объем расчетных методик и па-
раметров может быть определен на основе анализа конструктив-
ных особенностей объектов экспертизы и характера дефектов и
повреждений, выявляемых при обследовании
Дымовая труба состоит из следующих основных конструк-
тивных элементов'
— фундамента,
— несущего ствола,
— футеровки (газоотводящею ствола) и тепловой изоляции,
— ходовых лестниц с ограждением,
— молниезащиты,
— светофорных площадок,
— защитного колпака
В зависимости ог используемого материала при строитель-
стве различают трубы кирпичные, железобетонные, металличе-
12
Глава 1
ские и изготовленные из композиционных материалов.
Железобетонные ДТр могут быть выполнены из монолит-
ного железобетона (их высота варьируется в пределах от 100м и
Методики
13
выше и может достигать в единичных случаях высоты, превыша-
ющей 350м) или сборными из кольцевых царг (высота их не пре-
вышает 60м), выполняются с футеровкой различной конструк-
ции и при этом температура газов в стволе обычно не превышает
200сС. Стволы монолитных железобетонных труб выполняют с
переменным по высоте уклоном (8-1.5%) и переменной по высо-
те толщиной (с переходом от одной постоянной толщины в пре-
делах пояса высотой до 20м к толщине другого пояса), а толщина
в верхней части в зависимости от величины ее внутреннего диа-
метра составляет 160-250мм Арматура в стенке ствола толщи-
ной до 300 мм расположена у наружной поверхности на глубине
30-40мм, при толщине стенки превышающей 300мм устанавли-
вают дополнительную арматуру и у внутренней поверхности.
Кирпичные ДТр по высоте в основной массе не превыша-
ют 100м. Температура газов в стволе может принимать значение
в широких пределах — от 100 до 350сС. Ствол кирпичной дымо-
вой трубы по наружной образующей выполняется в виде конуса
с уклоном до 3% и с отношением высоты к наружному диамет-
ру в основании до 20 и состоит из поясов высотой порядка 15м,
имеющих каждый различную толщину, при этом толщина верх-
него пояса не менее полутора кирпича.
Одним из обязательных конструктивных элементов кирпич-
ных дымовых труб являются стяжные кольца, расположенные
по всей высоте.
Металлические ДТр широко применяются как на произ-
водствах со значительными температурами отводимых газов, так
и на объектах, где эти температуры незначительны. Высоты ме-
таллических ДТр в основной массе ЗО-бОм. В последнее время
сооружаются металлические свободностоящие высотой 100м и
более.
Диаметр устья металлической ДТр от 400мм до 6м при тол-
щине стенки не менее 4мм. Марка стали ствола и конструкция
футеровки определяется проектом в зависимости от температу-
ры и состава отводимых газов.
Дымовые трубы из композиционных материалов по основ-
ным конструктивным элементам аналогичны металлическим
ДТр. Эти трубы отличаются от металлических меньшей массой
14
Глава 1
высокой стойкостью к воздействию агрессивных составляющих
отводимых газов при более низкой их температуре.
В настоящее время дымовые трубы ТЭЦ и ГРЭС, а также
трубы районных котельных установок работают в условиях ча-
стых пусков и остановок, т.е. действительные режимы эксплуа-
тации не соответствуют проектным.
Многократные циклы, “нагрев-выдержка-охлаждение” ока-
зывают наиболее существенное влияние на параметры напря-
женно-деформативного состояния газоотводящих и несущих
стволов дымовых труб. На современных котельных установках
ТЭЦ и ГРЭС в последнее время через одну трубу могут эва-
куироваться дымовые газы от сжигания мазута и природного
газа.
При нестабильных режимах эксплуатации в теле газоотводя-
щего и несущего ствола железобетонной или кирпичной дымо-
вой трубы за счет явлений конденсации, диффузии, фильтрации
и термовлагопереноса могут присутствовать водяные пары, па-
ры серной (сернистой) кислоты, вода и серная (сернистая) кис-
лота в жидкой фазе.
Интенсивность процессов тепло — и массопереноса пред-
определяют уровень коррозионных процессов в газоотводящих
и несущих стволах дымовых труб. Перенос агрессивных веществ
в теле газоотводящего и несущего ствола зависит от темпера-
туры удаляемых газов, поверхности футеровки и от физических
свойств материала, из которого выполнены внутренний и наруж-
ный стволы.
Существует два различных механизма взаимодействия ды-
мовых газов с материалами газоотводящих и несущих стволов:
Сернокислотная коррозия, интенсивность которой опреде-
ляется температурой конденсации паров серной кислоты и их
массовым потоком конденсации на поверхность и гидросульфат-
ная коррозия, действующая на поверхности и в толще газоотво-
дящего и несущего ствола при наличии жидкофазной воды.
По литературным данным сернокислотная коррозия возмож-
на только при условии, что температура внутренней поверхности
футеровки ниже температуры точки росы паров серной кислоты
М4Я°С1
Методики
15
При этом основные повреждения в газоотводящих стволах
(футеровке) связаны с образованием в кладочном растворе фу-
теровки сульфата натрия, который со временем присоединяя к
себе воду увеличивается в объеме. За счет роста кристаллов
сульфата натрия происходит рост и набухание футеровки с по-
следующим ее выпучиванием и обрушением. В период роста фу-
теровки чугунный колпак на оголовке трубы выходит из проект-
ного положения, приобретая обратный уклон, а по мере его уве-
личения происходит падение отдельных звеньев колпака.
Такой вид коррозии развивается в газоотводящих стволах,
выполненных в виде кладки на консолях из кислотоупорного
кирпича на силикатном кислотоупорном растворе (замазке).
Дальнейшее развитие коррозионных процессов в футеровке,
особенно в трубах, работающих при нестабильных режимах и
при наличии конденсата приводит к интенсификации гидросуль-
фатной коррозии в несущих стволах. При этом определяющим
фактором сульфатной коррозии является температура точки ро-
сы — водяных паров. При эксплуатации дымовых труб возника-
ют такие режимы, когда в отсутствие конденсации влаги на внут-
ренней поверхности железобетонного ствола, конденсация про-
исходит в его стенке. Этот вид конденсации обусловлен капил-
лярно-паровой структурой бетона. Конденсация паров воды по
толщине ствола происходит в тех местах, где температура бетона
на 5-10° ниже температуры точки росы паров воды. Практиче-
ски при температуре бетона ниже 70°С в парах несущих стволах
и происходит реакция сульфатации с образованием гипса.
Последующие взаимодействия гипса с водой приводит к сни-
жению pH в бетоне стенки ствола, и как следствие снижению
его защитных свойств и коррозии арматурного каркаса.
Рост кристаллов гипса в порах тела ствола первоначально
способствует уплотнению и повышению прочности бетона.
К моменту образования двуодного гипса в бетоне образуются
трещины, начинается процесс шелушения и отслаивания куска-
ми защитного слоя, происходит оголение крупного заполнителя
и арматуры.
Интенсивность гидросульфатной коррозии в несущих ство-
лах обусловлена плотностью затвердевшего бетона. Характер-
16
Глава 1
ные разрушения в несущих железобетонных стволах развивают-
ся в местах крупнопористого бетона, а именно, в швах бетониро-
вания и непровибрированных участках бетона ствола.
Через крупные направленные поры происходит выход кон-
денсата и продуктов сульфатной коррозии наружу, в виде желто-
белых подтеков.
Циклические колебания температуры окружающего воздуха,
атмосферные осадки также способствуют развитию коррозион-
ных процессов в несущих стволах.
Поэтому в осенне-зимний период при максимальных нагруз-
ках именно в этих местах и наблюдается выход конденсата нару-
жу ствола, сопровождающейся образованием наледей и сосулек
зимой и увлажнения поверхности осенью, а продуктов коррозии
в виде желто-белых высолов.
Из вышеизложенного следует, что для обеспечения надеж-
ной эксплуатации дымовых труб необходимо предотвратить
проникновение влаги дымовых газов через футеровку в несущий
ствол, а температура по толщине стенки должна на 20-25°С пре-
вышать температуру конденсации паров воды.
Наиболее характерные дефекты и повреждения кирпичных
кладок стволов и футеровок дымовых труб — это верти-
кальные и горизонтальные трещины, разрушение кирпича и рас-
твора кладки, расслоение, вздутие и выпучивание кирпичной
кладки, разрушение футеровки и опорных консолей, крен фун-
дамента, разрушение головки и гарнитуры трубы, не заделанные
ниши от пальцев строительной площадки и т.д. При нагрева-
нии объем кирпичной кладки ствола, футеровки трубы увеличи-
вается, а при охлаждении уменьшается, вследствие чего в опре-
деленных слоях конструкции появляются внутренние напряже-
ния, если по всей величине они превосходят силы сцепления ча-
стиц материала между собой, то начинается процесс образова-
ния трещин. Следует также иметь в виду, что при сжатии усилие
передается через трещину, а при растяжении оно не только не
передается через трещину, но из-за трещины напряжение увели-
чивается, приводя к росту ее длины и ширины. Наиболее опасны
горизонтальные трещины, появление которых обусловлено кре-
ном трубы, но чаще всего температурными деформациями фу-
Методики
17
теровки, а именно расширением в вертикальном направлении,
приводящем к ликвидации зазоров под слезниковыми поясами, и
вызывающие разрушение этих элементов. В итоге горизонталь-
ные трещины, приводят к смещению частей кирпичной кладки и
потере несущей способности всего сооружения.
Увеличение нагрузки на дымовую трубу может вызвать раз-
витие выявленных дефектов и повреждений. Значительное вли-
яние на скорость развития перечисленных выше повреждений
оказывают химические воздействия от контакта кирпичной
кладки футеровки с агрессивными газами, а также образование
химически агрессивного конденсата при несоблюдении темпера-
турно-влажностных режимов эксплуатации дымовой трубы.
Отсутствие защитной обмазки ведет к воздействию уходя-
щих газов непосредственно на кирпичную кладку футеровки и ее
абразивному и химическому износу. Значительную отрицатель-
ную роль играют также золовые отложения на внутренней по-
верхности футеровки и слезниковых поясах, которые при отсут-
ствии защитной обмазки накапливают агрессивные составляю-
щие уходящих газов и активизируют коррозионные процессы на
поверхности кирпичной кладки, приводя к ее интенсивному раз-
рушению.
Особое внимание следует уделить состоянию стяжных ко-
лец, принимающих на себя значительную часть нагрузки при ли-
нейном расширении кирпичной кладки при нагреве. Стяжные
кольца требуют регулярной подтяжки.
Незаделанные ниши от пальцев строительной площадки —
строительный дефект, который должен устраняться в процес-
се возведении трубы. Наличие ниш приводит к проникновению
агрессивных составляющих отводимых газов и их воздействию
непосредственно на ствол дымовой трубы, а также способству-
ет его прогреву и в зимний период — образованию конденсата на
наружной поверхности и как следствие — разрушению кирпич-
ной кладки.
Наиболее характерные дефекты и повреждения стволов ме-
таллических дымовых труб — коррозионный износ оболо-
чек секций ствола, разрушение антикоррозионных покрытий
18
Глава 1
внутренней и наружной поверхностей, уплотнений между секци-
ями, а также металла сварных швов.
Коррозионный износ металла оболочек происходит как с
внутренней, так и с наружной стороны. При этом верхние ча-
сти дымовых труб подвержены коррозии в большей степени, чем
нижние.
Причиной коррозионного износа внутренней поверхности
ствола является его работа в среде агрессивных составляющих
отводимых газов при разрушении антикоррозионного покрытия
внутренней поверхности ствола.
При соприкосновении эвакуируемых газов с внутренней по-
верхностью ствола дымовой трубы, имеющей значительно бо-
лее низкую температуру из-за отсутствия теплоизоляции, про-
исходит их остывание и как следствие образование конденса-
та на внутренней поверхности металлического ствола. Образо-
вавшийся конденсат в результате химического взаимодействия с
сернистыми составляющими отводимых газов образует раствор
серной кислоты, которая растворяет оксидные пленки и активи-
зирует анодные процессы на поверхности металла, приводящие
к его коррозионному разрушению.
На основе анализа вышеперечисленных факторов, конструк-
тивных особенностей стволов дымовых труб и типичных дефек-
тов, возникающих при эксплуатации, следует, что стволы явля-
ются разно нагруженными уникальными высотными конструк-
циями, подверженными воздействию ветровых, массовых и теп-
ловых нагрузок. Типичные дефекты, накапливаемые при эксплу-
атации, снижают прочность ствола, как за счет уменьшения тол-
щин оболочек ствола, так и за счет изменения физико-механи-
ческих характеристик используемых конструкционных материа-
лов. Поэтому обоснованным является проведение расчетов вет-
ровых и весовых нагрузок на ствол, тепловых режимов, расчетов
прочности и ресурса. Следует отметить, что важным моментом
является установление фактических размеров (износов) сечений
ствола, а также фактических значений физико-механических ха-
рактеристик применяемых конструктивных материалов.
Методики
19
1.2 Ветровая нагрузка
Расчеты ветровой нагрузки на сооружения могут проводиться
по апробированным методикам, например, [5, 6], согласно ко-
торым она определяется как сумма статической и динамической
составляющих.
Под статической ветровой нагрузкой понимается аэродина-
мическое воздействие на конструкцию, вызываемое осреднен-
ным ветровым потоком с двухминутным периодом осреднения.
Под динамической ветровой нагрузкой понимается переменное
во времени нагружение конструкции, обусловливаемое порыва-
ми ветрового потока с периодом осреднения меньше 2 минут и
инерционными силами от вынужденных колебаний конструкции,
вызываемых этими порывами.
Ветровая нагрузка Р (статическая или динамическая) на
элемент конструкции, например, на ствол дымовой трубы опре-
деляется согласно выражению
Р = СМП, (1.2.1)
где С — аэродинамический коэффициент лобового сопротивле-
ния; F — площадь проекции элемента конструкции, нормальная
? pV2
к направлению ветрового потока, м , W = —--ветровое дав-
ление. Па; р — плотность воздуха, кг/м3; V — скорость ветрового
потока, м/с.
Ветровое давление может быть определено двумя способами.
По первому способу ветровой поток характеризуется так на-
зываемой средней скоростью ветра Пср, м/с, которой соответ-
ствует скорость порыва ветра (или средняя максимальная ско-
рость ветрового потока Vmax, м/с). Средняя максимальная ско-
рость ветрового потока и число порывов в секунду в зависи-
мости от средней скорости определяются по формулам
Илах = 1.2Кр + 7.2, м, = 0.0038Ц/;28 (1.2.2)
По второму подходу для каждого из восьми ветровых рай-
онов, на которые поделена территория России, определено нор-
мативное значение ветрового давления РИ0- Величины норматив-
ного значения ветрового давления для ветровых районов России
20
Глава 1
приведены в табл. 1.2.1, а в табл. 3.1.2 приложения данной кни-
ги и на карте 3 обязательного приложения 5 [5] ветровые районы
России указаны для республик, краев и областей.
Так же для каждого ветрового района с использованием зна-
чений нормативных давлений Wo, можно определить величины
средних Уср и средних максимальных УП,1Х скоростей ветрового
потока по следующим выражениям:
Упах
Утах ~ 7.2
1.2
(1.2.3)
где Wo “ нормативное значение ветрового давления в Па, а сред-
няя скорость Уср и средняя максимальная скорость УП1ах — в м/с.
Значения Уср и Утах при плотности воздуха р= 1.39 кг/м3 при
—20°С приведены в табл. 1.2.1, а на рис. 1.2.1. приведен график
зависимости VmdX от Уср по ветровым районам.
Таблица 1.2.1. Значения нормативного ветрового давления
Wo и средних скоростей Уср и Утах
Номер ветрового района 1а I II III
Wo, Па 170 230 300 380
Wo, кгс/м2 17 23 30 38
Vmax, м/с 15.6 18.2 20.8 23.4
КР, м/с 7 9.2 11.3 13.5
Номер ветрового района IV V VI VII
Wo, Па 480 600 730 850
Wo, кгс/м2 48 60 73 85
Утах, м/с 26.3 29.4 32.4 35
Кр, м/с 15.9 18.5 21 23.2
Отметим, что для буревого ветра с максимальными скоро-
стями ветрового потока 40 и 50 м/с величины ветрового давле-
ния соответственно равны 1110 и 1740 Па.
При расчете ветровых нагрузок на элементы конструкции
pV2
т т 7 г V ср
принимается, что переход от ветрового давления И/ср = ——,
Методики
21
t,
с
Кр , м/с 9.2 15 20 25
At, с 0.5 0.14 0.07 0.04
Рис 1.2 2 Изменение ветровой нагрузки.
характеризуемого средней скоростью КР, к нормативному вет-
ровому давлению И/^Жтах) =
pV2
rv max
2
, характеризуемому сред-
ней максимальной скоростью Vmax, происходит скачкообразно,
рис. 1.2.2.
С учетом динамичности величину ветрового давления W на
22
Глава 1
элемент конструкции можно определить по формуле
W = CiM, (1-2.4)
где = К — (К - 1)--^ — коэффициент, учитывающий ди-
Ио
намику перехода от Vcp к Umax, К — коэффициент динамично-
сти конструкции, зависящий от времени переходного процесса
At и частоты собственных колебаний конструкции. Принимая
oV2 nV2 V2
Wcp = и Wo = получим 6 = К — (К — 1)-^-.
''max
Результаты расчетов коэффициента при К = 2, что соот-
ветствует мгновенно приложенной нагрузке (At = 0), приведены
в табл. 1.2.2
По второму подходу [6] давление от ветрового потока W
определяется из выражения
W = Wm + Wp, (1.2.5)
где Wm = kW0 — средняя составляющая ветровой нагрузки на
высоте Z над поверхностью земли (здесь к — коэффициент, учи-
тывающий изменение ветрового давления по высоте);
Wp = — пульсационная составляющая ветровой нагруз-
ки на высоте Z над поверхностью земли (здесь £0 — коэффициент
динамичности; <; — коэффициент пульсаций давления ветра на
уровне Z,v — коэффициент пространственной корреляции пуль-
саций давления ветра).
После преобразования зависимости (1.2.5) можно получить
аналогичную формуле (1.2.4) зависимость для определения вет-
рового давления
W = &W0, (1.2.6)
где & = к(1+^р).
Результаты расчетов коэффициента £2 для различных рас-
стояний Z от поверхности земли приведены в табл. 1.2.2, а на
рис. 1.2.3 показана зависимость и £2 от ветрового района и
высоты.
Методики
23
Таблица 1.2.2. Значения коэффициента £i для ветровых рай-
онов
Ветровой район 1а I II III IV V VI VII
1.8 1.75 1.71 1.67 1.64 1.6 1.58 1.56
Таблица 1.2.3. Значения коэффициента & для всех ветровых
районов
Z, м 0-5 10 20 40 60 80 100
£г 1.72 2.16 2.57 2.92 3.21 3.46 3.65
Сравнение коэффициентов £i и £2, определенных по первому
и второму способам, показывает, что эти два подхода к опреде-
лению ветровых нагрузок не противоречат друг другу, если рас-
сматривать нагрузки в приземной зоне на высоте до 10 м от по-
верхности земли.
Рис. 1.2.3. Коэффициенты £i и £2, учитывающие динамику приложения
ветрового потока в зависимости от высоты Н над поверхностью земли
и номера ветрового района.
24
Глава 1
1.3 Методика определения силовых
факторов в стволе дымовой трубы
при действии ветровой нагрузки
Используя подход к определению ветрового давления, изложен-
ный в [5], как показано в [6], для силовых факторов — перерезы-
вающих сил и изгибающих моментов в стволе дымовой трубы на
основе одномассовой модели можно получить аппроксимирую-
щие выражения.
Для этого согласно [6] ветровую нагрузку W определим как
сумму средней Wm и пульсационной 1Ир составляющих:
W = 7/(Ж„ + 1ИР), (1.3.1)
где 7/ = 1.4 — коэффициент надежности на ветровую нагрузку.
Нормативное значение средней составляющей ветровой на-
грузки Wm на высоте Z над поверхностью земли находят по фор-
муле
Wm = kCW0, (1.3.2)
где к — коэффициент, учитывающий изменение ветрового дав-
ления по высоте Z; величины коэффициента к для местностей
типов А, В, С приведены рис. 1.3.1. Здесь местность типа А —
открытое побережье морей, озер и водохранилищ, пустыни, сте-
пи, лесостепи, тундра; местность типа В — городские террито-
рии, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые
препятствиями высотой более 10 м; местность типа С — город-
ские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м; IT'o —
нормативные значения ветрового давления для ветровых райо-
нов; С = к(С\ — аэродинамический коэффициент лобового со-
противления ДТр; кс < 1 — коэффициент, зависящий от габа-
ритов ДТр; Ci — аэродинамический коэффициент, зависящий от
условий обтекания ствола ДТр.
Нормативное значение пульсационной составляющей ветро-
вой нагрузки IVp на высоте Z над поверхностью земли опреде-
ляют по формуле
Wp = tfuWm, (1.3.3)
Методики
25
где v — коэффициент пространственной корреляции пульсации
давления; £ — коэффициент динамичности; £ = 1 при fp < J\’,£ >
1 при fp > /1 (здесь fp — предельная частота колебании, величи-
ны которой для ветровых районов даны в табл. 1.3.1);
С — коэффициент пульсаций давления ветра по высоте трубы,
величины £ для местностей типов А, В, С приведены на
рис. 1.3.2; /1 — первая собственная частота колебаний ствола
ДТр.
Таблица 1.3.1. Предельная частота колебаний для металличе-
ских ДТр
Номер ветрового района 1а 1 II III IV V VI VII
/₽, Гц 2.6 2.9 3.4 3.8 4.3 5.0 5.6 5.9
Для местности типа А коэффициенты £ и £ в зависимости от
высоты Z (м) можно представить в виде выражений
к = O.477Z031, £ = 1.O8Z-0 15,
(1.3.4)
Величины коэффициента динамичности £ для стволов метал-
лических и железобетонных труб в зависимости от параметра
у/Т/Др
940/!
е
(здесь fa — Гц, Ио ~ Па) можно найти по графи-
ку на рис. 1.3.3.
Для стволов металлических ДТр величины коэффициента
динамичности / в зависимости от параметра £ можно определить
по формуле
£ = 3 8t0 2
(1.3.5)
Для цилиндрических стволов металлических ДТр, выполнен-
ных из царг одинаковой толщины, величину первой собственной
частоты колебаний 1у (Гц), можно определить по формуле
/1 = a0D/H2,
(1.3.6)
26
Глава 1
Рис. 1.3.1. Зависимость коэффициента к изменения ветрового давле-
ния ветра по высоте Z для местностей А, В, и С.
где а0 = 990 м/с для ДТр постоянной толщины, а0 = 945 м/с
для ДТр с увеличением массы оболочек секций в 1.1 раза за счет
фланцев и соединительных элементов, о?о = 890 м/с для ДТр с
увеличением веса в 1.25 раза за счет ходовой лестницы и све-
тофорной площадки; Н, D — высота и диаметр ДТр, м соответ-
ственно.
Методики
27
Рис. 1.3.2. Зависимость коэффициента С, изменения пульсации давле-
ния ветра по высоте Z для местностей А, В, и С.
С учетом выражения (1.3.6) и при 7/ = 1.4 формулу для
определения коэффициента динамичности £ при условии fp > Д
можно записать в виде
С = 0.2571Г001(Н/£))02Н02, (1.3.7)
где Wo — Па ; Н и D — м.
28
Глава 1
1 Мет алличес кие дым jBbiejpySbi । 1
----- - —'
_ _ - ' '
/ у7
1 Железо эетонны е дымов ые труб □1 1
2.8
2.6
2,4
2.2:
2,0
1,8:
1,6!
1.4
1.2-
I .О:
О 0.02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0.20
Рис 1 3 3 Коэффициенты динамичности £
Для ветровых районов I—V параметры дымовой трубы, удо-
влетворяющие условию fp > fi, приведены на рис. 1.3.4. Усло-
вию fp < fi удовлетворяют трубы с параметрами Н = Zk — Zo
и D/Н, точка пересечения которых находится выше прямой для
соответствующего ветрового района.
С учетом изложенного выражение (1.3.1) запишем в виде
W = KDW0,
(1.3.8)
где KD = kcCikyf(l + fqv).
Определим границы численных значений параметров, не ого-
воренных выше и входящих в выражение АД», для металлических
дымовых труб со стволами диаметром D > 1 м и H/D < 25.
Величина коэффициента кс зависит от отношения Н/D. В
нашем случае величина H/D < 25, при этом соответственно
кс < 0.85.
Величина аэродинамического коэффициента Ci зависит от
числа Рейнольдса Re = 0 88D(lVoA'(#7/))°5 • Ю5 (здесь Wo в
Па).
Числа Рейнольдса для различных типов местности (во всех
ветровых районах) находятся в интервале:
Re = 15 • 105 д- Re — 43 • 105 — для местности типа А,
Методики
29
D/(Z*-Zo)
Рис 1 3.4. График определения параметров дымовых труб для различ-
ных ветровых районов.
Re = 12 • Ю5 4- Re = 38 • 105 — для местности типа В,
Re = 10 • 105 4- Re = 34 • 105 — для местности типа С.
Величина (Д зависит также от отношения Д/D (А — вели-
чина шероховатости поверхности). Для гладких цилиндрических
оболочек рекомендуется принимать А = 10-3 м, для ребристых
цилиндрических оболочек А = Ь (Ь — высота ребра).
На основании [5] для гладких цилиндрических оболочек ре-
комендуется принимать Ci = 0.7...0.8, для ребристых (Д =
1.1... 1.2 для всех типов местности и всех ветровых районов.
Коэффициент пространственной корреляции пульсации дав-
ления взят согласно [5] максимальный: v = 0.85.
С учетом принятых значений коэффициентов и с точностью
интерполяции 5% выражение (1.3.8) для местностей типов А, В
и С можно представить в виде степенной зависимости
W = к.СМ! + &(£ - 1)]ИМ1/0, (1.3.9)
30
Глава 1
где Z — расстояние от поверхности земли до рассматриваемого
сечения, м; значения коэффициентов (Зх и /?2 приведены в табл.
1.3.2.
Проведенный числовой анализ для металлических ДТр по-
казал, что для всех ветровых районов допустимо принимать при
расчетах коэффициент динамичности £ = 1.8. При этом предпо-
ложении для ветровой нагрузки получим формулу
W = kcCxxZnWQ, (1.3.10)
X ~ коэффициент, величины которого для различных типов
местности приведены в табл. 1.3.2.
Таблица 1.3.2
Л /^2 X п Тип местности
1.3 0.36 1.68 0.25 А
1.1 0.4 1.45 0.25 В
0.96 0.39 1.26 0.28 С
После подстановки в выражение (1.3.10) кс = 0.85, Ci = 0.7
(для гладких) и С\ = 1.1 (для ребристых) цилиндрических обо-
лочек для ветровой нагрузки с точностью интерполяции 5% вы-
ражение (3.3.10) для местностей типов А, В и С можно предста-
вить в виде степенной зависимости (при fp > Д)
W =/3ZnW0, (1.3.11)
значения коэффициента (3 для гладких и ребристых оболочек
секций приведены в табл. 1.3.3.
Таблица 1.3.3
Гладкие оболочки Ребристые оболочки Тип местности
п (3 п
1.0 0.25 1.5 0.25 А
0.86 0.25 1.3 0.25 В
0.75 0.28 1.2 0.28 С
Основываясь на функциональной зависимости (1.3.11) для
ветровой нагрузки, можно получить выражения для силовых
Методики
31
факторов — изгибающих моментов Мд, и поперечных сил (Дув
нижнем сечении секции с номером ./V для металлической ДТр:
КС
Mn = W0^D^ / (Z-4)ZndZ +
l=N I
КС Z‘iZ
+ Ж0^ДД / [Zz-ZN)dZ- (1.3.12)
^=N L
KC 2t+x
= / Zndz (1.3.13)
*=N I
где N — номер секции ДТр (отсчет секций от поверхности зем-
ли), для нижнего торца которой определяются силовые факторы;
КС — количество секций в рассматриваемой ДТр; Dt — диаметр
секции, м (постоянный в пределах секции); показатель степени п
и коэффициент Д (постоянный в пределах секции) принимаются
из табл. 1.3.3; Zt — расстояние от поверхности земли до нижнего
торца секции с номером г, м (рис. 1.3.5).
Проинтегрировав (3.3.12) и (3.3.13), получим для изгибаю-
щего момента MN и перерезывающей силы QN выражения для
всех типов местности
КС
MN = 1/(п + 2)И'0И"+2 D^Z^2 х
х {1 + Z™+1[(n + 2)/(п + 1)ZN — Zz] — (п 4- 2)/(п + 1)Zn};
(1.3.14)
кс
Qn = 1/(п+ ^WoZ^^D^Z^1^ ~ Ztn+1), (1.3.15)
i=N
где Zk — расстояние от поверхности земли до верхнего торца
ДТр, м (рис. 3.1.5);
Zk = Zl+1/Zk- ZN = Z^fZl+\\ 2г = Zt/Zt+i, Z|<c+i = Zk-
32
Глава 1
Рис. 1 3.5. Металлическая дымовая труба с 5-ю секциями с различны-
ми /3 для каждой секции.
В частности, для местности типа А, использовав выражения
(3.3.14) и (3.3.15), получим для изгибающего момента Му и пе-
ререзывающей силы Qn выражения
КС
Му = 4/911'oZ2 25 D^Zl25 x
* [1 + Z2125(1.8-ZN-Z2-1.8ZN)]; (1.3.16)
KC
Qn = O.8WoZlk 25 D^Z1,25(1 - Z,125). (1.3.17)
i=N
Методики
33
Рис. 1.3.6. Относительное отличие е0 изгибающих моментов Mi и М2 в
основании дымовой трубы, рассчитанных соответственно по формуле
1.3.18 и методике ОСТ 92-9249-80 [6] для различных их диаметров D
и высот Н.
Для ДТр с постоянными D для всех секций силовые факторы в
сечении на высоте Z (м) для местности типа А определяются по
выражениям
M(Z) =4/9/3£>W/oZfc225(l+0.8Z2 25 - 1.8Z); (1.3.18)
Q(Z) = 0.8/3DWoZfe125(l-Z125), (1.3.19)
где Wo принято в кгс/м2; D в м; Z = ZjZ^ (3 — принимается из
табл. 1.3.3.
Сравним результаты расчетов величин изгибающих момен-
тов по формуле (1.3.18) для металлической дымовой трубы с
гладкими оболочками с результатами вычислений, полученных
по методике [6].
Сравнение результатов расчетов показывает, что изгибаю-
щие моменты (Мг) в стволах металлических дымовых труб, рас-
считанные по методике [6] практически совпадают с результа-
тами расчета (Mi) по формуле (1.3.18), при этом относительная
погрешность для широкого диапазона размеров труб не превы-
шает 5%, что продемонстрировано на рис. 1.3.6.
34
Глава 1
1.4 Методика определения
изгибающих моментов в стволе
дымовой трубы с коническим
участком при действии ветровой
нагрузки
Для металлической ДТр, имеющей конический и цилиндричес-
кий участки (рис. 1.4.1), силовые факторы в текущем сечении Z
(м) можно определять по следующим выражениям:
Mk(Z) = M(Z) + 8M^Z)- (1.4.1)
Q,(Z) = Q(Z) + <5Q1(Z), (1.4.2)
где (5 = 0 при ДС<Д< Да. и<5 = 1 при Z^ < Z < Zc\
Zc — расстояние от земли до сечения стыковки цилиндрического
и конического участков ДТр, м; Дф = Z\ — расстояние от земли
до нижнего сечения конического участка ДТр, м; Zfc — рассто-
яние от поверхности земли до верхнего торца цилиндрического
участка ДТр, м; при этом Дф < Zc < Zk, M(Z) и Q(Z) вычисля-
ем по выражениям (1.3.18) и (1.3.19) соответственно.
На коническом участке ДТр для диаметра D примем выраже-
ние D(Z) = Д0(1-(1-«1)(Д-Дф)(Дс-Дф)-1),гдеа1 = D/Do;
D — диаметр цилиндрического участка; DQ — диаметр нижнего
торца основания конического участка.
Проинтегрировав выражения (1.3.13) и (1.3.14) с учетом
принятого выражения для а1( получим для ЛД(Д) и Qi(Z) из
(1.4.1) и (1.4.2) выражения:
Л/ДД) = 1(п 4- 2)(1 - а1)ГИ0П0Д'1+7(1 - 4) *
х [1/(п + 3)(1 - Дсп+3) - 1/(тг + 1)ДС(1 - Z71)]; (1.4.3)
Qi(Z) = (3/(п + 1)(1 - спЖПоДГ'Ж! - ^Ф) х
х (1/(п + 2) - Д/+1 + (п + 1)/(и + 2)Д/+2], (1.4.4)
Методики
35
Рис 1 4 1 Дымовая труба с коническими и цилиндрическими секция-
ми
здесь показатель степени п и коэффициент /3 определяются в со-
ответствии с Табл. 1.3.3); Zc = Z/Zc\ Z$ = Z$/Zc.
В частности для местности типа А из (1.4.3) и (1.4.4) получим
M^Z) = 1/2.25 • (1 - q1)WoDoZ|27(1 - 2Ф) х
х [4/13(1-Z3 25-4/5Zc(l -Zc125)]; (1.4.5)
Qi(Z) = 0.8(1 - q1)B7oDoZc125/(1 - 2Ф) x
x (4/9-Zc125 + 5/9Z225). (1.4.6)
36
Глава 1
Конический участок трубы из условия равенства изгибающих
моментов можно представить цилиндрическим участком той же
высоты с эквивалентным диаметром D*, определяемым по фор-
муле
£>* = D + (Do - D)/(l - (1.4.7)
где = |1/(п + 3)(1 - Z”+3) - l/(n + 1)ZC(1 - Z“+1)]/[l - 1/
(n + I)Zc"+2-(n + 2)/(n+l)ZJ.
Расчеты показывают, что можно записать в виде выраже-
ния
= 0.3(1 - 2С). (1.4.8)
Для трубы в нижнем сечении конического участка, имеющей
Дф = 0, эквивалентный диаметр можно записать в виде
£>* = D + 0.3(£>0-£>). (1.4.9)
Оценим вклад в нагруженность ствола дымовой трубы све-
тофорной площадки и ходовой лестницы. На рис. 1.4.2 пока-
зана металлическая дымовая труба со светофорной площадкой.
Вдоль ходовой лестницы могут быть расположены, например,
фидера (кабели), обеспечивающие сотовую телефонную связь.
Расчеты показали, что вклад конструкции ходовой лестницы
(даже с учетом фидеров или кабелей) в нагрузки на ствол прене-
брежимо мал и силовыми факторами от нее можно пренебречь.
На светофорной площадке могут быть расположены, напри-
мер, осветительные прожектора или излучатели антенн сотовой
телефонной связи. Дополнительное поперечное усилие Q от
конструкции светофорной площадки (с учетом установленного
на ней оборудования — прожекторов и антенн сотовой телефон-
ной связи) для местностей типов А, В и С можно определить из
выражения
Q = ХспСсп(Всп - D)Z"n(l - (1 - Hcn)nW (1.4.10)
где хСп = 1-4; п = 0.25; Zcn — расстояние от земли до верхне-
го торца светофорной площадки; Всп — размер в плане свето-
форной площадки, м (рис. 1.4.2); Ссп — аэродинамический ко-
эффициент светофорной площадки; D — диаметр ДТр, м; Нсп =
HcnIZm\ Нсп — размер по вертикали светофорной площадки, м.
Методики
37
Рис. 1.4.2. Металлическая труба с 5-ю секциями с различными (3 для
каждой секции.
Приняв для типовой светофорной площадки CCn = 0.45 (с
учетом дополнительного оборудования) и Нсп = 1.1 м, получим
из (1.4.10) с точностью интерполяции 5% следующее выраже-
ние:
Q = Хсп(Всп - D)zncnw0,
(1.4.11)
38
Глава 1
где Хсп = 1.4; п = 0.25 — для местностей типов А, В, С.
Расчеты показываю, что учет светофорной площадки приво-
дит к увеличению максимального изгибающего момента ( в осно-
вании ствола дымовой трубы) не более чем на 2... 3%.
Таким образом, при размещении на стволе дымовой трубы
дополнительного, оборудования, например, обеспечивающего
сотовую телефонную связь, дополнительными нагрузками на
ствол от него можно пренебречь, решая при этом только вопро-
сы обеспечения прочности узлов крепления этого оборудования
к стволу.
Наличие оттяжек у металлической дымовой трубы приводит
к повышению собственных частот колебаний ствола и соответ-
ственно к уменьшению коэффициента динамичности и ветровой
нагрузки.
Поэтому ветровую нагрузку И/от на ствол металлической ды-
мовой трубы с оттяжками можно представить в виде
1уот = (1.4.12)
где Дот — коэффициент снижения нагрузки за счет оттяжек;
W — ветровая нагрузка на ствол без оттяжек; /3 — принимает-
ся из табл. 1.3.3.
Путем расчета установлено, что величины коэффициентов
Дот при коэффициенте динамичности равном 1.0 принимают зна-
чения:
для местности типа А — /Зот = 0.78;
для местности типа В — /Зот = 0.75;
для местности типа С — /Зот = 0.7.
Таким образом, выражения для перерезывающей силы и из-
гибающего момента от ветровой нагрузки в сечениях ствола ды-
мовой трубы при наличии оттяжек с учетом (1.14.12) можно за-
писать в виде выражений
A7(Z) = 4/9^rTDlV0Zf25(l + 0.8Z2 25 - 1.8Z); (1.4.13)
Q(Z) = Q.3(3(3otDWqZI 25(1 - Z125),
(1.4.14)
Методики
39
Величину растягивающего усилия в оттяжке можно опреде-
лить путем расчета с использованием конечно-разностной мо-
дели ствола дымовой трубы, скрепленной с оттяжками.
Для частного случая, принимая, что ствол дымовой тубы
имеет постоянную изгибную жесткость по всей длине, а ветро-
вая нагрузка постоянна по всей высоте ствола, можно получить
выражение для растягивающего усилия в оттяжке.
Для этого запишем уравнение совместности деформаций
ствола дымовой трубы и оттяжки
foi
W _ j-P _ J
cos а'
(1.4.15)
где fw, fp — перемещения в горизонтальном направлении ство-
ла дымовой трубы в месте крепления оттяжки от ветровой на-
грузки и от усилия в оттяжке соответственно; /от — удлинение
оттяжки; а — угол между оттяжкой и поверхностью земли.
Выражение для перемещения fw можно записать в виде
nw И4
W _ Ч п у2 Л
4Е.7 от?от’
(1.4.16)
где qw — распределенная по длине ствола ветровая нагрузка
(кгс/мм); Н (мм) — высота ствола дымовой трубы;
Е (кгс/мм2) — модуль упругости материала ствола, для стали
принимаем Е = 20000 кгс/мм2; J = тгД35/8 (мм4) - момент
инерции поперечного сечения ствола дымовой трубы; D и
Z
8 (мм) — диаметр и толщина ствола дымовой трубы; ZOT =
н
Z'n (мм) — расстояние по вертикали от основания ствола дымо-
2 - 1 -
вой трубы до места крепления оттяжки; £от = 1 — -ZOT + q^ot-
Выражение для перемещения fp запишем в виде
_ РотН3Д^т cos а
f ~ 3EJ ’
где Рот (кгс) — растягивающее усилие в оттяжке.
Удлинение оттяжки можно определить исходя из выражения
рот т
гот _ 1 -^от
I ~ С1
V'OT
(1.4.17)
(1.4.18)
40
Глава 1
где Lot (мм), Сот (кгс) — длина оттяжки и жесткость ее на растя-
жение соответственно.
Если нижний конец оттяжки закреплен на уровне нижнего
сечения ствола дымовой трубы, то (1.4.18) можно записать ина-
че
(1.4.19)
fm P™HZm
Сот sin а
Подставив в (1.4.15) выражения (1.4.16), (1.4.17) и (1.4.19)
для растягивающего усилия в оттяжке получим
Рот = | (1.4.22)
4 z^ot^ot COS (У
3EJ
где <^от 1 “Ь г^от, cvOT - .
CmH2Z^ sin a cos2 а
Выражение для жесткости одинаковых оттяжек, располо-
женных под углом /3/3ОТ друг к другу, можно записать в виде
Ст = 2XoTEmFm cos2 (C/3OT/2) (1 -4.23)
где Сот (кгс/мм2) — модуль упругости материала оттяжки, для
стали принимаем Ет — 20 000 кгс/мм2; Fot(mm2) — площадь по-
перечного сечения Хот < 1.0 — коэффициент, учитывающий кон-
структивное исполнение оттяжки, например, при наличии проу-
шин можно принимать Хот = 0.9.
Для трех одинаковых оттяжек, расположенных под углом
(3(3т = 120° друг к другу, для Сот получим минимальное значение
жесткости
ComTin - ^OTFOTFOT. (1.4.24)
Максимальное значение жесткости будет соответственно
Хот Еот FOT.
(1.4.25)
Выражение для распределенной нагрузки qw получим на ос-
нове(1.4.14)
w _ Q(zo)
q Н
(1.4.26)
Методики
41
где Q(Z0) = 0.8(3(3OTDWoZl 25(1 - Zq 25) (кгс) - перерезываю-
Z
щая сила в нижнем основании ствола дымовой трубы; Zo ~ ;
Zk
Zq — расстояние по вертикали от поверхности земли до основа-
ния ствола дымовой трубы; Zk расстояние по вертикали от по-
верхности земли до верхнего торца ствола дымовой трубы. При
расчете Q(Z0) принимать D (м), Wo (кгс/м2), Zk (м).
Если нижнее сечение ствола дымовой трубы совпадает с по-
верхностью земли, то выражение для перерезывающей силы в
нижнем сечении упрощается и принимает вид
Q(Z0) = O.S^PVKoH125 (1.4.27)
Зная величину усилия в оттяжке, можно определить силовые
факторы в стволе дымовой трубы, при этом для сечений ствола
от верхнего торца до места крепления оттяжек определяются по
выражениям (1.4.13) и (1.4.14).
Для сечений от места крепления оттяжек и до нижнего торца
ствола дымовой трубы силовые факторы определяются из выра-
жений
M(Z) = 4/9ДД)ТРЖ^225(1 +0.8Z225 - 1.8Z) -
— Рот cos a(Zm — Z), (1.3.30)
Q(Z) = 0,8^ГЖ^25(1 - Z1’25) - Fotcosq
При расчете нагрузок на ствол дымовой трубы необходимо
принимать минимальное значение жесткости для оттяжек со-
гласно выражению (1.4.24).
При расчете прочности оттяжек и узлов их крепления к ство-
лу дымовой трубы необходимо принимать максимальное значе-
ние жесткости для оттяжек согласно выражению (1.4.25).
Приведем численный пример расчета усилия в оттяжке при
следующих исходных данных: ветровой район I, Ж) = 23 кгс/м2;
местность расположения дымовой трубы типа А; Н = 40 м; а =
65°; D = 2.5 м; 8 = б мм; Количество оттяжек три, расположены
под углом 120° друг к другу. Основание ствола дымовой трубы и
место крепления оттяжек расположены на поверхности земли —
Zo = 0. Оттяжки выполнены с круговым поперечным сечением,
42
Глава 1
диаметр d = 18 мм2 и закреплены на расстоянии ZOT = 25 м от
поверхности земли.
Q(Z0) = 0,8(3(3mDW0Hl 25 =
= 0.8 х 0.78 х 2.5 х 23 х 401 25 « 3609 кгс;
w Q(ZO) 3609 ЛГ1 nn кгс кгс
дц = = __ = 90 23 — = 0.09023 —;
Н 40 м мм
С™п = ~XotEotFot = | х 0.9 х 20 000 х = 2.29 х 106 кгс;
£ £ “Г
С™ах = 4.58 х 106 кгс;
J — 7гГ)35/8 = % х 25003 х 6/8 = 3.68 х 1О10 мм4;
- ZOT 25
ZOT = = 0.625
Н 40
2 - 1 - 2 1
Сот = 1 - -ZOT + -Z2 = 1 - - X 0.625 + - х 0.6252 = 0.6484;
3 6 3 6
от C("iax//2Z2r sin о-cos2 Q
3 х 20 000 х 3.68 х Ю10
4.58 х 106 x (4 x 104)2 x 0.6252 x sin 65° x cos2 65°
= 1 + ^ = 1 + 4.767 = 5.767;
8EJ
aImn ---------=------------ =
C™n772Z2T sin a cos2 a
3 x 20 000 x 3.68 x IO10
2.29 x 106 x (4 x 104)2 x 0.6252 x sin 65° x cos2 65° ° ’
Методики
43
С" = 1 + а™11' = 1 + 9.533 = 10.533;
ртт _ 3 QW H^ol: __
OT 4 ZOTCin cos a
3 0.09023 x 4 x 104 x 0.6484 л
---------------------------« 694 кгс;
4 0.625 x 10.533 x cos 65°
ртах = 3_ qWH^ =
OT 4 ZOT^ax cos a
3 0.09023 x 4 x 104 x 0.6484
--------------------------« 1257 кгс.
4 0.625 x 5.767 x cos 65°
Таким образом, при расчете усилий в стволе дымовой трубы
необходимо принимать & 694 кгс, а при расчете прочности
оттяжки и узлов ее крепления необходимо принимать Ро™ах «
1257 кгс.
Сравнение полученных результатов с результатами расчетов
по конечно-элементной модели показывает их практическое
совпадение (в пределах до 2%).
44
Глава 1
1.5 Методика расчета несущей
способности оболочек секций
металлической дымовой трубы
Оболочки секций ствола удовлетворяют требованиям устойчи-
вости при выполнении условия [7]:
(Гр < (Ткр; ( 1 -5. 1 )
где стр = М/ТИизг + G/F + Me/VrH3I — расчетные сжимающие
напряжения в оболочке секции дымовой трубы, здесь М — рас-
четный изгибающий момент от ветрового давления в нижнем се-
чении секции ДТр; G — вес ствола ДТр (с учетом коэффициента
надежности на весовую нагрузку, равного 1.05) до рассматри-
ваемого сечения секции; ЛД — изгибающий момент от веса при
отклонении ствола ДТр от вертикальной оси в нижнем сечении
секции ДТр; HzH3r = F(D/£) и F = 7гДДф — момент сопротив-
ления изгибу и площадь поперечного сечения оболочки секции;
£эф — эффективная толщина оболочки секции; <ткр =
= 2KyKjEt^/D — критические сжимающие напряжения для
оболочки секции, здесь Ку — коэффициент устойчивости, опре-
деляется по табл. 1.5.1; К[ — коэффициент, учитывающий вли-
яние начальных несовершенств оболочки секции (при Kf — 1
начальные несовершенства формы поверхности не превышают
толщину оболочки секции, при Kf — 0.5 — превышают); Е —
модуль упругости материала оболочки секции (для стали Е =
20000 кгс/мм2); D — диаметр оболочки секции.
Таблица 1.5.1
Д/(2М 100 200 300 400 600 800 1000 1500 2500
Ку 0 22 0 18 0 16 0 14 0 11 0 09 0 08 0 07 0 06
Практика показала, что для наглядности представления ре-
зультатов расчетов на устойчивость удобно пользоваться поня-
тием допустимой толщины оболочки секции, при которой вы-
ражение (1.5.1) обращается в равенство.
Методики
45
Примем
G/F + Me/W =
(1.5.2)
Положив в (1.5.2) yf3 = 0.15, для £д (мм) получим выражение
(1.5.3)
где Кд = 0.406 • lQ-2W^(KyKfy05- п = 1.125; Кт = 1
+ 0.8Z2 25 — 1.8Zfc — для местности типа А;
Дд = 0.375 • Ю-2^05^^/)-05; п = 1.125; Кт = 1 +
+ 0.8Z2 25 — 1.8Zfc — для местности типа В;
Кл = 0.348 • 10~2W^(KyKfr°5; п = 1.14; Кт = 1 +
+ 0.78Z(?28 - 1.78Zfc - для местности типа С;
Zk = Z/Zk, И'о — нормативное ветровое давление, кгс/м2;
Zk — расстояние от поверхности земли до верхнего торца ство-
ла, м.
Для всех типов местности (А, В, С), интерполируя Кт с точ-
ностью до 3%, выражение для допустимой толщины можно за-
писать в виде
i„ = 1.05-/C„Zt"(l-Zt),
(1.5.4)
где Ка и п такие же, как и для (1.5.3). При этом коэффициент Кд
для местности типа А можно записать (при значениях Ку = 0.1
и Kf = 0.5) в виде
Кд = (7.5 + 1.3М)10“2,
здесь N = 0,1,... 7 соответственно для ветровых районов la, I,
...VII.
Оболочка секции ДТр удовлетворяет требованиям устойчи-
вости при выполнении условия
(1.5.5)
Допустимые толщины на рис. 1.5.1 приведены для ветро-
вого района I с нормативным ветровым давлением Wq =
46
Глава 1
Рис. 1.5.1. Допустимые толщины ta оболочки.
= 23 кгс/м2. Для других ветровых районов с нормативным вет-
ровым давлением WOn допустимые толщины 1д увеличиваются
умножением на величину (Won/23)05.
В табл 1.5.2 приведены величины допустимых толщин обо-
лочек (мм)в основании дымовых труб различной высоты Н для
Таблица 1.5.2. Допустимые толщин оболочек в основании
ДТР
Н, м Ветровой эайон
1а I II III IV V VI VII
30 3.5 4.0 4.5 5.0 6.0 6.5 7.0 7.5
35 4.0 5.0 5.5 6.0 7.0 7.5 8.5 9.0
40 4.5 5.5 6.5 7.0 8.0 9.0 10.0 10.5
45 5.5 6.5 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0
50 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.5 12.5 13.5
55 6.8 7.9 9.0 10.0 11.5 12.5 14.0 15.0
60 7.5 8.5 10.0 11.0 12.5 14.0 15.5 16.5
Методики
47
местности типа А и для всех ветровых районов при следующих
исходных данных: Ку = 0.1, Kf = 0.5, Zk = Z)Zk = 0; Н = Zk.
Согласно выражению 1.5.4. допустимая толщина оболочек
по высоте ствола меняется практически линейно, поэтому в
среднем сечении допустимая толщина оболочек равна 0.5 соот-
ветствующей толщины, приведенной в табл. 1.5.2.
Если ствол дымовой трубы установлен на фундаменте, верх-
ний торец которого находится от поверхности земли на высоте
5 м, 10 м, 15 м, и 20 м, то допустимую толщину, приведенную в
табл. 1.5.2, необходимо увеличить на 2%, 3%, 4%, 5% соответ-
ственно.
48
Глава 1
1.6 Ресурс оболочек ствола
металлической дымовой трубы
Ресурс Res — допустимый срок (в годах) безопасной эксплуата-
ции оболочек секций определяется по формуле
Res = m(l - ^дЛЭф)/(^прЛэф - 1), (1.6.1)
где т — время эксплуатации дымовой трубы от ввода в эксплуа-
тацию до момента экспертизы; 1пр — проектная толщина оболоч-
ки секции; /д — допустимая толщина; 1эф — эффективная толщи-
на, находим по формуле
^ = (imin-*cp)05, (1.6.2)
где tmin = tcp — ZrDs — минимальная статистическая толщи-
п
на оболочки; tcp = (1/n) — среднее арифметическое значе-
i=i
п
ние замеров толщин; Ds = [1/(п — 1) J2(it - £ср)2]05 ~ сред-
г=1
нее квадратическое отклонение замеров от среднего значения;
ZR = 1.65- (1 -I- 1-28/т?0 5 -I- 1.5/п) — коэффициент, учитывающий
объем выборки при п > 20.
Если не известна толщина £пр оболочек секций по проекту, то
рекомендуется использовать £пр с аналогичных ранее обследо-
ванных дымовых труб, или на основе обобщения опыта предыду-
щих обследований принимать 1пр = (1.2 ... 1.25)/^ при т < 20
лет. При этом для гарантирования ресурса эксплуатации ствола
металлической дымовой трубы требуется обязательное ежегод-
ное освидетельствование ствола, подтверждающее заложенные
проектные толщины tnp.
Методики
49
1.7 Методика расчета усиления
оболочек ствола металлической
дымовой трубы в обеспечение
увеличения ресурса
Практика многолетней работы в области экспертизы и ремонта
стволов металлических дымовых труб показывает, что для этих
труб экономически целесообразно продление срока их эксплуа-
тации путем увеличения ресурса за счет усиления оболочек сек-
ций подкрепляющим стержневым набором.
Для ствола трубы, имеющего секции с исчерпанным ресур-
сом, по согласованию с заказчиком определяется оптимальный
по трудоемкости и стоимости реализации срок увеличения ре-
сурса Res.
На основе зависимостей для подкрепленных оболочек про-
водятся расчеты по определению типа стержней подкрепляю-
щего набора, при минимальном количестве которых достигается
заданное увеличение ресурса.
Особенностью конструкции усиленной оболочки секции
ствола трубы является то, что параметры подкрепляющего про-
дольного (стрингеры) и поперечного (шпангоуты) стержневого
набора оболочки секции могут быть только дискретными. В на-
стоящем разделе предлагается алгоритм для определения пара-
метров стержней подкрепляющего набора для усиления оболо-
чек секций по критерию минимальной массы.
Задача оптимизации по массе усиленной секции сводится к
последовательному проектированию секций, параметры под-
крепляющего набора которых принимают ряд дискретных зна-
чений, и к последующему выбору из этого множества секций ми-
нимальной массы, при этом все множество проектируемых сек-
ций должно удовлетворять требованиям устойчивости:
< ^кр,
— ^КрО5
Тр Т'крО!
(1.7.1)
(1.7.2)
(1.7.3)
50
Глава 1
где <7р — максимальное расчетное осевое сжимающее напряже-
ние в стрингерах, сгкро — минимальное критическое осевое на-
пряжение для стрингеров; <ткр2 — критическое напряжение для
оболочки при действии осевой силы; тр — максимальное рас-
четное касательное напряжение в оболочке с учетом подкрепля-
ющих стрингеров; ткро — критическое касательное напряжение
для оболочки секции.
Критическое осевое сжимающее напряжение сгкр потери
устойчивости стрингера определяется как минимальная величи-
на из выражения
<Ткр — Км п min{crKpi, о"кр2, о"крз}, (1 -7.4)
где Кмп — коэффициент, учитывающий местную потерю устой-
чивости оболочки, если оболочка между стрингерами теряет
устойчивость, то Км п = 0.85, если не теряет, то Км п = 1.
сгкр1 — Es{ir-i/Ls)2 — критические напряжения потери устой-
чивости стрингера между смежными шпангоутами, здесь Es —
модуль упругости стали стрингера; г = (J/Fs)05 — радиус инер-
ции поперечного сечения стрингера (Fs, J — площадь и момент
инерции поперечного сечения стрингера), Ls — длина стрингера
(расстояние между смежными шпангоутами);
сгкр2 = KaEs — критические напряжения местной потери
устойчивости стрингера (здесь Ks = 0.435(ts/b)2, где b и t3 —
ширина и толщина полки стрингера);
сгкр3 — критические напряжения потери устойчивости стрин-
гера с учетом жесткости промежуточных усиливающих шпанго-
утов.
Критические напряжения сгкр3 находят по схеме сжатого
стержня, связанного посредине с упругой опорой с жесткостью
KS (при ЛГШ = 1, ЛГШ — количество промежуточных шпангоутов)
или как для стержня, лежащего на упругом основании с коэф-
фициентом жесткости KS/L (при ЛГШ > 2):
^крз = (Tke{N2 + r/(vkeN2)], (1.7.5)
где = Еа(ттг/L')'2', L — длина секции; при ЛГШ = 1 имеем N = 1
и г = 3LKS/(16Fs)', при ЛГШ > 2 имеем г = KSL2/(Fstt2) (N = 1
при 1 < г < 4, N = 2 при 4 < г < 36, N = 3 при 36 < г < 144).
Методики
51
При отсутствии взаимного влияния усилий от стрингеров на
деформацию шпангоутов, что правомочно при наличии оболоч-
ки, выражение для KS можно записать в виде KS =
= 23.8_Е'Ш.7Ш//?'311, Где Jui, Rm ~ соответственно модуль упру-
гости, момент инерции, радиус инерции поперечного сечения
шпангоута.
Сжимающие критические напряжения для оболочки сгкро
определяются как для панели согласно выражению
гткро = Е0[3.6(^Д)2 + 0.3tv/D], (1,7.6)
где Ео — модуль упругости стали секции; tv — /Эф — Res • $ — про-
гнозируемая толщина оболочки секции, здесь $ —
— (^пР — 7эф)/т ~ средняя скорость поверхностной коррозии
(или $ — нормативная скорость коррозии); т — время (годы)
эксплуатации трубы; tnp — проектная толщина оболочки секции;
Сф — эффективная толщина оболочки секции; bp = Da/2 — cz —
ширина панели, здесь а — угловое расстояние между смежными
стрингерами, с2 — расстояние в окружном направлении между
сварными швами, крепящими стрингер к оболочке; D — диаметр
оболочки.
Критические напряжения потери устойчивости оболочки
между сварными швами находим по формуле
fKpz = O.32Eot2/(tz - dz)2, (1.7.7)
где tz — шаг между сварными швами в продольном направлении
для прерывистого сварного шва, dz — длина участка шва.
Критические касательные напряжения для оболочки опреде-
ляются как для панели из выражения
ткро = Eo[5(tv/bp)2 + 0.2tv/D]. (1.7.8)
Максимальные расчетные осевые сжимающие напряжения в
стрингерах составят:
fp = Gp/Fnp + (М + Ме)/\¥нЗГ пр, (1.7.9)
52
Глава 1
где Gp — вес ствола с учетом подкрепляющих элементов; Fnp =
Ns(Fs+bnptv) — приведенная площадь поперечного сечения обо-
лочки, здесь Ьпр = 1.9tv(Е0/сгкр)0 5 + с2 — расстояние между
сварными швами в окружном направлении; Ns — количество
стрингеров; М — изгибающий момент от ветрового давления;
Ме — изгибающий момент от веса с учетом подкрепляющих эле-
ментов, возникающий при отклонении ствола от вертикальной
NS
оси; ГИизгпр = 0.579(7^ + bnptv) c°s2(X) - приведенный мо-
г=1
мент сопротивления изгибу поперечного сечения подкрепленной
оболочки; аг — угловое расстояние до стрингера от принятого
начала отсчета.
Максимальные расчетные касательные напряжения в обо-
лочке т с учетом подкрепляющих элементов будут равны:
т = 0.5QSnp/(Jnpi„), (1.7.10)
где Q — поперечная сила от ветрового давления; Snp =
NS/2
= 0.5D(Fs + bnptv) cos(qJ — приведенный статический мо-
г=1
мент половины поперечного сечения подкрепленной оболочки;
NS
Jnp = 0-25D2(Fs+bnptv) cos2(aj — приведенный момент инер-
2=1
ции поперечного сечения подкрепленной оболочки.
Методики
53
1.8 Методика расчета нагрева стенки
дымовой трубы
Цель теплотехнического расчета — определить температуру на-
грева наружной и внутренней поверхностей стенки дымовой тру-
бы, а также величину нагрева стенки по ее толщине. Конструк-
тивно стенка дымовой трубы выполняется, как правило,
многослойной. Многослойная конструкция защищает силовую
оболочку стенки от воздействия агрессивной среды отводимых
газов, которые могут привести к ее разрушению и последующей
потере несущей способности. Безопасная эксплуатация ДТр
рассчитывается на несколько десятилетий, в течение которых
воздействие агрессивной среды отводимых газов должно быть
снижено до минимума.
Поясним назначение элементов типовой конструкции стенки
ствола на примере монолитной железобетонной дымовой трубы
(рис. 1.8.1),
На приведенном эскизе стенка состоит из трех слоев: футе-
ровки, теплоизоляции и железобетонной силовой оболочки. Фу-
теровка и теплоизоляция предназначены для снижения вредно-
Футеровка Теплоизоляция
W, (м/с)
d.
d4
а£ (Вт/(м2_^град))
Железобетонная
силов оболочка
(м/с)
teo]a(nC)
О-вом)
(Вт/(м~ -град))
Рис 1 8.1. Стенка дымовой трубы.
54
Глава 1
го воздействия агрессивной среды отводимых газов на железо-
бетонную силовую оболочку ствола. Футеровка устраняет непо-
средственный контакт отводимых газов с железобетонной обо-
лочкой ствола, а теплоизоляция, с одной стороны, снижает тем-
пературу на внутренней поверхности железобетонной оболоч-
ки, а с другой, повышает температуру на внутренней поверхно-
сти футеровки. Для чего это необходимо? Нагрев внутренней по-
верхности железобетонной оболочки приводит к увеличению пе-
репада температуры между внутренней и наружной поверхно-
стями, вследствие чего увеличиваются термические напряжения
и тем самым повышается вероятность разрушения бетона сило-
вой оболочки. Возможность повышения температуры на внут-
ренней поверхности футеровки позволяет поддерживать ее ве-
личину выше точки росы и, следовательно, исключить выпаде-
ние конденсата воды на ее поверхности. Появление конденсата
приводит к резкому увеличению коррозионных процессов как в
материале футеровки, так и в материалах теплоизоляции и же-
лезобетонной оболочки.
Таким образом, на основе теплотехнического расчета мно-
гослойной стенки ствола ДТр при проектировании назначают-
ся марки материалов и их толщины, а при экспертизе промыш-
ленной безопасности на основе фактически установленных
свойств материалов и режимов работы дымовой трубы устанав-
ливаются причины повреждений и принимаются технические ре-
шения по ремонту в обеспечение ее дальнейшей безопасной экс-
плуатации.
Из всего сказанного очевидна актуальность проведения теп-
лотехнического расчета по определению температуры стенки
ствола дымовой трубы.
В основу расчета нагрева стенки ствола отводящими газами
положен закон стационарной теплопередачи через многослой-
ную цилиндрическую стенку от одного теплоносителя к другому
без внутренних источников тепла и без учета контактных терми-
ческих сопротивлений.
В качестве передающего теплоносителя рассматривается от-
водимый газ, а в качестве принимающего теплоносителя — на-
ружный воздух.
Методики
55
Расчет температурных полей в стенке дымовой трубы выпол-
няют последовательно по участкам, на которые по высоте услов-
но разделен ствол ДТр. Для конических стволов каждый уча-
сток принимается цилиндрическим со средним диаметром участ-
ка. Размер участка принимается равным ~10 м. Полный теп-
ловой поток Q (Вт), через многослойную стенку дымовой трубы
определяется из выражения
Q ItLKj^tr ^возд)>
(1.8.1)
где L — длина участка (м)Дг (°C) — температура отводимого газа
внутри ствола трубы; £возд (°C) — температура воздуха снаружи
трубы; Kl (Вт/(м • град) — коэффициент теплопередачи много-
слойной стенки ствола, определяемый по формуле
1 у—> 1 <^i+l 1
---д—I" ДТ” П ~д-----'------д----
Ml авоздМ+1
(1.8.2)
здесь аг (Вт/(м 2- град)) — коэффициент теплоотдачи от дымо-
вого газа к внутренней поверхности футеровки; di (м) — диа-
метр внутренней поверхности футеровки; dz и d,+1 (м) — соот-
ветственно диаметры внутренней и наружной поверхностей г-го
слоя; Лг (Вт/(м • град)) — коэффициент теплопроводности ма-
териала 2-го слоя стенки; овозд (Вт/(м 2- град)) — коэффициент
теплоотдачи наружного воздуха; dHap = dn+1 (м) — наружный
диаметр дымовой трубы; п — число слоев.
Плотность теплового потока qc (тепловой поток на единицу
длины цилиндрической стенки) будет равен (Вт/м):
ЯЬ — ^возд)-
(1.8.3)
При стационарном режиме теплообмена плотность теплово-
го потока будет постоянна для каждого расчетного участка ды-
мовой трубы. Тогда можно записать:
qL = 7vard1(tr -ti);
(1.8.4)
56
Глава 1
тг^-Лг) 7г(^-^+1) 7r(£n-t„+i
= —I--J— • Ql ~ —j----J---• • • Ql - —j--->--
1 , «2 1 , Щ-ll -I , (ln+1
——In— ——In—7— —— In——
2Л1 d\ 2Лг dz 2A 72
Ql ®ВОЗД^П + 1 (^n + l ^возд).
где £i,..., tz,..., tn — значения температур на границах слоев и
стенки ствола дымовой трубы.
Температуры поверхностей, соприкасающихся с теплоноси-
телями, определяются по формулам
tl — tr------Л1+1 — Дозд Н--------7—• (1 -8.5)
7TCVrdi ^возд^п+1
Если выполняется условие dt+i/dt < 2, то кривизна стенки
трубы слабо влияет на величину теплового потока. В этом случае
коэффициент теплопередачи определяется (с точностью до 4%)
как для плоской стенки:
(1.8.6)
Плотность теплового потока qLz (Вт/м) для плоской стенки
будет равна:
_ — 7г(^-<возд) /1 Я7\
qL - ------------------------i—’ (1 '87)
1- '—1---------
Ot?d\-----------------------г—1 2Лг(/,ср ^возд^п+1
dz + ^1+1 dt
где dlcp = --------, oz = -------(м) — соответственно сред-
ний диаметр и толщина г-го слоя цилиндрической стенки ствола
дымовой трубы.
Для каждого слоя плоской стенки плотность теплового по-
тока qL постоянна, и можно использовать выражение
_ 7г<^чср(^г ~ ^г+1) / 1 о о \
Ql 6 ' -8.о)
2\
Методики
57
Коэффициент теплоотдачи отводимого газа ог зависит от
многих факторов, наиболее существенные из них: вид движе-
ния газа (естественное или вынужденное), режим течения газа
(ламинарный или турбулентный), скорость газа, его теплофизи-
ческие характеристики (плотность, теплопроводность, теплоем-
кость, вязкость), геометрические размеры трубы.
Коэффициент теплоотдачи (Вт/м 2- град) отводимого га-
за на расчетном участке ствола дымовой трубы определяется по
формуле
аг — ——- + <этв, (1.8.9)
dx
где для дымового газа: Аг(Вт/м • град) — коэффициент тепло-
проводности дымового газа; Nu = 0.032 • Re08Pr°
и ТТ Г-) Vpd\PT „ „
критерии Нуссельта, здесь Re = ------— критерии Рейнольд-
Мг
са, К (м/с) — скорость; pv (кг/м3) — плотность; рг (Н-с/м3) —
коэффициент динамической вязкости; Рг = -гСзР — критерий
Лг
Прандтля; с3р (Дж/кг • град) — изобарная теплоемкость; L (м) —
длина расчетного участка; d\ (м) — внутренний диаметр газоот-
водящего ствола; атв(Вт/м2- град) — коэффициент тепловоспри-
ятия внутренней
стенки футеровки, контактирующей с отводящими газами.
Принимая атв = 8 (Вт/м2 • град), выражение для коэффи-
циента теплоотдачи аг (Вт/м2 • град) можно после несложных
преобразований представить в виде
160 IVой
(^+ 273)° 563 71(Д0 051
где W (м3/с) — объем отводимого газа; tr — температура отводи-
мого газа.
Привлекательность полученного выражения состоит в том,
что коэффициент теплоотдачи а,, можно определить на основе
параметров, непосредственно определяемых при экспертизе.
(1.8.10)
58
Глава 1
При определении коэффициента теплоотдачи воздуха тепло-
отдачи «возд (Вт/м2- град) от окружающего воздуха к наружной
стенке трубы использована зависимость [8]
аВозд = 5.8 + 11.6чЛ^, (1.8.11)
где Козд (м/с) — средняя скорость ветрового потока.
Среднюю скорость ветра можно определять несколькими
способами. Например, можно принять, что средняя скорость
ветра постоянна для всех ветровых районов и по высоте трубы
и равна КозД = 3.2 (м/с). В этом случае авозд « 27 (Вт/м2- град)
для всех ветровых районов и по высоте трубы.
Можно принять, что средняя скорость ветра постоянна для
всех ветровых районов и в основании ствола трубы также рав-
на 14озд = 3.2 (м/с), а по высоте ствола принимаем, что ско-
рость ветра меняется согласно выражению УВОзд = 3.2к°5 (м/с)
(к — коэффициент увеличения скорости ветра по высоте ство-
ла, принятый равным коэффициенту изменения ветрового дав-
ления по высоте, табл. 6, [5]; можно принять с учетом (1.3.4)
к = O.477Z031, где Z(m) — расстояние от поверхности земли до
рассматриваемого сечения трубы.
В этом случае получим
авозд = 23Z0 062 (1.8.12)
Расчеты по формуле 1.8.12 показывают для Z в диапазоне
1... 420 м коэффициент теплоотдачи меняется соответственно в
диапазоне авозд = 23... 33 (Вт/м2- град).
И, наконец, среднюю скорость ветра для рассматриваемого
ветрового района можно определять в зависимости от макси-
мальной скорости Цпах (м/с) ПО формуле УВОЗд — (Илах-7.2)/1.2,
где Уп1ах = -/ЮГРо, ГЦ) (кгс/м2) — нормативное значение вет-
рового давления для ветрового района; изменение нормативного
давления по высоте определяется также коэффициентом к.
В этом случае получим
авозд = 12.231У°32701, (1.8.13)
Методики
59
Расчеты по формуле 1.8.13 показывают для Z в диапазоне
1... 420 м коэффициент теплоотдачи меняется соответственно в
диапазоне авозд = 35.. .55 (Вт/м2- град) для 1-го ветрового рай-
она иаВОзд = 72... 100(Вт/м2- град) для VII-го ветрового райо-
на.
Величина коэффициента теплопроводности зависит от вла-
госодержания в теплоизоляционном материале. Влияние влаго-
содержания рассмотрим на примере красного кирпича. Извест-
но, что коэффициент теплопроводности Вт/(м • град) сухого кир-
пича равен 0.3, воды 0.6 а мокрого кирпича 1.0.
Этот же эффект повышения теплопроводности характерен и
для сыпучих материалов. Факт существенного повышения теп-
лопроводности сыпучих теплоизоляционных смесей при их на-
мокании следует учитывать при выборе сыпучих материалов
(перлит вспученный, вермикулит вспученный и др.) в качестве
теплоизоляции (сухие смеси) — засыпки между стенками несу-
щего ствола и футеровки. При применении сыпучих материалов
следует дополнительно установить время, необходимое для на-
сыщения сухой смеси конденсатом, так как при высоком влаго-
содержании эти материалы перестают быть теплоизоляционны-
ми. Их извлечение и дальнейший ремонт становится проблема-
тичным без разборки футеровки. В случае, сохранения просто
воздушного зазора между стенкой несущего ствола и футеров-
кой этот эффект времени отсутствует и сохраняется целостность
футеровки. Для исключения попадания конденсата на внутрен-
нюю поверхность несущего ствола дымовой трубы необходимо
футеровку поддерживать в состоянии пониженной газопроница-
емости путем обмазки, заделки швов или установки газоотводя-
щего ствола из металла или пластика.
В качестве примера по расчету температуры нагрева стен-
ки дымовой трубы использовалась монолитная железобетонная
ДТр высотой Н = 100 м. Наружный диаметр 8.28 м на отм. 0.00,
5.1 м на отм. 100.00.
Толщины слоев стенки трубы приведены в табл. 1.8.1. Бе-
тон — бетон железобетонного ствола, класс по прочности на
сжатие М300 (В22.5). Прижим — это кладка прижимной изоля-
ции (кирпич глиняный обыкновенный М125 пластического прес-
60
Глава 1
Таблица 1.8.1
Высота расчетного сечения,м Толщины слоев стенки ствола трубы, м
Бетон Прижим Тепло- изоляция Футеровка
95.00... 70.00 0.160 0.120 0.080 0.113
65.00... 60.00 0.180 0.120 0.100 0.113
55.00... 50.00 0.200 0.120 0.100 0.113
45.00... 40.00 0.220 0.120 0.100 0.113
35.00... 30.00 0.240 0.120 0.120 0.113
25.00... 20.00 0.260 0.120 0.120 0.113
Таблица 1.8.2
Высота расчетного сечения,м Коэффициент теплопроводности слоев стенки ствола, вт/м • град
Бетон Прижим Тепло- изоляция Футеровка
95.00... 25.00 1.550 0.720 0.060 0.720
сования 250 х 120 х 65, ГОСТ530-57). Теплоизоляция — плиты
минераловатные на синтетическом связующем марки ПП тол-
щиной 80 мм и 100 мм, ГОСТ 9573-66); Футеровка — кладка из
кирпича кислотоупорного, сорт 1,230 х 113 х 65, ГОСТ 474-67).
Принятые в расчете величины коэффициента теплопровод-
ности материалов стенки трубы приведены в табл. 1.8.2, а па-
раметры, используемые для расчета нагрева стенки ствола — в
табл. 1.8.3 и табл. 1.8.4.
Коэффициент тепловосприятия внутренней стенки футеров-
ки принят равным 8 вт/(м2- град), температура дымового газа на
входе в ствол дымовой трубы равна 160°С, температура наруж-
ного воздуха равна минус 10°С, объем отводимых дымовых га-
зов 19000 м3/час (5.28 м3/с), плотность газа 0.794 кг/м3, крите-
рий Прандтля для газа 0.68, коэффициент теплоотдачи наруж-
ной стенки (бетон) ствола (Вт/м2- град), определен по формуле
Методики
61
Таблица 1.8.3
Высота расчетного сечения,м Скорость газа, м/с Критерии Коэффициент теплоотдачи газа, вт/м2- град
Re Nu
95.00 .36 57915.8 187.8 9.34
90.00 .33 55495.9 181.9 9.25
85.00 .30 53270.0 176.5 9.16
80.00 .28 51215.8 171.4 9.08
75.00 .26 49314.2 166.6 9.01
70.00 .24 47548.7 162.1 8.95
65.00 .23 46585.3 159.7 8.92
60.00 .22 45006.7 155.6 8.86
55.00 .20 43835.0 152.6 8.83
50.00 .19 42434.5 148.9 8.78
45.00 .18 41391.3 146.2 8.75
40.00 .17 40140.3 142.9 8.71
35.00 .17 39451.6 141.0 8.69
30.00 .16 38313.6 138.0 8.65
25.00 .15 37461.1 135.7 8.63
20.00 .14 36433.5 132.9 8.60
1.8.12. Скорость газа на входе в ствол дымовой трубы принята
равной 0.127 м/с.
Теплофизические характеристики дымового газа, как пока-
зали расчеты, близки соответствующим характеристикам возду-
ха, поэтому далее при расчетах для дымового газа используются
теплофизические характеристики воздуха.
Результаты расчетов нагрева поверхностей футеровки и бе-
тона ствола приведены в табл. 1.8.5.
Практический интерес представляет исследование влияния
скорости движения газа на входе в ствол на величину измене-
ния температуры его на выходе из ствола. В рассмотренном при-
мере разница между температурой на входе и выходе составила
28.9°С при скорости движения газа на входе равной 0.127 м/с.
62
Глава 1
Таблица 1.8.4
Высота рас- четного сечения, м Термические сопротивления м град/вт
Наруж- ный воз- дух Бетон Прижим Тепло- изо- ляция Футе- ровка Отводи- мый гач Общее
95 00 005428 020124 034 ЗЬ9 286775 035218 024645 406559
90 00 005277 019408 033077 275551 033782 02386I 390955
85 00 005139 018740 031878 265171 032459 023И9 376506
80 00 005011 018117 030764 255545 031235 022416 363089
75 00 004895 017535 029725 246594 030101 021749 350598
70 00 004788 016988 028753 238248 029046 021117 338941
65 00 004692 018593 028031 291080 028469 020767 391632
60 00 004604 018046 027166 281760 027523 020184 379283
55 00 004526 019537 026520 274819 026821 019745 371967
50 00 004457 018992 025744 266496 025980 019214 360883
45 00 004398 020383 025163 260278 025353 018812 354388
40 00 004349 019843 024464 252801 024600 018325 344383
35 00 004312 021146 023939 297522 024185 018055 389159
30 00 004289 020613 023305 289369 023500 017603 378678
25 00 004283 021839 022828 283246 022985 017262 372442
20 00 004300 021313 022251 275847 022365 016846 362922
Зависимость разницы между температурой на входе и выходе
из ствола от скорости движения газа на входе в ствол показана
на рис. 1.8.1. Анализ результатов расчета показывает, что ско-
рость движения газа существенно влияет на его температуру на
выходе из ствола. При скорости движения газа в стволе более
2 м/с остывание газа незначительно и не превышает 3°С.
Рассмотрим зависимость температуры нагрева поверхности
футеровки от величины коэффициента тепловосприятия внут-
ренней стенки футеровки при различных скоростях движения
газа. Как видно из результатов расчетов на рис. 1.8.2 темпера-
тура внутренней поверхности футеровки существенно зависит от
величины коэффициента тепловосприятия внутренней стенки
футеровки при скоростях движения газа на входе в ствол до
Методики
63
Таблица 1.8.5
Высота рас- четного сечения, __м Темпера- тура газа Температура нагре- ва поверхности, град Перепад температур по толщине бетона
Футеровки Бетона ствола Толщина бетона, мм Тн-Тв
Внутр Нар Внутр Нар
95 00 131 1 1225 1103 -1 I -8 1 160 70
90 00 132 5 123 8 1114 -1 0 -8 1 160 7 1
85 00 133 9 1250 1126 -9 -8 0 160 72
80 00 135 4 126 4 113 9 - 7 -8 0 160 73
75 00 1369 127 8 1152 - 6 -7 9 160 73
70 00 138 5 129 3 1166 - 5 -7 9 160 74
65 00 1400 132 0 121 1 -1 1 -8 2 180 7 1
60 00 141 4 133 4 1224 -1 0 -8 2 180 72
55 00 1430 134 9 1238 - 1 -8 I 200 80
50 00 144 6 136 3 125 2 0 -8 1 200 8 I
45 00 1462 1379 126 7 9 -8 1 220 90
40 00 147 9 139 5 128 2 1 1 -8 0 220 9 1
35 00 149 4 142 0 132 1 4 -8 2 240 87
30 00 151 0 143 5 133 5 6 -8 2 240 88
25 00 152 6 145 1 135 1 I 4 -8 1 260 95
20 00 154 3 146 7 136 6 1 6 -8 1 260 96
2 м/с. При скоростях газа более 2 м/с разница температур на
поверхности футеровки составит не более 3°С и не зависит от
величины коэффициента тепловосприятия.
64
Глава 1
Монолитная ж/б дымовая труба Н=100м
Т° =10° —
1 НАРУЖИ НОЗД 1V
Нормативная скорость ветра -3,2 м/с
Температура газа на входе равна 160 °C ~
0,127 м/с (5.28 м3/с) скорость движения газа на _
входе в ствол дымовой трубы в рассмотренном _
примере.
Угаза, мм/с -
(м%)
50
1Ь0' ' 150
2bo'
250 ' ЗЪО'
350'
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
(2,08) (4,16) (6,24) (8,32) (10,4) (12,48) (14,56) (16,64) (18,72)
Рис 1.8.2 Зависимость разницы между температурой на входе и вы-
ходе из ствола от скорости движения газа на входе в ствол.
о
- 1SD
вн. пов-сти футеровки на отм.95м. ' ё...Л..5 § 8 4 S Wr=J,< 1_м/с Г- — - —' Z~_ _ - —“
у/гЧЛГ V/r^Qj9 1 г — — * - -—
5 tai4 7 - Гг. -
— —
Н Коэффициент тепловосприятия внутренней стенки футеровки
Рис. 1.8.3. Зависимость температуры нагрева поверхности футеровки
от вели 1Ы коэффициента тепловосприятия внутренней стенки футе-
ровки п з различных скоростях движения газа.
Методики
65
1.9 Методика расчета на прочность
стволов железобетонных стволов
Несмотря на кажущуюся простоту конструкции ствола ж/б тру-
бы — это, как правило, сборная или монолитная слабокониче-
ская оболочка, — обеспечение надежной эксплуатации ствола
является довольно сложной и комплексной задачей. Это обос-
новывается тем, что с одной стороны ствол должен обеспечивать
работу трубы как устройства, отводящего нагретые агрессивные
газы, а с другой стороны — ствол должен удовлетворять требо-
ваниям прочности при воздействии на него комплекса различ-
ных нагрузок: изгибающего момента от ветрового воздействия,
сжимающих усилий и изгибающего момента от веса конструкции
с учетом искривления ствола, тепловых нагрузок от отводимых
газов и солнечной радиации, а так же некоторых воздействий,
к которым для некоторых районов можно отнести сейсмическое
воздействие и др.
Как отмечено в [2] в системе экспертизы промышленной без-
опасности предусмотрено проведение расчетов нагрузок на
ствол дымовой трубы, его прочности и тепловых режимов стен-
ки ствола, результаты которых совместно с результатами обсле-
дования используются при подготовке заключения по эксперти-
зе с выводами о степени пригодности ствола к дальнейшей без-
опасной эксплуатации и при необходимости - с рекомендациями
по проведению ремонтных и восстановительных работ. Поэтому
в системе экспертизы промышленной безопасности при прове-
дение обследовательских работ насущной необходимостью яв-
ляется установление фактических значений параметров ствола,
используемых как при проведении расчетов, так и при определе-
нии степени пригодности использования ствола в качестве газо-
отводящего устройства.
Критерий безопасной эксплуатации ствола железобетонной
дымовой трубы можно представить в виде неравенств
а < [Я], Д < [Д],атр < [атр],
(1.9.1)
66
Глава 1
которые соответствуют ограничению напряжения <т, перемеще-
ний верха ствола трубы А и величины раскрытия трещин атр их
предельными значениями — соответственно [Л], [А] и [атр].
Главным является ограничение напряжений а с расчетным
сопротивлением [Л] для материала (бетона или арматуры). Од-
нако недопустимое раскрытие трещин приводит к коррозии ар-
матуры и снижению сроков безопасной эксплуатации сооруже-
ния. Не менее ответственным является назначение допустимого
напряжения [R] для бетона железобетонного ствола ДТр, кото-
рое зависит от класса бетона по прочности на сжатие и условий
работы, учитывающих особенности свойств бетона, длитель-
ность действия, многократную повторяемость нагрузок, способ
изготовления, размеры сечений, температуры нагрева ит. п.
Максимальное напряжение ст сжатия в бетоне реализуются
на внутренней поверхности стенки ствола на его подветренной
стороне, и определяется как сумма напряжения сгб — от весовой
нагрузки N и изгибающего момента М и напряжения — от
температурной деформации в результате неравномерного нагре-
ва стенки ствола отводимыми газами.
Расчет весовой нагрузки N от веса конструкций ствола же-
лезобетонной дымовой трубы с учетом веса футеровки, тепло-
изоляции железобетонного ствола и металлических конструкций
светофорных площадок и др. не вызывает трудности.
Для такого высотного сооружения, к которому относится же-
лезобетонная дымовая труба, изгибающий момент М в горизон-
тальном сечении складывается из изгибающего момента Л/и31
от ветрового потока и дополнительного изгибающего момента
Л/доп = М'доп + Л/дОП, вызванного весом ствола Л/ДОГ| вслед-
ствие его прогиба и крена фундамента Л/доп [9].
Изгибающий момент от ветрового потока Мизг в сечениях
ствола дымовой трубы можно определять по аппроксимирую-
щей формуле
Мизг = 4/9KD*W0Z2 25(1 + 0.8Й2 25 - 1.8Z) (1.9.2)
где К — 1.0 если высота дымовой трубы менее 150 м; К = 1.08,
если высота дымовой трубы более 150 м и менее 300 м; К — 1.15,
Методики
67
Рис 1 9 1 Сравнение величин изгибающих моментов Мизг , действу-
ющих в сечениях ствола дымовой трубы выпиленных по формуле 1 9 2
и методики [22]
если высота дымовой трубы более 300 м; Пф (кгс/м2) — норма-
тивное значения ветрового давления для соответствующего вет-
рового района; Zk (м) расстояние от поверхности земли до торца
ствола дымовой трубы; Z = Z/Zk, D* — D + 0.3(Do - D) (м); D
(м) — наружный диаметр ствола на расстоянии Z(m) от поверх-
ности земли; Do (м) — наружный диаметр ствола в нижнем его
сечении.
Сравнение результатов расчетов изгибающих моментов по
формуле (1.9.2) и по методике [6] показало, что их отличие не
превышает 5% для широкого диапазона размеров дымовых труб.
Результаты сравнения величин изгибающего момента для ство-
68
Глава 1
ла дымовой трубы по формуле (1.9.2) и по методике [6] в виде
графиков приведены на рис. 1.9.1.
Результаты исследования [10] показали, что отношение до-
полнительного изгибающего момента М'доп , вызванного весом
ствола вследствие его прогиба к изгибающему моменту от ветро-
вого потока Л/И3| в нижнем сечении трубы может быть принято
равным 0.3.
Дополнительный изгибающий момент Мдоп в горизонталь-
ном сечении ствола трубы от крена фундамента, определяется
величиной tg<^, которая не должна превышать значения 0.004
[10].
Дополнительный изгибающий момент Af"on от крена фунда-
„ NZtg<p
мента определяется по формуле А4ДОП =------, у? — угол кре-
на фундамента.
Расчеты для ряда монолитных железобетонных дымовых
труб, проведенные по методике [9] показали, что для нижнего се-
чения ствола отношение Мдоп /Л4ИЗГ = 0.5.
С учетом этого, что идёт в запас прочности, изгибающий мо-
мент М, учитывающий изгибающий момент от ветровой нагруз-
ки Мизс и дополнительные изгибающие моменты, вызванные
массой ствола вследствие её прогиба М'доп и креном фундамента
Мдоп , можно вычислять по аппроксимирующей формуле
М = К1МИЗГ (1.9.3)
где Ку = 1,5; Мизг — изгибающий момент от ветрового потока,
определяемый по формуле 1.9.2.
Перейдем к определению напряжений сжатия в бетоне и на-
пряжений растяжения в вертикальной арматуре ствола дымовой
трубы.
Напряжение в бетоне ствола сгб от весовой нагрузки и изги-
бающего момента согласно [9] определяется по формуле
__ пе(1 + Со)
ав тДХ+ад)
или по формуле
если Со < 0.4
(1.9.4)
(1.9.5)
<7б = п,б<7б, если Со > 0.4
Методики
69
N , л
где Пб = —~r', h — толщина бетонной
2r h
М *
= — — безразмерный параметр для
’'и "Ь Гвц
= -------— средний радиус ствола; гн,
стенки ствола; Со =
участка ствола; г =
гвн — радиусы наруж-
ной и внутренней поверхности ствола соответственно; М, N —
изгибающий момент и осевая сжимающая сила, определенные
ES(3S As
для участка ствола; ах = 4/ix - ; = —; As — площадь
-^бмб
всей вертикальной арматуры в расчетном сечении при его ши-
рине b = 100 см; Еа — модуль упругости арматуры; Е6 — на-
чальный модуль упругости бетона; /3s', (Зв — коэффициенты, учи-
тывающие влияние температуры на модуль упругости армату-
fl ,
Л ___ \ sin(/3) /
ры и бетона соответственно; стб = —---——параметр (3,
7г(1 + aj
определяющий половину угла сжатой зоны, находится из выра-
жения [9]
1+<Т1 _ 1 + cos(/3) 7TSin(/3)
«i /3(1—cos(/3) Со(3 — sin(/3)
Параметр /3 (град) можно определить по аппроксимирующей
формуле
э 102.24а?113 Л 0.26
g=—™ « =
(1.9.7)
Графики изменения безразмерных параметров Со и at для
трубы высотой 180 м, размещенной во II ветровом районе, при-
ведены на рис. 1.9.2, а на рис. 1.9.3 для трубы высотой 250 м,
размещенной в V ветровом районе.
Также параметр (3 (град) для ряда значений 1.0 > ai > 0.1
и 1.1 > Со > 0.4, являющихся типичными для железобетонных
дымовых труб, можно определить из графика на рис. 1.9.4.
Результаты сравнения параметра /3, вычисленного по ап-
проксимирующей формуле 1.9.7 с его значением, определенным
из выражения 1.9.6 показали, что погрешность вычисления па-
раметра (3 по аппроксимирующей формуле не превышает 2%.
70
Глава 1
Рис 1.9 2. Изменение безразмерных параметров Со и ах по высоте
ствола для трубы высотой 180 м, размещенной во II втором ветровом
районе.
Рис. 1.9.3. Изменение безразмерных параметров Со и од по высоте
ствола для трубы высотой 250 м, размещенной в V втором ветровом
районе
Результаты сравнения вычислений параметров приведены на
графике рис. 1.9.5.
Напряжение в бетоне от весовой и ветровой нагрузок можно
определить по аппроксимирующей формуле
0.292 • 0.567Qi • 2.25Со /1ПОЧ
(1.9.8)
стб = пвОб, где <7б =
Q0 117Со
Методики
71
Рис 1.9 4 Параметр /3, определенный из выражения 1 9 6.
Рис. 1.9.5. Результаты сравнения параметра /3, вычисленного по ап-
проксимирующей формуле 1 9.7 с его значением, определенным из вы-
ражения 1.9 6.
Как видно, использование аппроксимирующей формулы 1.9.8
позволяет непосредственно вычислить напряжение в бетоне
ствола монолитной железобетонной дымовой трубы минуя вы-
числение параметра в.
Параметр <тб можно так же определить из графика на 1.9.6.
72
Глава 1
Рис 1.9.6. Результаты вычисления параметра erg по формуле 1.9.8.
Результаты сравнения параметра о^, вычисленного по ап-
проксимирующей формуле 1.9.8 с его значением, определенным
из выражения 1.9.5 показали, что погрешность вычисления па-
раметра по аппроксимирующей формуле не превышает 4%.
Результаты сравнения вычислений приведены на графике
рис. 1.9.7.
Зная величины параметров: г — средний радиус железобе-
тонного ствола; h — толщину бетона ствола; N — весовую на-
грузку, действующую на участок ствола, а также параметр сг£для
ряда значений 1.0 > од > 0.1 и 1.1 > Со > 0.4, являющимися
типичными для железобетонных дымовых труб, определяют на-
пряжение в бетоне ствола монолитной железобетонной дымовой
трубы.
При анализе результатов обследования в ряде случаев мо-
жет быть полезным не определять фактическую величину на-
пряжения, а установить величину х, показывающую во сколько
раз увеличивается напряжение в бетоне, например, при умень-
шении площади поперечного сечения вертикальной арматуры на
А%, что показано на рис. 1.9.8-1.9.10.
Методики
73
Рис. 1 9.7. Результаты сравнения параметра Стб, вычисленного по ап-
проксимирующей формуле 1 9.8 с его значением, определенным из вы-
ражения 1.9.4.
Рис. 1.9 8. Величина х, показывающая во сколько раз увеличится
напряжение в бетоне при уменьшении площади поперечного сечения
вертикальной арматуры на А, % при Со = 0.5.
Напряжение сжатия сгб/ в бетоне в зависимости от перепада
температуры At по толщине стенки ствола трубы определяется
по формуле
a6,t = Ka6&ti36E6
(1.9.9)
74
Глава 1
35 3D 25 20 15 V _ ai=I.O а,-0,8 ”ai=0,6 «1=0,4
Л s'
( _ м (’ - п s'
L О Nr' “ s' , s' r S' - "
S " S'
LD «1=0,2 «1=0,1
ПС " - '
OD * С %
О ' 5 ' 1 ' 1 к' '2 Ь ' ’ ’ ' 2 5 ' ' ' 3 ' ’ ' ' 3 5 ’ 4 Ь ' ' '4 5 ' ’
Рис 1.9.9 Величина у, показывающая во сколько раз увеличится
напряжение в бетоне при уменьшении площади поперечного сечения
вертикальной арматуры на А, % при Со = 0.8.
Рис 1 9.10 Величина у, показывающая во сколько раз увеличится
напряжение в бетоне при уменьшении площади поперечного сечения
вертикальной арматуры на А, % при Со = 1.1.
где К = 0.25 при температуре нагрева не более чем на 200°С и
К = 0.17 при температуре нагрева более чем на 200°С; Об = Ю~ 5
1/град — коэффициент линейного расширения бетона; /% = 1
при температуре нагрева до 100°С, = 0.85 при темепературе
нагрева бетон не более 200°С, = 0.68 при температуре нагрева
бетона более чем на 200°С.
Методики
75
Напряжение растяжения аа в вертикальной арматуре ствола
равны нулю, если выполняется условие
Со<- (1.9.10)
г
+ г2
где гя = —------511 — геометрическая характеристика участка
4гн
ствола трубы.
Если выполняется условие Со > —, то напряжение растяже-
г
ния аа в вертикальной арматуре ствола от изгибающего момента
М и осевой сжимающей силы/V определяется по формуле
<75=-^, (1.9.11)
Mi
( 0 с Л
_ \sin(Z?) ° J
где as = ---------------
7Г
Напряжение растяжения в вертикальной арматуре можно
определить по аппроксимирующей формуле
<rs = -aj, (1.9.12)
Ml
где as = 0.31 • а?401 • при 0.04 < сц < 0.2; а^ = 0.259 •
1.758
г, rt-rf ,VO. 133
а(1, 27о-С()1 при 0.2 < «1 < 1.0.
Аппроксимирующая формула 1.9.12 позволяет непосред-
ственно вычислить напряжение в вертикальной арматуре ствола
монолитной железобетонной дымовой трубы минуя вычисление
параметра /3.
Параметр а^ можно так же определить из графика на рис.
1.9.11.
Результаты сравнения параметра as, вычисленного по ап-
проксимирующей формуле 1.9.12 с его значением, определен-
ным из выражения 1.9.11 показали, что погрешность вычисле-
ния параметра а^ по аппроксимирующей формуле не превышает
6%. Результаты сравнения приведены на графике рис. 1.9.12.
76
Глава 1
Рис 19 11 Результаты вычисления параметра сгб по формуле 1.9 12
Рис 1 9 12 Результаты сравнения параметра стё, вычисленного по ап-
проксимирующей формуле 1 9 12 с его значением, определенным из
выражения 19 11
Так же как и для бетона, в ряде случаев может быть полез-
ным не определять фактическую величину напряжения, а уста-
новить величину^, показывающую во сколько раз увеличивает-
ся напряжение в вертикальной арматуре при уменьшении пло-
щади поперечного сечения вертикальной арматуры на А%, что
показано на рис. 1.9.13-1.9.15.
Методики
77
г
У
с, = —; („=0.5 Nr
-
Рис 1.9.13. Величина показывающая во сколько раз увеличивается
напряжение в вертикальной арматуре при уменьшении площади попе-
речного сечения вертикальной арматуры на А, % при Cq = 0.5
х
60 а|=1,0 ct|= 0,8
сп
У «1=0,6 а,-0,4
4D
35 С„ = м
1П , L ., - U.d Nr г
- г' а 1=0.2
''У". '
1 с , «1=0.1
1П
QC
ОП х.%
О ' 5 1 ) 1 5 ' '2 О ' ' ' 2 5 ’ ’ ’ 3 ' ’ 3 к ’ '* О’ ’4 5
Рис 1.9.14 Величина х, показывающая во сколько раз увеличивается
напряжение в вертикальной арматуре при уменьшении площади попе-
речного сечения вертикальной арматуры на А, % при Со = 0 8.
Для часто встречающегося случая — коррозионного повре-
ждения вертикальной арматуры на рис. 1.9.8-1.9.10 и
рис. 1.9.13-1.9.15 приведены графики, позволяющие количест-
венно указать во сколько раз уменьшится коэффициент запаса
78
Глава 1
Рис. 1.9.15. Величина х, показывающая во сколько раз увеличивается
напряжение в вертикальной арматуре при уменьшении площади попе-
речного сечения вертикальной арматуры на Л, % при Со = 1.1.
прочности как для бетона, так и для вертикальной арматуры со-
оветственно.
Другим часто встречающимся повреждением является нали-
чие сквозных отверстий в стенке ствола. К модели сквозного от-
верстия можно привести дефекты горизонтальных швов бетони-
рования, через которые истекает конденсат. Длину щели вдоль
образующей можно можно рассматривать как диаметр отвер-
стия. Для этого важного случая на рис. 1.9.16 приведены графи-
ки, показывающие, во сколько раз х увеличиваются напряжения
в бетоне ствола трубы (отмечены фигурной скобкой), и которые
практически охватывают всю область возможных типичных па-
раметров дымовой трубы 0.04 < од < 1.0 в зависимости от поло-
вины центрального угла в, между сторонами которого заключено
повреждение рассматриваемое в виде отверстия.
Величину увеличения х напряжения в бетоне ствола в зави-
симости от половины центрального угла 6, между сторонами ко-
торого заключено сквозное отверстие в стволе трубы, можно вы-
числить по аппроксимирующей формуле
X = 1.02е,
(1.9.13)
Методики
79
Рис. 1.9.16. Величина х< показывающая во сколько раз увеличивает-
ся напряжение в бетоне и в вертикальной арматуре в зависимости от
половины центрального угла 0, между сторонами которого заключено
сквозное отверстие в стволе трубы.
где 6 (град.) — половина центрального угла, между сторонами
которого заключено сквозное отверстие в стволе трубы.
На рис. 1.9.16 также приведен график, показывающий, во
сколько раз х увеличивается напряжение в вертикальной арма-
туре ствола трубы в зависимости от половины центрального уг-
ла 0, между сторонами которого заключено сквозное отверстие
в стволе трубы, и которая не зависит от параметров.
Допустимое напряжение [R] бетона определяется по
формуле
[Л] = 7ь27ьз7ьб7ьэ^ь, (1.9.14)
7w = 0.9, 7ьз = 0.85, 7^ = 0.9, 7ьЭ = 0.9 — коэффициенты усло-
вий работы [14], Яъ — расчетное сопротивление осевому сжатию
бетона ствола дымовой трубы (призменная прочность бетона).
80
Глава 1
1.10 Методические рекомендации по
отбору проб бетона из ствола
железобетонной дымовой трубы
Для железобетонных дымовых труб, возведенных с соблюдени-
ем проектных требований, технологии строительства и эксплуа-
тируемых по проектным режимам гарантийный срок исчисляет-
ся десятками лет и поддерживается своевременными плановыми
ремонтами и соответствующим обслуживанием.
В последние 10-15 лет ускорились процессы нарушения га-
зовой плотности футеровки, разрушения теплоизоляции и бето-
на стволов дымовых труб. Это вызвано, прежде всего, отклоне-
ниями от проектных режимов эксплуатации дымовых труб. Пе-
ременный режим работы дымовых труб, снижение нагрузки,
сжигание высокосернистого топлива, переход с мазута на газ
привели к резкому снижению их надежности, в результате чего
многие из них становятся неремонтопригодными, и даже обру-
шаются [1].
С учетом этих факторов плановые ремонты и обслуживание
для поддержания железобетонных дымовых труб в пригодном к
эксплуатации состоянии становятся недостаточными.
Безопасная эксплуатация железобетонной дымовой трубы
может быть подтверждена при установлении фактического её
состояния, т.е. установлении дефектов и повреждений, получен-
ных при эксплуатации и возведении (с обязательным установле-
нием причин их появления и прочностных свойств материалов).
Как показала практика, выполнить это можно только при экс-
пертизе промышленной безопасности, в результате которой со-
ставляется заключение о степени пригодности к безопасной экс-
плуатации дымовой трубы.
Согласно [2] экспертиза промышленной безопасности дымо-
вых труб предусматривает проведение комплекса обследова-
тельских и расчетных работ, по результатам которых формиру-
ется и документально оформляется заключение об их текущем
техническом состоянии, и даются рекомендации по дальнейшей
эксплуатации.
Методики
81
При экспертизе промышленной безопасности дымовых труб
проводят расчеты нагрузок и прочности (в ряде случаев — ре-
сурса) с использованием исходных данных, фактические значе-
ния которых устанавливают при проведении обследовательских
работ. Толщина стенки железобетонного ствола дымовой тру-
бы, физико-механические характеристики бетона, наличие та-
ких конструктивных элементов как футеровка и теплоизоляция,
состояние теплоизоляции, величина коррозионного износа внут-
ренней поверхности бетона стенки ствола, плотность бетона
стенки ствола, наличие трещин в бетоне, состояние швов бето-
нирования, диаметр и шаг вертикальной и горизонтальной арма-
туры и ряд других параметров Эти параметры железобетонной
дымовой трубы являются исходными данными при проведении
расчетов
Ряд фактических значений параметров железобетонной ды-
мовой трубы могут быть определены по образцам (пробам), ото-
бранным из конструкции (сгснки ствола железобетонной дымо-
вой трубы).
В данном разделе книги рассматривается часть обозначен-
ных проблем, а именно регламентация правил отбора проб бето-
на из стенки ствола железобетонной дымовой трубы как меро-
приятие по унификации экспертизы ее промышленной безопас-
ности.
В основу к определению параметров проб бетона из стенки
ствола железобетонной дымовой трубы авторы положил требо-
вания к контрольному образцу для определения прочности бето-
на на сжатие [12]
Пробу бетона для изютовления контрольных образцов от-
бирают путем выпиливания или выбуривания из конструкции
Наиболее приемлемым для взятия пробы и з стенки ствола желе-
зобетонной дымовой трубы бетона является выбуривание про-
бы Выбуривание можно проводить как со стороны наружной
поверхности ствола, так и со стороны ее внутренней поверхно-
сти В результате выбуривания получается проба (керн) в виде
цилиндра По рекомендации [ 12] для выбуривания проб из бето-
на конструкций применяются сверлильные станки типа ПЭ 1806
по ТУ 22-5774 с режущим инструментом в виде кольцевых ал-
82
Глава 1
мазных сверл типа СКА ТУ 2-037-624, ГОСТ 24638 или твер-
досплавных кольцевых сверл по ГОСТ 11108.
Согласно [12] при определении прочности бетона на сжатие
допускается в качестве контрольного образца использовать ци-
линдр диаметром от 44 до 150 мм, высотой от 0.8 до 2.0 диамет-
ров. Минимальный размер контрольного образца должен пре-
вышать максимальный номинальный размер крупного заполни-
теля в 2 раза. Кроме этого отклонения от плоскости опорных по-
верхностей контрольного образца, прилегающим к плитам прес-
са при испытаниях на сжатие, не должны превышать 0.1 мм, при
этом отклонение диаметра цилиндра образца от поминального
размера не должно превышать ±4°о.
В тоже время известно, что при возведении монолитных же-
лезобетонных дымовых труб крупность щебня (крупный запол-
нитель) не должна превышать 70 мм при толщине стенки ство-
ла 600 мм и более и 40 мм при толщине стенки ствола менее
600 мм [8].
С учетом изложенных ограничений на размеры контрольно-
го образца и крупность фракций бетона, в качестве контроль-
ного образца может быть использован цилиндр диаметром от 80
до 140 мм. Выполняя работы по выбуриванию пробы бетона из
стенки железобетонного ствола инструментом, согласно реко-
мендациям [12], диаметр контрольного образца можно принять
равным диаметру пробы и таким образом рекомендации для на-
значения диаметра контрольного образца можно распростра-
нить на диаметр пробы.
На контрольном образце диаметром d определяют разруша-
ющую нагрузку F при сжатии по показаниям силоизмернтеля
испытательной машины. Прочность бетона на сжатие контроль-
ного образца определяют по формуле
^>o6P = i£ (1.10.1)
7ГГ/
По результатам исследования пробы бетона устанавливают:
длину цилиндра пробы; дефекты структуры бетона (трещины,
отслоения, поры, раковины и др.); тип и диаметр арматурных
стержней (при их попадании в пробу).
Методики
«3
Коррозионное повреждение
внутренней поверхности
Рис. 1.10.1. Проба бетона из стенки железобетонного ствола с корро-
зионным повреждением внутренней поверхности стенки железобетон-
ного ствола.
На основании данных полученных при исследовании конт-
рольного образца определяют среднюю его плотность.
По результатам измерения длины цилиндра пробы устанав-
ливают толщину стенки железобетонного стволы дымовой тру-
бы в рассматриваемом сечении. Кроме этого определяют вели-
чину коррозионного повреждения внутренней поверхности стен-
ки железобетонного ствол (при его наличии).
На месте отбора пробы через образовавшееся отверстие
определяют толщину теплоизоляции, при сё наличии, и величину
зазора между футеровкой и стенкой железобетонного ствола.
На пробе, рис. 1.10.1, видно коррозионное повреждение
внутренней поверхности стенки железобетонного ствола дымо-
вой трубы.
Проба бетона с дефектами бетонирования приведена на
рис. 1.10.2.
Диаметр вертикальной арматуры можно замерить на поверх-
ности цилиндра пробы бетона, как это видно на рис. 1.10.3.
В настоящее время Инжремтехстрой при отборе проб бетона
из стенки железобетонного ствола использует твердосплавные
кольцевые сверла диаметром 95 мм.
84
Глава 1
Рис. 1.10.2. Проба бетона из стенки железобетонного ствола с дефек-
тами бетонирования.
Рис. 1.10.3. Проба бетона из стенки железобетонного ствола с арма-
турным стержнем.
В зависимости от состояния выбуренных проб бетона из них
изготавливается 1-3 контрольных образца. Один контрольный
образец, изготовленный из пробы бетона, показан на рис. 1.10.4.
После того, как установлены требования к пробе бетона,
необходимо установить правило для определения количества
проб и места выбуривания. Назначение количества проб бето-
на является задачей вероятностной и оптимизации не подлежит,
поэтому основой по назначению количества мест для отбора
проб бетона, по нашему мнению, должно быть разумное соот-
ношение: цепа — достоверность.
Места отбора проб бетона следует назначать после визуаль-
ного осмотра конструкций в зависимости от их напряженного
Методики
85
Ри( 1.10.4. Контрольный образец из пробы бетона.
состояния с учетом минимально возможного снижения их несу-
щей способности [12].
Остановимся подробнее на вопросе допустимости отбора
проб бетона с точки зрения снижения несущей способности же-
лезобетонного ствола в результате образования в нём отверстий.
Для этого рассмотрим напряженно-деформированное состоя-
ние железобетонного ствола при наличии в нём отверстия после
отбора пробы бетона.
Рассмотрим состояние железобетонного ствола дымовой
трубы при действии на него нагрузок от веса конструкций ды-
мовой трубы, нагрузок от ветрового воздействия и неравномер-
ного нагрева стенки железобетонного ствола отводимыми газа-
ми. Анализ напряженно-деформированного состояния железо-
бетонного ствола проведем в предположении упругого поведе-
ния бетона. Наиболее нагруженными в железобетонном ство-
ле являются две диаметрально расположенные образующие — с
наветренной и подветренной его стороны. Максимальные ежи-
86
Глава I
мающие напряжения возникают на образующей с подветренной
стороны железобетонного ствола, которые воспринимаются бе-
тоном ствола и вертикальной арматурой. С наветренной стороны
возможно образование максимальных растягивающих напря-
жений, которые воспринимаются вертикальной арматурой.
Рассмотрим участок железобетонного ствола с максималь-
ными сжимающими напряжениями. Пусть отверстие, оставшее-
ся при отборе пробы, имеет диаметр 100 мм.
Анализ напряженно-деформированного состояния бетона
проведен с использованием метода конечных элементов (МКЭ).
Во всех рассмотренных примерах приводятся величины эквива-
лентных напряжений, вычисленные по гипотезе энергии формо-
изменения Рихарда фон Мизеса.
Для изотропного материала распределение напряжений в
районе отверстия, например, при нагружении растягивающей
(сжимающей) нагрузкой пластины с отверстием, хорошо изуче-
но. Исследование влияния отверстия на прочность бетонной
стенки ствола начнем с представления решения, полученного
методом конечных элементов для пластины, выполненной из
изотропного линейно-упругого материала, рис. 1.10.5 под еди-
ничной нагрузкой 1 кгс/мм2. Распределение напряжений в пла-
стине, приведенное на рис. 1.10.5, представлено в виде изополос
разного цвета.
С одной стороны, результаты распределения напряжений,
приведенньТе на рис. 1.10.5, можно рассматривать как тестиро-
вание, применённого метода решения, с другой стороны по на-
шему мнению, следует обратить внимание на то, что на достаточ-
но большом расстоянии от отверстия, равном 4-5 диаметрам от-
верстия, сохраняется однородное напряженное состояние, при
этом величина напряжения равна 1 кгс/мм2. На контуре отвер-
стия имеется область с напряжением, величина которого равна
2.9 кгс/мм2, при этом ширина этой области не превышает 5 мм.
Ширина области. в которой величина напряжения
1.3 кгс/мм2, составила 50 мм. Таким образом, установлено, что
область с высоким уровнем напряжения, превышающее в
2.9 раза напряжение в пластине без отверстия, имеет ширину
.примерно 5 мм.
Методики
87
1,0 кгс/мм~
0,75 кгс/мм2
1,2 кгс/мм^
1,3 кгс/мм2
2,9 кгс/мм2
0,15 кгс/мм"
Рис. 1.10.5. Распределение напряжений в зоне кругового отверстия.
Приведем решение задачи плоской пластин с ромбовидным
отверстием, нагруженной сжимающей единичной нагрузкой.
Распределение напряжений в виде изополос разного цвета в
пластине с отверстием в виде ромба, выполненного из изотроп-
ного материала, нагруженного равномерно распределенной
сжимающей нагрузкой, приведено на рис, 1.10.6. Здесь на кон-
туре ромбовидного отверстия напряжения превышают в 3.1 ра-
за, а область с этими напряжениями имеет ширину не более
3 мм.
На примерах решения пластины с круговым отверстием и от-
верстием в виде ромба, нагруженной распределенной сжимаю-
щей нагрузкой по торцам, позволило установить область на кон-
туре отверстия с повышенным уровнем напряжений и размеры
этой области, которую принято в технической литературе назы-
вать концентратором напряжения.
Покажем, что сверление отверстия в стенке ствола не сни-
жает его прочности за счет концентрации напряжения. Для этого
88
Глава 1
Рис. 1.10.6. Распределение напряжений в области ромбовидного от-
верстия.
рассмотрим эффект концентрации напряжения за счет крупных
фракций бетона (заполнителя).
Бетон может содержать заполнитель, например, щебень из
гранита. Известно, что модуль упругости гранита
(0.49 • 101 кгс/мм2) примерно в ~4 раз превышает модуль упру-
гости цементного камня (0.12 1()4 кгс/мм2) в бетоне. В каче-
стве модели крупного заполнителя (гранитного щебня) рассмот-
рим пластину из изотропного материала с модулем упругости це-
ментного камня, в которой имеется область в виде ромба. Внут-
ренняя область пластины, ограниченная контуром ромба, имеет
модуль упругости гранита и обладает изотропными свойствами.
В результате расчетов установлено распределение напряже-
ний в области гранитного камня, которое приведено на
рис. 1.10.7 в виде изополос разного цвета.
Сравнение величин максимальных напряжений в области
кругового отверстия с максимальными напряжениями в области
Методики
89
Кон гур гранитного камня
Рис. 1.10.7. Распределение напряжений в области гранитного камня.
гранитного заполнителя показало, что они практически одина-
ковы. С другой стороны размеры области концентрации напря-
жений в области кругового отверстия и в области гранитного за-
полнителя практически соизмеримы.
Таким образом, показано, что сверление отверстия в бетоне
ствола трубы по своему воздействию соизмеримо с концентра-
цией напряжений в бетоне за счет наличия гранитного заполни-
теля в составе бетона.
Расчеты ветровых и весовых нагрузок, температуры нагрева
бетона стенки и напряженно-деформированного состояния же-
лезобетонных стволов дымовых труб при их экспертизе про-
мышленной безопасности показали, что практически для всех
обследованных труб соблюдаются следующие соотношения:
— напряжение от нагрева составляет ~50% от суммарного
напряжения в бетоне ствола;
90
Глава 1
— напряжение от веса конструкций дымовой трубы состав-
ляет ~20% от суммарного напряжения в бетоне ствола;
— напряжение от ветровой нагрузки составляет ~ 30% от
суммарного напряжения в бетоне ствола.
С другой стороны, проведение ремонта и работы по отбору
проб бетона из ствола трубы происходит при её остановке, т.е.
исключаются нагрев и, следовательно, напряжения от нагрева.
На время ремонта ветровую нагрузку также можно снижать на
~50%, используя временной фактор [6].
С учетом изложенного, фактическое максимальное напря-
жение сжатия в бетоне ствола на период ремонта и работ по от-
бору проб бетона из ствола трубы составит не более 30.. .35%
от величины его максимального значения.
Таким образом, величина максимального напряжения в об-
ласти отверстия не превысит проектной величины. В тоже время
практика обследования железобетонных дымовых труб показы-
вает, что фактический запас прочности по бетону ствола
более 2.
По окончанию исследований проб бетона и состояния ство-
ла проводят заполнение отверстий, оставленных после отбора
проб бетона быстро твердеющим составом со свойством расши-
рения. Этим самым напряжения от нагрева и ветрового воздей-
ствия будут эффективно передаваться через ремонтный состав
и повышение напряжения за счет концентрации напряжений от
этих силовых факторов исключается.
Для железобетонных дымовых труб при выбуривании трех
отверстий с максимальным диаметром равным 100 мм, разме-
щенных равномерно подлине окружности в расчетном сечении,
приводит к снижению прочности ствола не более чем на 2%. Та-
ким образом, эти обстоятельства позволяют проводить отбор
проб бетона практически из любой части ствола железобетон-
ной дымовой трубы.
Согласно технологии возведения стволов монолитных желе-
зобетонных дымовых труб, как правило, через 2-2.5 м имеет-
ся горизонтальный шов бетонирования. Участок трубы между
двумя соседними горизонтальными швами бетонирования есть
секция бетонирования. Таким образом, на стволе имеется п —
Методики
91
1 секций бетонирования, где п — количество швов бетонирова-
ния. Для бетонирования каждой следующей секции переставля-
ют опалубку, после того как бетон наберет необходимую проч-
ность. В пределах каждой секции бетонирование идет за один
прием и свойства бетона, как правило, однородны. Отличие
свойств бетона при экспертизе устанавливают в различных сек-
циях, так как если имеются отступления, то они присуще отдель-
ной секции бетонирования. Поэтому каждая секция бетонирова-
ния требует контроля.
При проведении экспертизы промышленной безопасности
монолитных железобетонных дымовых труб Инжремтехстрой
предлагает методику определения мест выбуривания проб бето-
на, основанную на исследовании прочности бетона в зоне наи-
больших сжимающих напряжений в бетоне, а также на контроле
прочности бетона в каждой секции бетонирования.
Расчеты нагрузок и напряженно-деформированного состоя-
ния железобетонного ствола дымовой трубы проводят согласно
ВСН-286-90 “Указания по расчету железобетонных дымовых
труб” [9].
Напряжение в бетоне от весовой и ветровой нагрузок мож-
но определить по аппроксимирующей формуле сгб = Пб^ё, где
~ л л _ 0.292 • 0.567"1 • 2.25с° 4 -
при Со > 0.4 сгб = -------„ . ; при Со < 0.4 сгб =
Си ] U. 11 /Со
1 + Со N . _
—------пб = ---------; h — толщина стенки ствола; Со =
7г(1 + «1) 2rh
М
= ——- — величина безразмерного параметра для участка ствола;
Nr
гп + гвн
г = -------— средний радиус ствола; гн, гвн — радиусы наруж-
ной и внутренней поверхности ствола соответственно; М, N —
изгибающий момент от ветровой нагрузки и осевая сжимающая
л л
сила от весовой нагрузки; = 4ц1——; = —; А, — пло-
Е^ре, bh
щадь поперечного сечения всей вертикальной арматуры в рас-
четном сечении при его ширине b = 100 см; Es — модуль упру-
гости арматуры; Еб — начальный модуль упругости бетона; /3S;
(Зб — коэффициенты, учитывающие влияния температуры на мо-
дуль упругости арматуры и бетона соответственно.
92
Глава I
Таблица 1 10 1
Номер ветрово!о района 1а I II 111 IV V VI VII
Wo, кПа 0 17 0 23 0 30 0 38 0 48 0 60 0 73 0 85
(кгс/м2) (17) (23) (30) (38) (48) (60) (73) (85)
Ияибающий момент Л/(Ki с м) от ветровою потока в стволе
дымовой трубы можно определить по аппроксимирующей фор-
муле
^/ = 4/9AV<£*IWA22rj(l + 0 8Z2.25-18Z). (1 10 2)
где Л'] = 1.4 — коэффициент, учитывающий увеличение изгиба-
ющею момента от крена и искривления ствола под нагружен,
К = 10 если высота дымовой трубы менее 150 м, К = 1 08, ес-
ли высота дымовой трубы более 150 м и менее 300 м, К = 1 15,
если высота дымовой трубы более 300 м, Wo (кгс/м2) — норма-
тивное значения ветрового давления для соответствующего вет-
рового района, табл 1, Zk (м) — расстояние от поверхности зем-
ли до верхнего торца ствола дымовой трубы, Z — Z/Zk, D* —
D + 0 3(£>о — D) (м), D (м) — наружный диаметр ствола на рас-
стоянии Z (м) от поверхности земли, где определяется изгибаю-
щий момент, О() (м) — наружный диаметр ствола на расстоянии
Zk от поверхности земли
На основе расчетов устанавливают наиболее натуженный
участок по высоте ствола дымовой трубы Высоту этою участ-
ка определяют из условия, что сжимающие напряжения на этом
участке более 0,9 максимальной величины напряжения в бетоне
ствола трубы, устанавливаемой по эпюре сжимающих напряже-
ний В примере, рис 1 10 8, этот участок находится между отм
70 000 и отм. 136 000 м
В каждой секции бетонирования устанавливается одно се-
чение, в котором определяется место отбора пробы бетона, при
этом каждое последующее место отбора пробы в следующей
секции расположено под углом 120° по отношению к прсдыду-
Методики
93
Рис I 10 8 Напряжения сжатия в бетоне ствола дымовой трубы
тему, что продемонстрировано па развертке боковой поверхно-
сти, приведенной иа рис 1 10 8
На участке с наибольшими сжимающими напряжениями в
бетоне ствола в каждом сечении секции устанавливаются допол-
нительные два места отбора пробы, расположенных под углом
120и друг к другу, как показано на рис 1 10.9
Дополнительно устанавливают 3 места отбора проб бетона в
3-х швах бетонирования и 3 места в 3-х консолях, на которых
опирается футеровка
Вид па бурильную установку в процессе бурения приведен па
рис 1 10 10 и 1.10 И
По завершении бурения на всю толщину стенки ствола ра-
бочий орган выводится из стенки ствола трубы, проба бетона
извлекается, укладывается в ячейку специального ящика, рис
1 10 12
На пробе бетона несмываемой краской наносится ее номер
согласно схеме отбора проб бетона и указывается се ориенгания
по отношению к фундаменту дымовой трубы
На схеме отмечается дата отбора пробы бетона и расстояние
от поверхности бетона до футеровки
94
Глава 1
Рис. 1.10.9. Схема мест отбора проб бетона на развертке наружной по-
верхности ствола трубы.
Методики
95
Рис. 1 10.10 Жесткое закрепление бурильной установки на боковой
поверхности ствола трубы.
Рис. 1.10.11. Бурильная установка после окончания бурения.
96
Глава 1
Рис. 1.10.11. Проба бетона, подготовленная для транспортирования.
При извлечении из рабочего органа бурильной машины про-
ба бетона сохраняют полностью, не допускают удаления с по-
верхности пробы бетона каких-либо частиц его материала.
Извлеченную пробу бетона хранят и транспортируют только
в горизонтальном положении, рис. 1.10.12.
Заказчик осматривает пробу бетона, отмечает на своей схе-
ме дату её отбора и дату направления пробы в строительную ла-
бораторию, готовит сопроводительные документы для доставки
пробы бетона в лабораторию, и передают её экспертной органи-
зации.
Экспертная организация согласно сопроводительным доку-
ментам доставляет пробы бетона в лабораторию с оформлением
акта сдачи-приемки пробы бетона на испытания.
Критерием прочности бетона ствола железобетонной дымо-
вой трубы является неравенство
(т < [Л],
(1.10.4)
что соответствует не превышению сжимающего напряжения в
бетоне ствола его предельному значению [/?].
Прочность образца на сжатие /?обр приводится к прочности
бетона R на сжатие образца базового размера и формы (за ба-
Методики
97
зовый образец во всех испытаниях принимается образец с раз-
мерами рабочего сечения 150 х 150 мм [12]) по формуле R =
R°^p<yTh, где о — масштабный коэффициент, учитывающий фор-
му и размеры контрольного образца (для цилиндрического об-
разца диаметром 95 мм, используемого Инжремтехстроем, ко-
эффициент а = 1); т/] — коэффициент, учитывающий отноше-
ние длины цилиндра к его диаметру и для конкретных отношений
0.96... 1.14, что согласуется с [ 12], в котором r/i = 0.96... 1.2.
Для определения призменной прочности выполнены следую-
щие преобразования. При принятом в качестве базового образ-
ца куба, нормативная кубковая прочность бетона определяется
по формуле [13] Rn = 0.7787?, а призменная прочность бетона
на сжатие определяется по формуле [13] Rb — 0.727?" и тогда
Rb = 0,547?. Следует отметить, что призменную прочность бе-
тона можно определить по формуле Rb — (0.5.. .0.7)7?обр, при
этом для длины цилиндра к его диаметру (h/d), находящегося в
диапазоне 0.85 .. .2.0 призменную прочность можно определить
0.28
по формуле Rb = 0.54 ( - J 7?обр.
1. На основе пробы бетона ствола можно получить фактиче-
ские исходные данные:
— толщину стенки ствола;
— допустимое напряжение сжатия бетона в стенке ствола;
— состояние теплоизоляции;
— величину коррозионного износа внутренней поверхности
бетона стенки ствола;
— плотность бетона;
— наличие дефектов в бетоне;
— состояние швов бетонирования;
— состояние бетона в консоли;
— диаметр арматуры;
— коррозионное повреждение арматуры.
2. С учётом ремонтных работ ствола трубы, проведение отбо-
ра проб бетона из ствола трубы возможно практически из любо-
го места ствола трубы без снижения его несущей способности.
3. Для вычисления призменной прочности бетона Rb ствола
98
Глава 1
(/? \ °28
— \ R'tC>i\ где h и d —
высота и диаметр контрольного образца для его испытания на
4F
сжатие; 7?обр = —? — напряжение в контрольном образце при
7Г(/“
его разрушении сжимающей силой F
Методики
99
1.11 Методика определения
параметров стяжных колец
кирпичных дымовых труб
Стяжные кольца повышают несущую способность ствола кир-
пичной дымовой трубы при действии на него перепада темпера-
тур вследствие ею нагрева дымовыми газами. В данном разделе
из условия прочности кирпичной кладки ствола определим по-
требные параметры сечения стяжных колец с учетом перепада
температур по толщине стенки ствола, при котором эти кольца
включаются в работу.
Условия прочности кирпичной кладки ствола дымовой трубы
запишем в виде
Ст] — а2 < [а].
(1Н1)
(1112)
а] и а2 — напряжения в кольцевом направлении на внешней
поверхности ствола от перепада температур по толщине
стенки ствола и от кольцевой нагрузки при взаимодействии
стенки ствола со стяжным кольцом соответственно, [ст] — допу-
стимое напряжение растяжения кирпичной кладки ствола дымо*
вой трубы
Выражения для напряжений од и сд имеют вид
И 1 Ё'кЛЛД 11 2-£'кОГ1
(71 —--------, Г7о — -------
R2
где Ид и Ид — соответственно радиальные перемещения наруж-
ной поверхности ствола от перепада температуры и стяжною
кольца от его взаимодействия с кирпичной стенкой; Н2 ~ ради-
ус наружной поверхности ствола, Екпад п Еко.„ — модули упруго-
сти кирпичной кладки и стяжного кольца соответственно, ЕК(Х| =
/?Емет.коп, здесь Емет.КОл — модуль упругости материала стяжно-
го кольца; J < 1 — коэффициент, учитывающий конструктив-
ное исполнение соединений элементов стяжного кольца, кото-
рый рекомендуется определять экспериментальным путем
Перемещение в радиальном направлении наружной поверх-
ности кирпичного ствола от перепада температур по толщине
100
Глава 1
стенки ствола запишем в виде выражения
= ДТ
О'КЛТрД?
2(1-Л)
Ci,
(1.11.3)
где ДТ — перепад температур по толщине стенки ствола;
«клтр — коэффициент линейного температурного расширения
кирпичной кладки; // — коэффициент Пуассона кирпичной
кладки; = —
1
Ln ап
1 - «я.
, здесь аП = Rx/ R2, R\ — ра-
диус внутренней поверхности стенки кирпичного ствола. Выра-
жение для /д можно представить аппроксимирующим выраже-
нием = а@а\ где а =1.0168; [3 = 0.392.
Радиальное перемещение И-’2 наружной поверхности ствола
трубы в зависимости от величины радиального усилия Р
(кгс/мм) взаимодействия кирпичной кладки со стяжным коль-
цом можно представить в виде’
1П2 =
PRi
ЕкопН^
(1.11 4)
где Н — расстояние по оси ствола между двумя смежными стяж-
1 +
ными кольцами; & = ------£ или можно представить в виде
1 ~ а2я
аппроксимирующего выражения £? = 3 737гГ 019
Величину радиального усилия Р можно найти из условия
неразрывности перемещений наружной поверхности ствола тру-
бы и стяжного кольца
in, _ w2 = в;
(1.11 5)
PR2
где = ——-|—, здесь FKOJI = 6b — площадь поперечного
^кол^кол
сечения стяжного кольца (<5 и b — толщина и ширина поперечного
сечения стяжного кольца).
После преобразования выражения (1.11.5) для Р получим.
Р =
д^^КЛТР ЕкалРкоЛ
2(1-//) “
1
(1.116)
Методики
101
F Е
1 кои -^кпад
д Ж’ ~~Ё^
С учетом (111.6) условие прочности (1.11.1) примет вид
дул Q'KHTP Дкпадб 1
2(1-//) 1 + 6£з
(1.11.7)
Параметры стяжного кольца, при которых обеспечивается
прочность кирпичной кладки ствола, можно определить, разре-
шив (1.11.7) относительно В результате получим
где aF =
- коп
1 Е
аг
ДЖ - 1 ,
2тг£2 L И
(1.11.8)
, здесь F* = 2тг R2H — площадь наружной боко-
вой поверхности ствола дымовой трубы между смешными стяж-
2(1 — рх) [ст]
ными кольцами; [ст] = —--------1 — приведенное допустимое
ЬкодОкЛТР
напряжение растяжения кирпичной кладки.
Из условия (1.11.8) можно получить выражение для опреде-
ления перепада температуры (ДТ*), при которой стяжное коль-
цо включается в работу:
ДТ* = И И;1И дт*
41
2(1-Ж
-Еклад^КЛТР^!
(1.11.9)
Графики зависимости от величины aR = RifR?. перепада
температур ДТ* (°C), начиная с которых необходима установка
стяжных колец, для различных значений допустимых напряже-
ний растяжения [ст] для кирпичной кладки ствола приведены на
рис. 1.11.1.
Графические зависимости соотношения параметров стяжно-
го кольца и параметров кирпичного ствола aF = Ткол/Т*от от-
ношения aR = 7?1/7?2 при различных температурных перепадах
по толщине стенки кирпичного ствола и при различных допу-
стимых напряжениях растяжения кладки ствола приведены на
рис. 1.11.2-1.11.4.
102
Глава 1
Рис 1111 Зависимость от од перепада температур ДТ*, начиная с
которых необходима установка стяжных колец
Рис 1112 Зависимость параметров стяжного кольца а/< = F/F* от
о/у = 7? i/7? - 2 при [гт]= 0 015 к! с/мм2
При построении графических зависимостей приняты следу-
ющие данные Еклад = 100 кгс/мм2 — модуль упругости кир-
пичной кладки ствола, Еш, = 20000 kic/mm2 — модуль упру-
гости стяжного кольца (/7 = 1), лкчтр = 5 10_() — коэффи-
циент линейною температурного расширения кирпичной клад-
ки, д/ = 0 25 — коэффициент Пуассона кирпичной кладки, [а] =
0 015 kic/mm2 — допустимое напряжение растяжения кирпичной
кладки (рис 1 112), [гт] = 0 02 кгс/мм2 (рис 1 1 1 3) и [а] = 0 03
кгс/мм2 (рис 1114)
Методики
103
\T=10(FC
Допустимое напряжение
растяжения кирпичной кладки
| ст | =0,02кгс/мм 2
ос/ к К)4
ЬТ=105пС
ЛТ=95"С
D
П5.а
ос//—7? //Т?2
ЛТ=85"С
\Т=80пС
' oL?
Рис 1113 Зависимость параметров стяжного кольца од = F/F* от
(уц = 7?1/7? - 2 при [<т]= 0 02 кгс/мм2
Рис 1114 Зависимость параметров стяжного кольца (\н = F/F* от
(Ун = R[/B - 2 при [<т]= 0 03 кгс/мм2
Приведем конкретный пример использования графической
зависимости, приведенной на рис 1.11 2. Например, для рас-
сматриваемого сечения кирпичной дымовой трубы известны ра-
диусы внутренней и наружной поверхностей: соответственно
/?1 = 4275 мм и /?2 = 5825 мм, тогда а1{ = R1/R2. — 0 72.
По методике, изложенной выше, определен перепад темпе-
ратур по толщине стенки ствола ДТ = 60°С Из графика па
рис 1112 при (Уи =0,72 и ДТ = 60°С находим величину аГ =
-2^4 =-------- =05- 10"4 (показано стрелками).
Я* 2тг7?2Я V Ь
Далее найдем минимально допустимое расстояние Н между
стяжными кольцами При заданной площади поперечного сече-
104
Глава 1
ния стяжного кольца FKOJI = 5b = 10 • 100 = 1000 мм2 и радиусе
Т?2 = 5825 мм наружной поверхностей стенки ствола кирпичной
дымовой трубы минимально допустимое расстояние будет равно.
Н = = ------1000-------- 582{. = 544 мм
(Тр2тг7?2 0.5 -10 • 2тг
Методики
105
1.12 Методические рекомендации по
установке оборудования
цифровой сотовой сети
подвижной связи на стволах
дымовых труб
Анализ конструкций дымовых труб показывает, что высота их
достаточна для использования в качестве носителя оборудова-
ния цифровой сотовой сети связи, поэтому объясним постоянно
возрастающих интерес разработчиков беспроводной связи к их
использованию.
Оборудования цифровой сотовой сети связи, которое необ-
ходимо разместить на стволе железобетонной дымовой трубы
(высотой 120м) по массе составляет около 1500 кг и состоит из
фидеров (кабелей) и излучателей (антенн), например, в составе,
приведенном в табл 1.13 1. Кроме этого необходимо учитывать
вес элементов крепления антенн и фидеров.
Таблица 1.13.1
Обозначение оборудования Коли- чество антенн Вес ан- тенны Габаритные размеры антенны Вес фидеров
- Нс м кН
Aligon 7232 02 6 126 1 94 х 0 16 х 0.055 10
Aligon 7601 02 3 70 1 292 х 0 167 х 0 058 5
Sell wave AP901213 1 210 2 0 x 0 150 х 0.055 1 8
Mini Link-23 1 100 0.64 х 0.64 х 0 28 0 14
Фидера располагаются вдоль ствола дымовой трубы, при
этом предпочтительным вариантом является размещение фиде-
ров вдоль ходовых лестниц, используя имеющиеся силовые эле-
менты лестниц для крепления фидеров, например, к ходовым
скобам
106
Глава 1
Излучатели (антенны) могут быть выполнены круговыми,
прямоугольными в плане и предпочтительным вариантом явля-
ется крепление их на светофорных площадках. Имеются вари-
анты, когда излучатели могут быть закреплены на специально
организованных для этого силовых элементах, например, стяж-
ных кольцах, закрепляемых на стволе дымовой трубы
Конструкция дымовой трубы обусловлена её назначением,
характером внешних и внутренних воздействий, таких, к при-
меру, как ветровые нагрузки, сейсмические силы инерции, соб-
ственный вес и вес металлоконструкции, циклические суточные
и годовые температурные перепады окружающей среды, а так-
же изменения температуры, объема и состава отводимых газов,
определяемых технологическими процессами, ит д
Наибольшее число повреждений этих труб происходит в ре-
зультате неблагоприятного воздействия технологической и
окружающей среды
В наиболее неблагоприятных условиях находятся головки
(оголовки) у всех видов дымовых труб, которые располагаются в
зоне окутывания, где конденсируются, и выпадает значительное
количество вредных составляющих отводимых газов
Поэтому размещение дополнительного оборудования (в на-
шем случае для обеспечения сотовой телефонной связи) требует
согласно ПБ03-445-02 (п 15а раздела 1) согласования с экс-
пертной организации
Согласование может быть получено после изучения ряда во-
просов, к которым можно отнести
определение дополнительных нагрузок на ствол дымовой
трубы, вызванное дополнительным оборудованием,
определение достаточной прочности ствола дымовой трубы
при действии на него нагрузок с учетом дополнительного обору-
дования,
обоснование прочности узлов, используемых для крепления
дополнительно)о оборудования,
создание условий, не ухудшающих тепловой режим ствола,
за счет размещения на нем дополнительного оборудования, так
как изменение условии теплоотвода может привести, например.
Методики
107
для металлических дымовых труб к ускоренной коррозии стенки
ствола.
При экспертизе промышленной безопасности дымовых труб
проводят расчеты нагрузок и прочности (в ряде случаев — ре-
сурса) с использованием исходных данных, фактические значе-
ния которых устанавливают при проведении обследовательских
работ
Для проведения расчетов несущей способности ствола ды-
мовой трубы необходимо провести расчеты дополнительной ве-
совой и ветровой нагрузки от устанавливаемого оборудования
цифровой сотовой сети связи
Весовые нагрузки на устройства крепления антенн необхо-
димо принимать из проектной документации.
Дополнительная ветровая нагрузка И'(кПа) от устанавлива-
емого оборудования цифровой сотовой сети связи определяется
по аппроксимирующей формуле
IV = 2СД025Ио. (1.13.1)
где П о ~ нормативное значение ветрового давления приведено в
табл 2 в зависимости от ветрового района, Z (м) — высота раз-
мещения оборудования, отсчитываемая от поверхности земли, С
— аэродинамический коэффициент лобового сопротивления ме-
няется в широких пределах С = (0.4-0.9), и поэтому рекоменду-
ется определять его в каждом конкретном случае, следуя реко-
мендациям [5]
Таблица 113 2
Номер ветрового района 1а I II III IV V VI VII
П о, кПа 0 17 0 23 0.30 0 38 0.48 0 60 0 73 0 85
( К1 ( /м2) (17) (23) (30) (38) (48) (60) (73) (85)
Сравнительные расчеты для железобетонной дымовой трубы
h = 120м показали, что величина изгибающего момента от вет-
ровой нагрузки па ствол грубы дымовой после установки обору-
дования цифровой сотовой сети связи в наиболее нагруженном
108
Глава 1
сечении на отм.О 00 составил 2% по отношению к изгибающе-
му моменту в этом же сечении до установки оборудования. При
этом весовая нагрузка увеличилась на величину менее 0.2%.
В то же время, например, ходовая лестница крепится к же-
лезобетонному стволу при помощи держателей, которые нагру-
жаются весом ходовой лестницы и весом элементов ограждения.
Погонный вес ходовой лестницы с ограждением примерно равен
0.51кН/м. Таким образом, вес ходовой лестницы составит около
59кН для ствола железобетонной ДТр высотой 120м. Как сле-
дует из табл. 1 вес фидеров составит около 17кН. Таким обра-
зом, увеличение нагрузки на держатель от веса фидеров соста-
вит 28.8% при условии равномерного распределение нагрузки на
все держатели. Как видно из приведенного примера крепление
дополнительного оборудования к металлическим конструкциям
ДТр может привести к существенному увеличению нагрузки на
их элементы крепления.
Методики
109
1.13 К вопросу промышленной
безопасности вентиляционной или
дымовой промышленной трубы
при выводе её из эксплуатации
Наблюдение за объектами, выведенным из эксплуатации, но
оставленных без каких то мероприятий, обеспечивающих их за-
щиту от воздействий окружающей среды, показало, что за ко-
роткий период могут быть полностью потеряны эксплуатацион-
ные свойства, обеспечивающие их надежную работу.
Под консервацией ДТр понимается совокупность мер, обес-
печивающих сохранение её технически характеристик при выво-
де из эксплуатации на длительный срок (более года).
Перевод в резерв основного оборудования или при его оста-
новке на длительный ремонт, влечет вывод из эксплуатации вен-
тиляционной или дымовой промышленной трубы (далее по тек-
сту — трубы), т.е. отключение её от теплоагрегатов
Воздействия на ствол трубы при выводе её из эксплуатации
отличаются от воздействий при эксплуатации. В этом случае
правомерно рассмотреть имеющиеся повреждения силовых кон-
струкций дымовой трубы на момент вывода её из эксплуатации
и предусмотреть мероприятия по снижению интенсивности раз-
вития этих повреждений.
Если на время эксплуатации трубы разработан нормативный
документ [2], выполнение которого обеспечивает ее безопасную
эксплуатацию, то вопрос промышленной безопасности трубы на
время вывода её из эксплуатации в нормативных документах
Госгортехнадзора практически не рассмотрен.
Анализ нормативных документов по эксплуатации труб поз-
волил установить только временной интервал, выведенной из
эксплуатации трубы, в течение которого необходимо обеспечить
ее промышленную безопасность.
Трубы сооружают из различных материалов В зависимости
от материала, из которого выполнен несущий ствол трубы, она
110
Глава 1
может быть кирпичной, железобетонной (сборной или монолит-
ными), металлической или из композиционных материалов.
Применение железобетонных и кирпичных конструкции в
различных отраслях народного хозяйства показало, что продол-
жительность безремонтной эксплуатации конструкции резко
различается Наиболее интенсивные повреждения отмечаются
при воздействии на железобетонные и кирпичные конструкции
среды, содержащей кислоты (в виде водных растворов) или кис-
лые газы, образующие кислоты при растворении в конденсате
или воде
Как показывают обследования, повреждения железобетон-
ных и кирпичных конструкций зависят от многих факторов. К
этим факторам можно отнести’
— вид, состав среды и условия контакта, влажность среды и
температура;
— химический свойств вяжущего бетона, его структурная
проницаемость;
— конструктивные решения и, в частности, вид, количество и
расположение арматуры;
— вид и уровень напряженного состояния в бетоне и в арма-
туре,
— вид и уровень напряженного состояния в составляющих
кирпичной кладки
К факторам, определяющим интенсивность коррозионных
процессов железобетона и кирпичной кладки, относятся вид
среды, ее химический состав, концентрация, температура и ре-
жим действия.
К факторам, определяющим сопротивление железобетона и
кирпичной кладки коррозионным процессам, относятся’ вид вя-
жущего в бетоне, его химический, минеральный состав, химиче-
ский состав заполнителей, плотность бетона, его структура, вид
арматуры, вид применяемых для кирпичной кладки материалов
и др.
Таким образом, на величину повреждения силовой конструк-
ции железобетонной и кирпичной трубы влияет как агрессив-
ность воздействия, так и сопротивляемость материала её сило-
вых элементов
Методики
111
Переменный режим работы дымовой трубы, переход с мазута
на газ приведи к резкому снижению их надежности в результате
накопленных повреждений.
Из этого следует, что выводимые из эксплуатации трубы, как
правило, находятся в состоянии, которое требует экспертизы с
целью установления категории опасности повреждений, имею-
щихся в конструкциях трубы
Это мероприятие можно считать первым при консервации
трубы, выводимой из эксплуатации.
Далее необходимо рассмотреть воздействия на трубу на вре-
мя вывода её из эксплуатации.
При отключении трубы от теплоагрегатов прекращается воз-
действие агрессивных составляющих отводимых газов на
материалы конструкции трубы и их нагрева, при этом
ветровые нагрузки и нагрузки от веса конструкций трубы сохра-
няются
При эксплуатации в результате воздействия на железобетон-
ную трубу отводимых газов величина нагрева наружной и внут-
ренней поверхностей ствола различна — внутренняя поверх-
ность более нагрета, а наружная менее. За счет неравномерного
нагрева по толщине железобетонного ствола на внутренней по-
верхности железобетонного ствола действуют сжимающие на-
пряжения, которые суммируются с напряжениями сжатия от
ветровых нагрузок и от веса конструкций ствола. Например, ве-
личина напряжения сжатия в бетоне железобетонного ствола от
его неравномерного нагрева составляет до 50% от величины
суммарного напряжения сжатия
То же можно сказать и о стволе кирпичнои дымовой трубы.
Нагрев ствола металлической дымовой трубы в расчетах его
напряженно-деформированного состояния практически не учи-
тывается
Из практики обследования труб, находящихся в эксплуата-
ции, установлено, что ствол практически не подвергается био-
разрушению
Для выведенных из эксплуатации труб можно предположить,
что биоповреждения будут иметь место.
1 12
Глава 1
Повышенное содержание влаги в воздухе всегда способству-
ет росту микроорганизмов, грибов, водорослей и лишайников на
бетонных изделиях
В бетонах биоповреждения обусловлены воздействием про-
дуктов метаболизма микроорганизмов
Основные процессы разрушения обусловлены действием
кислот, выделяемых в процессе жизнедеятельности микроорга-
низмов Перечень таких кислот весьма обширен
В настоящее время отсутствует нормативная база, регламен-
тирующая долговечность конструкции трубы, которые подверга-
ются микробиологическим воздействиям
Установлено, что процесс изменения прочности бетона в
большинстве биологических сред можно разделить на два пери-
ода Первый (в течение 5-18 месяцев) характеризуется продол-
жающимся ростом прочности бетона, на который накладывается
процесс уплотнения за счет заполнения пор бетона продуктами
жизнедеятельности микроорганизмов. Картина “ложное упроч-
нение" особенно характерна для высокопрочных бетонов.
Второй период (18-22 месяца) характерен разрушением
структуры бетона за счет реагирования с продуктами метабо-
лизма микроорганизмов, накопленными к этому времени в по-
рах бетона в результате жизнедеятельности бактерий Скорость
процесса зависит от класса бетона и характера среды Деструк-
ция материала носит затухающий характер и снижение прочно-
сти бетона в микробиологических средах достигает в среднем
40-50%. Снижение модуля упругости бетона происходит мед-
леннее чем снижение прочности Через три года снижение моду-
ля упругости составляет 30-45%
Для борьбы с микроорганизмами — предотвращение роста
бактерии, грибов, проводится опрыскивание растворами анти-
биотиков. Для борьбы с лишайниками рекомендуется обработка
10-20%-ным раствором гипохлорида кальция.
Для снижения повышенного содержания влаги в воздухе все
мероприятия сводятся к предупреждению протечек, промерза-
нию степ ствола трубы, нарушению вентиляции, которые явля-
ются действенными мерами защиты от биоповреждений бетона
Методики
ИЗ
Кроме этого необходимо предусмотреть мероприятие по за-
щите территории расположения трубы несанкционированного
доступа, для исключения вандализма и мародерства.
Собственно промерзание стены ствола трубы может приве-
сти к снижению прочности бетона за счет разрушение пор бето-
на, образующимся льдом из имеющейся в них влаги.
Для всех труб на время вывода их из эксплуатации рекомен-
дуется осуществить защиту выходного отверстия от попадания
во внутрь трубы атмосферных осадков, при этом оставить воз-
можность выхода воздуха из трубы за счет естественной венти-
ляции.
Эффективность естественной вентиляции характеризуется
коэффициентом смены объёма воздуха в помещении (в дымо-
вой трубе). Наибольшую эффективность естественной вентиля-
ции можно достичь, если выход воздуха из трубы осуществлять
через цилиндрическую трубу с установленным на её выходном
отверстие дефлектором. Дефлектор позволяет повысить степень
разряженности и, следовательно, величины тяги в результате
обдува его потоком воздушных масс.
Для металлических труб внутреннюю поверхность рекомен-
дуется очистить от продуктов коррозии и выполнить антикор-
розионную защиту, как внутренней, так и наружной поверхно-
стей ствола. За счет гигроскопичность продуктов коррозии ста-
ли, происходит накопление влаги в них при увлажнении и замед-
ляется испарение влаги с её поверхности, что способствует кор-
розионным процессам
Для кирпичных и железобетонных труб рекомендуются ме-
роприятия по дополнительной защите наружной поверхности от
намокания и проникновения влаги через трещины и щели на её
поверхности Это объясняется тем, что при отводе газов труба
нагрета и происходит быстрое её высыхание, в то время как при
отключении трубы оттеплоагрегатов температура наружной по-
верхности не превышает температуру окружающей среды и вла-
га испаряется не так интенсивно. Задержка влаги и приводит к
негативным процессам связанным с замораживанием и оттаива-
нием, так и к биоповреждениям.
114
Глава 1
Поэтому, кроме традиционной антикоррозионной защите
можно рекомендовать защиту поверхности железобетонной и
кирпичной дымовой трубы с использованием технологии компа-
нии S1KA Для гидроизоляции бетонных конструкций у компа-
нии SIKA разработано большое количество жестких и эластич-
ных материалов на цементной и полимерной основе
Внутреннюю поверхность как кирпичного, так и железобе-
тонного ствола рекомендуется также очистить от продуктов кор-
розии.
Применение тех или иных мероприятий при консервации тру-
бы требует практического освоения с использованием приведен-
ных рекомендаций и ежегодного наблюдения за их эффективно-
стью.
Методики
115
1.14 Прочность ствола
железобетонной дымовой трубы,
усиленной железобетонной
обоймой
В основу установления фактического состояния бетона ство-
ла дымовой трубы по всей ее высоте положены исследование
проб бетона, полученных выбуриванием их из бетона ствола и
неразрушающий метод контроля поверхностной прочности бе-
тона.
Железобетонная обойма устанавливается с целью снижения
напряжений на участке ствола, на котором по результатам об-
следования выявлено, что действующие напряжения, возникаю-
щих в бетоне ствола трубы при действии ветровой нагрузки на
неё превышают фактическую допустимую величину для бетона.
Железобетонная обойма, рис. 1.5.1, выполняется толщиной
120-200 мм и армируется вертикальной арматурой 012 мм и ша-
гом 200 мм и горизонтальной арматурой также 012 мм и шагом
200 мм класса AIII На наружной поверхности железобетонно-
го ствола закрепляются стяжные кольца поперечного сечения
10 х 100 мм с шагом 5000 мм, к которым приваривается вер-
тикальная арматура.
В результате воздействия на железобетонную трубу отводи-
мых газов величина нагрева наружной и внутренней поверхно-
стей железобетонного ствола различна — внутренняя поверх-
ность более нагрета, а наружная менее. За счет неравномерного
нагрева по толщине железобетонного ствола на внутренней по-
верхности железобетонного ствола действуют сжимающие на-
пряжения, которые суммируются с напряжениями сжатия от
ветровых нагрузок и от веса конструкций ствола Величина на-
пряжения сжатия в бетоне железобетонного ствола от его не-
равномерного нагрева составляет от до 50% от величины сум-
марного напряжения сжатия. Нагрузка от веса и от ветрового
воздействия, как правило, делятся поровну. Таким образом,
установка железобетонной обоймы может только частично ком-
116
Глава 1
пенсировать напряжения сжатия в бетоне ствола от ветровой
нагрузки.
В результате установки железобетонной обоймы увеличива-
ется весовая нагрузка на ствол дымовой трубы, т.е. напряжения
в бетоне ствола увеличиваются.
Методики
117
Рис 115 2 Результаты расчета напряжений сжатия в бетоне ствола
дымовой трубы при фактических её параметрах, усиленной железо-
бетонной обоймой 1 — напряжения сжатия в бетоне только от веса
конструкций ствола трубы, 2 — напряжения сжатия в бетоне только от
ветровой нагрузки (от изгибающего момента); 3 — напряжения сжатия
в бетоне только от нагрева, 4 — напряжения сжатия в бетоне от од-
новременного действий веса конструкций ствола трубы и ветровой на-
грузки, 5 — напряжения сжатия в бетоне от одновременного действий
веса конструкций ствола трубы, ветровой нагрузки и нагрева, 6 — до-
пустимые напряжения сжатия в бетоне ствола, установленные при об-
следовании
Ожидаемая величина снижения напряжений в сжатия в бе-
тоне ствола составит ~15%.
Оценить величину напряжений в бетоне ствола с учётом же-
лезобетонной обоймы, можно используя методику расчета на-
пряженно-деформированного состояния, приведённую в разде-
ле 1.9.
Для того, чтобы установить напряжения в бетоне ствола
только от веса конструкций ствола трубы, рекомендуется при-
нять величину изгибающего момента равным нулю. Для уста-
новления напряжения в бетоне ствола от изгибающего момента
рекомендуется от полной нагрузки вычесть величину напряже-
118
Глава 1
ния от весовой нагрузки.
Используя эти два замечания можно установить величину
напряжения сжатия в бетоне ствола с учетом подкрепляющего
действия железобетонной обоймы.
Пример последовательности расчёта напряжения сжатия в
бетоне ствола дымовой трубы приведен на рис 1 5 2
ГЛАВА
ЭКСПЕРТИЗА ПРОМЫШЛЕННОЙ
БЕЗОПАСНОСТИ С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАРАМЕТРОВ
Экспертиза промышленной безопасности ...
121
2.1 Определение параметров дымовых
труб
Стандартизация параметров позволит сравнивать результа-
ты экспертиз, проведенных различными специализированными
организациями, предотвращать аварийные ситуации на про-
мышленных предприятиях и будет способствовать повышению
надежности их работы.
Расширение перечня параметров, охватывающих все пере-
численные этапы, даст возможность повысить эффективность
экспертизы.
В данном разделе книги рассмотрены основные положения
и порядок формирования оптимального перечня параметров на
примере дымовых труб, который может быть положен в основу
стандартного перечня при последующей унификации эксперти-
зы строительного сооружения в рамках отрасли или региона, а
также даны предложения о расширенном толковании эксперти-
зы, проводимой на всех этапах жизненного цикла строительного
сооружения.
Под параметром будем понимать единицу информа-
ции о строительном сооружении, если ему присвоено на-
именование, известны идентификатор, единица измерения и его
значение. Параметры могут быть как количественными, так и
качественными. С другой стороны, по типу значений параметров
они могут быть проектными, допустимыми, замеряемыми (фак-
тическими) и вычисляемыми и служить исходными данными для
определения других параметров.
Например, проектный параметр оболочки ствола металличе-
ской дымовой трубы — проектная толщина стенки обо-
лочки в рассматриваемом сечении с идентификатором fnp;
этот параметр — количественный, так как его значение характе-
ризуется числом, например 8, с единицей измерения мм. Факти-
ческий параметр — тип местности по воздействию вет-
ровых нагрузок на строительное сооружение с иденти-
фикатором ТМВ является качественным, и его значение может
быть определено характерной величиной, например А.
122
Глава 2
Под параметрами строительного сооружения следует по-
нимать также информацию о дефектах и повреждениях, к кото-
рым относятся отклонения по качеству, форме и фактическим
размерам их конструктивных элементов от требований проекта
и нормативных документов, возникающие при изготовлении на
заводе, транспортировании, возведении и эксплуатации.
И, наконец, к параметрам строительного сооружения нуж-
но отнести показатели состояния сооружения, определенные на
основе экспертизы: исправное — все элементы удовлетворяют
требованиям действующих нормативных документов и проект-
ной документации; работоспособное — удовлетворяются все
требования по дальнейшей безопасной эксплуатации, но име-
ются незначительные отступления от действующих норм и про-
екта; ограниченно работоспособное — возможна дальней-
шая эксплуатация при определенных ограничениях, разработ-
ке мероприятий по устранению выявленных дефектов и повре-
ждений и неработоспособное — возможна потеря несущей
способности конструкций, исключающая дальнейшую безопас-
ную эксплуатацию, а также параметр усиление (при необходи-
мости), применение которого будет способствовать дальнейшей
безопасной эксплуатации строительного сооружения. Поэтому
естественно расширить понятие экспертизы строительного со-
оружения и рассматривать его как комплекс обследовательских
и расчетных работ не только на стадии эксплуатации уже возве-
денного сооружения, но и на других этапах
Параметры (в зависимости от источника получения данных)
могут быть классифицированы как установленные из проект-
ной, эксплуатационной и иной документации, замеренные в
результате обследования и вычисленные. На основе этих па-
раметров можно определить наличие (отсутствие) дефектов и
повреждений в строительном сооружении.
Под дефектами строительного сооружения будем понимать
отклонения качества, формы и фактических размеров конструк-
ций, их элементов и материалов от требований нормативных до-
кументов или проекта, возникающие при проектировании, изго-
товлении и возведении или монтаже. Дефекты, возникающие при
изготовлении и транспортировании конструкций и материалов,
Экспертиза промышленной безопасности . .
123
могут быть выявлены и устранены до этапа их применения, а де-
фекты возведения и монтажа — до приемки сооружения в экс-
плуатацию, что подтверждает необходимость расширения поня-
тия экспертизы
Повреждения строительных сооружений можно рассматри-
вать как отклонения качества, формы и фактических размеров
конструкций от требований нормативных документов или про-
екта, возникающие при эксплуатации.
В качестве параметров следует рассматривать различные ви-
ды воздействий, приводящих к повреждениям конструкций ме-
ханические — силовые и температурно-влажностные, а также
химические и комбинированные. Рассмотрим параметры повре-
ждений для одного вида строительных сооружений — дымовых
труб.
При механических воздействиях могут возникнуть повреж-
дения из-за несоблюдения проектного режима эксплуатации,
применения некачественных строительных материалов и нару-
шений технологии возведения дымовых труб, а также при “хлоп-
ках”, ударах молнии, одностороннем “замачивании” фундамен-
та; они проявляются в виде местных разрушений (разрывов, тре-
щин, сколов кирпича, бетона с выпучиванием продольной арма-
туры), деформаций конструктивных элементов, кренов и искрив-
ления стволов, осадки фундаментов, отслоения кирпича или бе-
тона площадками. Степень повреждения конструкций в резуль-
тате силовых воздействий характеризуется шириной раскрытия
и длиной трещин, площадью и глубиной деструктивных разру-
шений.
В результате температурно-влажностных воздействий по-
вреждения проявляются в виде системы вертикальных и гори-
зонтальных трещин, отслоения кирпича и бетона площадками,
образования конденсата с выходом на наружную поверхность
трубы, а также наледей в зимнее время.
Повреждения от химических и электрохимических воздей-
ствий возникают под действием агрессивных сред в виде кор-
розии бетона, раствора, защитных покрытий, металлов и явля-
ются наиболее опасными. При высоком уровне грунтовых вод и
повышенной их агрессивности наиболее подвержены разруше-
124
Глава 2
ниям от химических воздействий фундаменты, а также оголовки
дымовых труб в результате окутывания их отводимыми газами
и воздействия атмосферных осадков. Повреждения светофор-
ных площадок и ходовых лестниц дымовых труб проявляются,
например, в виде коррозионного износа их металлических кон-
струкций, деформаций и т.п.
Наибольшее число повреждений дымовых и вентиляционных
труб происходит в результате неблагоприятного воздействия
технологической и окружающей среды.
Неблагоприятно воздействуют на состояние дымовой трубы
несоблюдение параметров температурно-влажностного режима,
горение газов в газоходах и самой трубе, разгерметизация дымо-
вого тракта, шиберов, поступление в трубу химически агрессив-
ных газов с влажностью выше и температурой выше или ниже
проектных значений.
Большинство повреждений можно определить уже при на-
ружном осмотре трубы. Например, для ствола трубы можно
выявить состояние несущих конструкций: кирпичной кладки, бе-
тона, плотность сцепления бетона с арматурой, ее оголение и
прогибы, наличие и ширину раскрытия вертикальных трещин,
отслоение защитного слоя бетона, наличие и величину плохо
уплотненных участков, состояние стяжных колец и других ме-
таллических конструкций, а также оценить степень коррозии ме-
талла, состояние лакокрасочных покрытий, целостность свар-
ных швов, заклепочных и болтовых соединений, повреждений в
узлах сопряжения звеньев ходовых лестниц, в местах их креп-
ления к стволу трубы, состояние вантовых растяжек, узлов их
крепления и другие дефекты, различаемые и оцениваемые визу-
ально.
Обследование промышленной дымовой трубы включает: на-
ружный осмотр трубы; внутренний осмотр газоотводящего ство-
ла или футеровки; осмотр межтрубного пространства труб ти-
па “труба в трубе”; определение прочности и состояния мате-
риалов неразрушающими методами контроля, отбор образцов и
проведение лабораторных испытаний; исследование изменений
характеристик грунтов основания и гидрогеологических условий
вследствие техногенных воздействий; определение крена (ис-
Экспертиза промышленной безопасности ...
125
кривления) и осадки трубы; замеры температурно-влажностных,
газовых и аэродинамических режимов; расчеты несущей спо-
собности ствола и конструкций с учетом выявленных дефектов
и повреждений.
При осмотре металлической дымовой трубы следует прове-
рить: антикоррозионное покрытие, а при наличии его наруше-
ния — глубину коррозии металла; целостность металлического
кожуха, сварных швов, болтовых и заклепочных соединений; со-
стояние вантовых оттяжек; исправность узлов их крепления к
кожуху трубы и анкерным устройствам; состояние постаментов
под трубы и анкерных креплений труб к фундаментам.
Определение параметров, в наибольшей степени влияющих
на осадку фундамента,
Отбор проб материалов несущего ствола, футеровки или га-
зоотводящих стволов должен проводиться с учетом результа-
тов предварительного обследования. Использование электроду-
говой или газовой резки для отбора проб материалов металличе-
ских газоотводящих стволов не допускается.
Для дымовой трубы важным параметром является крен ство-
ла, поэтому наблюдения за ним и осадками фундаментов геоде-
зическими методами в первые два года эксплуатации проводятся
2 раза в год, а в дальнейшем — 1 раз в год. В случае стабилизации
осадок (не более 1 мм в год) измерения проводятся 1 раз в 5 лет.
Во избежание одностороннего нагрева ствола трубы крен трубы
должен определяться в несолнечную погоду либо рано утром.
Внеочередные измерения кренов и осадок труб следует про-
водить при выявлении явных или косвенных признаков увели-
чения деформаций сооружения (явно видимый наклон или ис-
кривление ствола трубы, раскрытие горизонтальных трещин на
наружной поверхности ствола или трещин в швах сопряжения
газоходов с оболочкой трубы, в местах примыкания отмостки и
др.), а также после стихийных бедствий и чрезвычайных проис-
шествий.
Для дымовых труб необходимо также определять параметры
состояния футеровки. При обнаружении признаков обвалов фу-
теровки или основания трубы, наличии в футеровке разрушений
кирпича и раствора от химической коррозии, выпадении кирпи-
126
Глава 2
чей, отслоении штукатурки, видимом абразивном износе футе-
ровки или разделительной стенки (рассекателя) должен быть
проведен натурный осмотр внутренней поверхности трубы по
всей высоте.
При отсутствии признаков обвалов футеровки осмотр про-
водится по схеме “снизу—вверх”, при наличии обвалов — по схе-
ме “сверху—вниз” В случае перемещения вниз нависшие участ-
ки футеровки и отслоившейся штукатурки сбрасываются внутрь
трубы. При обследовании футеровки следует проверять состо-
яние теплоизоляции в прослойке между стволом трубы и футе-
ровкой, а также противокоррозионную защиту ствола. Осмотр
состояния футеровки и внутренней поверхности ствола трубы
проводится снизу с освещением осматриваемых участков при
помощи прожектора с использованием оптической техники, с
люльки при необходимости вскрыть футеровку.
Одновременно с наружным осмотром ствола трубы или ме-
жтрубного пространства необходимо проводить и осмотр дымо-
вого тракта, чтобы определить состояние его теплоизоляции, на-
личие неплотностей и подсосов воздуха.
Осмотр межтрубного пространства труб типа “труба—в тру-
бе” проводится с внутренних ходовых лестниц и перекрытий.
При этом: проверяется состояние внутренней поверхности же-
лезобетонного ствола, рабочих швов бетонирования, конструк-
тивных элементов газоотводящего кремнебетонного, металличе-
ского, кирпичного или композитного ствола; определяется со-
стояние стыков и компенсаторов, сварных швов, теплоизоляции,
крепления тяг и подвесок, перекрытий, металлоконструкций
смотровых площадок и лестниц, ходовых скоб; проводится оцен-
ка степени коррозии материалов.
Замеры температурно-влажностных, газовых и аэродинами-
ческих режимов необходимо выполнять по газовому тракту от
теплотехнического агрегата до трубы, в стволе трубы и в зазоре
между стволом и футеровкой или в межтрубном пространстве
Замеры проводят в специально предусмотренных проектом ме-
стах, а при их отсутствии — в месте входа газохода и на отметках
отбора проб материалов. Местные температурные аномалии на
поверхности ствола трубы определяют с помощью инфракрас-
Экспертиза промышленной безопасности ...
127
ной техники (тепловизионное обследование); при этом прояв-
ляются некачественные швы бетонирования, трещины несуще-
го ствола, понижение сопротивления газопроницанию материа-
ла ствола, места разрушения ствола или футеровки, нарушение
или отсутствие теплоизоляции. Это не заменяет натурного об-
следования, но рекомендуется как предшествующее ему
Важными параметрами, определяющими состояние трубы,
являются категории опасности имеющихся дефектов и повре-
ждений'
категория “А” — дефекты и повреждения несущих конструк-
ций труб, представляющие непосредственную опасность их раз-
рушения (недопустимые по нормам крены и искривления ство-
лов, трещины, разрушения на значительных площадях и боль-
шая глубина бетона и кирпича, обрушения участков футеровки,
местные прогибы металлических труб, выходящие за пределы
нормативов, срез болтов в местах соединения царг и др.);
категория “Б” — дефекты и повреждения труб, не представ-
ляющие непосредственной опасности разрушения их несущих
конструкций, но способные вызвать повреждения других эле-
ментов и узлов или перейти при развитии повреждения в кате-
горию “А”,
категория “В” — дефекты и повреждения локального харак-
тера, которые при последующем развитии не влияют на несущие
конструкции труб (повреждения ходовых лестниц, светофорных
площадок, ограждений и др ).
Внеплановые обследования ДТр по определению техничес-
кого состояния и остаточного ресурса должны проводиться по-
сле.
стихийных бедствии (ураганов, землетрясении, пожаров и т.
п ), приведших к повреждениям категорий “А” и “Б”,
“хлопков”, приведших к повреждениям категорий “А” и “Б”;
превышения крена трубы допустимых значений,
частичного разрушения степ кирпичного или железобетонно-
ю ствола, образования прогаров в кожухе металлической тру-
бы, появления горизонтальных и вертикальных трещин, выколов
и отслоения защитного слоя бетона с выгибом стержней верти-
кальной арматуры на участках более 1 м по окружности,
128
Глава 2
обвалов участков футеровки, падения разделительных сте-
нок, сквозных повреждений внутренних стволов, разрушения
кирпичных оголовков и других несущих элементов;
разрушения (расслоения) кирпича кладки ствола на глубину
более 20 мм, раствора — более 40 мм;
систематического намокания или обледенения наружной по-
верхности ствола;
расконсервации для пуска трубы.
Должны быть обеспечены также систематический контроль
химического состава отводимых газов и их температуры при ра-
боте технологических агрегатов (установок), а также своевре-
менные меры по восстановлению режима проектной эксплуата-
ции трубы.
В местах присоединения к трубе газоходов необходимо кон-
тролировать качество деформационных швов, отделяющих
ствол (фундамент) трубы от газоходов, и их герметичность, до-
стигаемую заполнением швов соответствующим эластичным ма-
териалом.
При осмотре труб проверяют наличие и исправность на них
контрольно-измерительных приборов, предусмотренных проек-
том, а также молниезащиты, которая должна соответствовать
требованиям инструкции [10]. Проверку контура молниезащиты
следует проводить ежегодно. Сопротивление контура не должно
превышать 50 Ом.
Особенно тщательно следует осматривать трубы, возведен-
ные в зонах вечной мерзлоты, сейсмоопасных зонах, на подра-
батываемых территориях, просадочных грунтах и основаниях, а
также при эксплуатации их в условиях повышенной влажности,
избыточного давления отводимых газов и действия других не-
благоприятных факторов.
Экспертиза промышленной безопасности
129
КАРТА ЗАМЕРОВ ЭПБ-КЗ
CouiacoBdiio
П ре дс та в и те п ь м к<1 з ч и к а
Утверждаю
Руководитель
экспертной организации
2.2 Карта замеров (ЭПБ-КЗ)
Экспертиза промышленной безопасности
металлической дымовой трубы №
Предприятие............................
Область................................
Город..................................
Исполнитель
от экспертной оринпзацин
Москва • 2003
Металлическая дымовая труба Н
Наименование предприятия, 200J г
130
Глава 2
СОДЕРЖАНИЕ (ЭПБ-КЗ) Номера страниц для ОТ( -КЗ
ВВЕДЕНИЕ 2
1 Общие характеристики 3
Результаты замеров толщины оболочек секций Результаты замеров отклонении оси ствола от вертикали 4 5
Результаты обследования оболочек сек- 4 ции Результаты обследования ходовой лест- ницы светофорной площадки 6 7
ВВЕДЕНИЕ
Карта замеров ЭПБ-КЗ предназначена для записи в нее ре-
зультатов обследования металлической дымовой трубы №.
Предприятие........................
Область . ... .............
Город............
Параметры металлической дымовой трубы приведены в
ЭПБ-КЗ в обьеме, необходимом и достаточном для использо-
вания их в качестве исходных данных для проведения расчетов
нагрузок, прочности и ресурса ствола металлической дымовой
трубы
Металлическая гымовая груба
Наименование предприятия 2003 г
Экспертиза промышленной безопасности
131
1. ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Отм.
Oim
46 94
О гм
Отм
О гм.
Отм
О гм
Отм
Отм.
Огм
27 61
22 48
. 17.95
00 00 J
51 76
42 К)
Номер
Секции
Iолшины оболочек
секции по проекту. мм
6,0
6,0
6,0
6,0
6,0
8,0
8,0
8,0
Количество секции — 8,
Наружный диаметр оболочек секции — 32м,
Материал оболочек секции — 09Г2С1 ГОСТ 19282-73,
Год ввода металлической дымовой трубы в эксплуатацию —
1969 । од
Ответственное лицо, ведущее наблюдение за трубой'
Представитель экспертной организации
Металлическая дымовая труба Л" Наименование преОнричтич 2003 г
132
Глава 2
2. РЕЗУЛЬТАТЫ ЗАМЕРОВ ТОЛЩИНЫ ОБОЛОЧЕК
СЕКЦИЙ
Номер
Се‘К11ИН
Результаты замеров юлшины оболочек секции мм
Эффективная толщина /
оболочек секции, мм
2,4 2.4 2 1 2.1 2 4 Т 7
2,4 2 1 О *) 2.3 2,4 2.3 2.5
2,3 24 2.4 2.4 2 3 22 2 4
—
7 2.6 2,8 2.6 2.5 2 6 2.8 2 8
2,8 2,4 2,6 2,7 2.4 2,6 2.8
2.6 27 2 8 27 2 5 2 6 2 8
6 2 7 т s 2 7 2.6 2.7 2 7 2.8
2.8 2,8 2 7 2,5 2,8 2.7 2.4
2.7 2 8 2 7 28 2,7 27 2 7
—
*> 2.7 2.4 2.5 2.8 2.8 2.8 26
2,7 2.6 2,8 2.7 2,4 2.7 2.5
2,8 2,6 2,7 2,8 2,7 2,7 2.5
* —
4 2.8 2.7 2.7 2 5 2.5 26 2 8
2 6 2,7 2,5 2,5 2 8 2 7 28
2 5 27 26 27 2 7 2 8 24
।
3 4.3 4.5 4.6 4.4 4.4 4.2 4.6
4,6 4,5 4,4 4,3 4,8 4,5 4,5
4 3 4 3 4,6 47 46 4 6 4 3
— —
2 .''.О 5.5 5.3 5.6 5.5 49 5 4
5.5 5,2 5,7 5,3 5.5 5.5 5,3
5.3 5,0 5.5 5,4 5.4 5 5 5 0
—-
1 5,4 5.6 5.4 \7 5.5 5. j 5.4
56 5,4 57 5,3 5 5 5,7 5,3
54 53 5 6 5 5 5,4 54 53
Толщины оболочек секций замеряют на расстоянии 50-100
мм от сварных швов и на расстоянии 100-500 мм по периметру
по обе стороны от заделок скоб ходовой лестницы
Эффективная толщина tcf определяется по формуле Ту =
(Turnip )°\ где Т11Ш = ТР - ZD.s, tcp = (l/r?)ST, Ds = [I/O -
1)S(T - Tp )2]0 \ Z = 1.65(1 + 1 28/л?0 5 + 1 5/т?) при n > 20
Ответственное лицо, ведущее наблюдение за трубой
Представитель экспертной организации
Металлическая тымовая труба N'
Наименование предприятия, 2003 г
Экспертиза промышленной безопасности . . 133
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЗАМЕРОВ ОТКЛОНЕНИЙ ОСИ
СТВОЛА ОТ ВЕРТИКАЛИ
Отм 56 55
Номер
Отм 51 76
Отм
Отм
Oim
Отм
Отм
Oim
Отм
Отм
46 93
42 10
37 27
32.44
27 61
22 78
Секции
8
7
1
Величины отклонений оси
ствола, мм
80
70
60
50
40
30
20
10
17 95
00 00 Г .
\\m\wwwk
Ответственное лицо, ведущее наблюдение за трубой
Представитель экспертной организации
Металлическая дымовая труба
Наименование предприятия 2003 г
134
Глава 2
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ОБСЛЕДОВАНИЯ ОБОЛОЧЕК СЕКЦИЙ
Номер секции_ Ь 7 AKI1100%: ЛКП100%: Развертка боковой 4 установления пс А КП 100%; ЛКП100%: пов врс* дрхносги ствола гру „тений и дефектов с АК11100%: ЛКП 100%: »ы твола грубы ЛКП 100%; ЛКП 100'%;
(1 ЛКПЮ0%: ЛК1П0О%: ЛКП 100% ЛКП 100%;
\КП80%; АКП80% ЛКП80%' ЛКП80%
4 АКП70%; АКП70%; АКП70%; АКП70%
ЛК11100%: \К1Н0()%- - - АМН 00% Л КП 100%;
2 AKI1100% А КП 100%; — ЛКП 100% АкП100%:
1 Akl 1100%- AKII100%: -— лкпюо% лкнюо%-
Ходовая лестниц i
В результате обследования устанавливаются следующие по-
вреждения и дефекты:
Прогары (Пр ); трещины (Тр.); виды коррозии (Яз. и Пласт.),
состояние узлов соединений (сварных и болтовых), состояние
антикоррозионного покрытия (АКП100% — разрушено
КП100%идр.
На развертке боковой поверхности приводятся описания вы-
явленных повреждений и дефектов
При отсутствии повреждений и дефектов в соответствующей
графе развертки ставится прочерк
Ответственное лицо, ведущее наблюдение за трубой
Представитель зкспертнои организации
Металлическая дымовая труба Я"
Наименование предприятия, 2003 г
Экспертиза промышленной безопасности 135
5. РЕЗУЛЬТАТЫ ОБСЛЕДОВАНИЯ ХОДОВОЙ
ЛЕСТНИЦЫ И СВЕТОФОРНОЙ ПЛОЩАДКИ
В результате обследования устанавливаются следующие по-
вреждения и дефекты.
Трещины (Тр ); отсутствие элементов; наличие погнутых эле-
ментов; состояние узлов соединений (сварных и болтовых); со-
стояние антикоррозионного покрытия (АКП100% — разрушено
АКП100%; недостаточное натяжение растяжек; и др.
Ответственное лицо, ведущее наблюдение за трубой
Представитель экспертной организации
Металлическая дымовая труба №
Наименование предприятия, 2003 г
136
Глава 2
Утверждаю
Руководитель
экспертной организации
2.3 Контроль параметров ствола
монолитной железобетонной
дымовой трубы
Испольпитель
от экспертной opi апи 1ации
Москва • 2003
Экспертиза промышленной безопасности ...
137
Настоящий документ относится к нормативной базе экспер-
тизы промышленной безопасности монолитных железобетонных
дымовых труб и в частности регламентируют перечень и форму
представления параметров, которые могут быть использованы
для расчетов нагрузок на ствол трубы и его прочности при под-
готовке заключения экспертизы.
При проведении расчетных работ используются параметры
(призменная прочность, толщина стенки ствола, состояние ар-
матуры и др.), фактические значения которых могут быть полу-
чены при экспертизе.
Наименования параметров монолитных железобетонных ды-
мовых труб, используемых при расчетах нагрузок и прочности
приведены в табл. 1. В табл. 1 также указаны номера протоко-
лов, которые должны быть заполнены при экспертизе:
протокол №1 — общие характеристики ЖБ ДТр;
протокол №2 — характеристики ствола;
протокол №3 — характеристики футеровки ствола;
протокол №4 — характеристики теплоизоляции ствола,
протокол №5 — размеры проемов для отвода газов
Фактические значения призменной прочности бетона, тол-
щина стенки ствола, состояние арматуры, возможные поврежде-
ния агрессивными газами бетона внутренней поверхности ствола
трубы и его армирования и др. могут быть получены при
экспертизе на основе отбора кернов.
138
Глава 2
Таблица 1 Перечень и наименования параметров монолитных же-
лезобетонных дымовых труб
Назначение параметра Наименование параметра Номер протокола
Общие харак- теристики 1 Наименование предприятия, го- рода и области расположения ЖБ ДТр и ее номер 1*
2 Высота ЖБ ДТр 1*
3. Диаметр выходного отверстия 1*
Для расчета ве- совой нагрузки 4 Толщина бетона ствола ЖБ ДТр в сечениях по его высоте 2*
5 Наружный диаметр ствола ЖБ ДТр в сечениях по его высоте 2*
6 Толщина футеровки в сечениях по высоте ствола ЖБ ДТр 3*
7 Толщина теплоизоляциив сече- ниях по высоте ствола ЖБ ДТр 4*
8 Вес иных конструкций, закреп- ленных на внутренней поверхности ЖБДТр 1
9 Вес металлоконструкций, за- крепленных на наружной поверх- ности ЖБ ДТр (светофорные пло- щадки, ходовая лестница и т д ) 1
Для расчета температурных режимов 10 Максимальная температура отводимых газов, поступающих в трубу (выше газохода) 1*
11 Минимальная температура от- водимых газов, поступающих в трубу (выше газохода) 1*
12 Расход газов, поступающих в трубу (выше газохода) 1*
13 Марка теплоизоляции 4*
Экспертиза промышленной безопасности
139
Таблица 1 Продолжение
Назначение параметра Наименование параметра Номер протокола
14 Толщина теплоизоляции в се- чениях по высоте ствола ЖБ ДТр 4*
15 Марка футеровки 3*
16 Толщина футеровки в сечениях по высоте ствола ЖБ ДТр 3*
17 Величина воздушного зазора между футеровкой и стенкой ство- ла в сечениях по высоте ствола ЖБДТр 3*
18 Коэффициент теплопроводно- сти бетона 4
19 Коэффициент теплопроводно- сти теплоизоляции 4
20 Коэффициент теплопроводно- сти футеровки 3
21 Средняя температура наиболее холодной пятидневки 1
Для расчета ветровой нагрузки 22 Номер ветрового района или скорость ветра на уровне 10 м над поверхностью земли для местно- сти типа А, соответствующая 10- минутному интервалу осреднения и превышаемая в среднем в 5 лет (нормативная скорость ветра), м/с 1
23. Сопротивление грунта сжатию под фундаментом ЖБ ДТр 1*
24 Начальный модуль упругости бетона ствола 2
25 Площадь основания фунда- мента 1*
140
Глава 2
Таблица 1 Продолжение
Назначение параметра Наименование параметра Номер протокола
Для расчета горизонтальных сечении по предельному состоянию пер- вой и второй группы 26 Суммарная площадь наружной и внутренней вертикальной арма- туры со средним радиусом уста- новки 0.5(гнар + гвн) в сечениях по высоте ствола ЖБ ДТр 2
27 Коэффициент изменения мо- дуля упругости бетона от средней температуры сечения ствола 2
28 Сопротивление бетона сжатию в сечениях по высоте ствола ЖБ ДТр 2*
29 Сопротивление растяжению вертикальной арматуры в сечениях по высоте ствола ЖБ ДТр 2*
30 Размеры проемов для подвода газов 5*
31 Вертикальная арматура пери- одического профиля или гладкая в сечениях по высоте ствола ЖБ ДТр 2*
32 Диаметр вертикальной арма- туры в сечениях по высоте ствола ЖБДТр 2*
Для расчета вертикальных сечении по предельному состоянию пер- вой и второй группы 33 Суммарная площадь наружной горизонтальной арматуры на длине 100см в сечениях по высоте ствола ЖБДТр 2
Экспертиза промышленной безопасности ...
141
Таблица 1 Продолжение
Назначение параметра Наименование параметра Номер протокола
34 Сопротивление растяжению горизонтальной арматуры в се- чениях по высоте ствола ЖБ ДТр 2*
35 Горизонтальная арматура пе- риодического профиля или гладкая в сечениях по высоте ствола ЖБ ДТр 2*
36 Диаметр горизонтальной арма- туры в сечениях по высоте ствола ЖБДТр 2*
Примечание. Данные, отмеченные звездочкой, устанавливаются
при экспертизе Данные, не отмеченные звездочкой; принимаются
из проектной и нормативной документации
142
Глава 2
Протокол № 1 ""
" 2003 г.
Наименование предприятия:
Общие характеристики сооружения
1. Назначение трубы: дымовая, вентиляционная (нуж-
ное подчеркнуть).
2. Конструктивное решение трубы (нужное подчеркнуть)-
2.1. Монолитная железобетонная с футеровкой на
консолях или без футеровки;
2.2. Монолитная железобетонная с футеровкой на
консолях с принудительным или естественно венти-
лируемым зазором между футеровкой и стволом;
2.3. Монолитные железобетонные двухслойные;
2.4. Монолитные железобетонные с внутренним
газоотводящим стволом из металла, пластмассы или
других материалов;
2.5. Сборные железобетонные трубы из двухслой-
ных или многослойных царг.
3. Высота трубы Н, м (вписать)
4. Диаметр выходного отверстия До, м (вписать)
5. Площадь основания фундамента , м2 (впи-
сать)
6. Сопротивление грунта сжатию под фундаментом
, кгс/м2(вписать)
7. Максимальная температура отводимых газов, поступаю-
щих в трубу (выше газохода) (в числителе — по проекту, в знаме-
нателе — фактическая), °C (вписать)
8. Минимальная температура отводимых газов, поступаю-
щих в трубу (выше газохода) (в числителе — по проекту, в зна-
менателе — фактическая), °C (вписать)
9. Расход газов, поступающих в трубу (в числителе — по про-
екту, в знаменателе — фактическая), м3/с (вписать)
10. Средняя температура наиболее холодной пятидневки
, °C(вписать)
Экспертиза промышленной безопасности
143
11. Номер ветрового района (или скорость ветра на уровне
10 м над поверхностью земли для местности типа А, соответ-
ствующая 10-и минутному интервалу осреднения и превышае-
мая в среднем в 5 лет)(м/с) (вписать)
Ответственное лицо, ведущее наблюдение за трубой
Представитель экспертной оршнизации
144
Глава 2
Протокол № 2 ""
" " 2003 г.
Наименование предприятия:
Характеристики железобетонного ствола
Величины характеристик железобетонного ствола устанав-
ливаются на основе проектной документации (ПД) и подтвер-
ждаются результатами замеров их при обследовании (Обсл.).
В табл. 2.1 приведены наружный диаметр, толщина стенки
ствола и характеристики его бетона.
В табл. 2.2 приведены характеристики вертикальной армату-
ры ствола.
В табл. 2.3 приведены характеристики горизонтальной арма-
туры ствола.
В таблицах приняты следующие обозначения:
1. Дн — наружный диаметр железобетонного ствола;
2. h — минимальная толщина стенки железобетонного ство-
ла. В каждом сечении замеры должны быть проведены в трех
местах по периметру, равноотстоящих друг от друга.
3. Rb ~ призменная прочность бетона;
4. As — площадь поперечного сечения ряда вертикальной (го-
ризонтальная) арматуры у наружной грани стенки ствола на ши-
рины 100 см (вдоль периметра) или S — шаг арматуры,
5. А' — площадь поперечного сечения ряда вертикальной
(горизонтальная) арматуры у внутренней грани стенки ствола на
ширины 100 см (вдоль периметра) или S — шаг арматуры,
6. (Дерг - диаметр вертикальной (горизонтальная) арматуры;
7. Rs — сопротивление растяжению материала вертикальной
(горизонтальная) арматуры;
Ответственное лицо, ведущее наблюдение за трубой
Представитель экспертной организации
Экспертиза промышленной безопасности ...
145
К протоколу № 2 " 2003 г.
Бетон ствола: конструкционный тяжелый
(ГОСТ26192-82),
конструкционный жаростойкий (ГОСТ 20910-82)
(нужное подчеркнуть или указать)
(Бетон ствола — указать)
Таблица 2.1
Номер по п/п Отмет- ка, м Дя, м h, мм Rb, кгс/см2
пд Обсл. пд Обсл. пд Обсл.
1
2
3
Вертикальная арматура: гладкая, периодического профиля
(нужное подчеркнуть)
Таблица 2.2
Номер по п/п Отмет- ка, м Аь, cm2/S, см А„', cm2/S, см ^верт» СМ Rs, кгс/см2
пд Обсл пд Обсл пд Обсл ПД Обсл
1
2
3
Ответственное лицо, ведущее наблюдение за трубой’
Представитель экспертной организации:
146
Глава 2
К протоколу № 2 "" 2003 г
Горизонтальная арматура; гладкая, периодического профиля
(нужное подчеркнуть)
Таблица 2.3
Номер по п/п Отмет- ка, м As, см2/S, см As', cm2/S, см ^верт»ем R4, kic/cm2
пд Обед ПД Обсл пд Обсл ПД Обсл
1
2
3
Ответственное лицо, ведущее наблюдение за трубой.
Представитель экспертной организации'
Экспертиза промышленной безопасности ...
147
Протокол № 3 ""
" 2003 г.
Наименование предприятия:
Характеристики футеровки ствола
Величины характеристик футеровки ствола устанавливают-
ся на основе проектной документации (ПД) и подтверждаются
результатами замеров их при обследовании (Обсл.).
В табл. 3.1 приведены:
ЛфуТ — минимальная толщина стенки футеровки;
/*возд — величина воздушного зазора между футеровкой и
стенкой ствола;
Футеровка ствола: материал ГОСТ
(нужное подчеркнуть)
Таблица 3.1
Номер по п/п Отмет- ка, м ^-фут 1 СМ ^ВОЗД 1 С М
пд Обсл. пд Обсл.
1
2
3
Ответственное лицо, ведущее наблюдение за трубой
Представитель экспертной организации
148
Глава 2
Протокол № 4 ""
" 2003 г.
Наименование предприятия:
Характеристики теплоизоляции ствола
Величины характеристик теплоизоляции ствола устанавли-
ваются на основе проектной документации (ПД) и подтвержда-
ются результатами замеров их при обследовании (Обсл.).
В табл.4.1 приведены:
Ьтепл — минимальная толщина стенки теплоизоляции;
Теплоизоляция ствола: материал ГОСТ
(нужное подчеркнуть)
Таблица 4.1
Номер по п/п Отмет- ка, м ^тепл , СМ
ПД Обсл.
1
2
3
Ответственное лицо, ведущее наблюдение за трубой.
Представитель экспертной организации:
Экспертиза промышленной безопасности ... 149
Протокол № 5 ""
"" 2003 г.
Наименование предприятия:
Размеры проемов для отвода газов
Размеры проемов для отвода газов в стволе устанавливаются
на основе проектной документации и подтверждаются результа-
тами замеров их при обследовании.
Схема ослабления сечения проемами для отвода газов (нуж-
ное подчеркнуть):
1. Сечение, ослабленное двумя проемами: один в
сжатой, другой в растянутой зонах, рис.5.1;
угол 0 (вписать)
2. Сечение, ослабленное двумя проемами, располо-
женными под углом 2<р, рис.5.2;
угол 0 (вписать)
угол в(вписать)
3. Сечение, ослабленное тремя проемами, располо-
женными под углом 120°, рис.5.3;
угол в (вписать)
Ответственное лицо, ведущее наблюдение за трубой
Представитель экспертной организации
150
Глава 2
К протоколу № 5 "" 2003 г.
Рис. 5.1. Сечение, ослабленное двумя проемами: один в сжатой, другой
в растянутой зонах.
Рис. 5.2. Сечение, ослабленное двумя проемами, расположенными под
УГЛОМ 21/7.
Рис. 5.3. Сечение, ослабленное тремя проемами, расположенными иод
углом 120°.
Ответственное лицо, ведущее наблюдение за трубой:
Представитель экспертной организации:
Экспертиза промышленной безопасности ...
151
2.4 Руководство по экспертизе
дымовых труб с использованием
параметров
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Настоящее Руководство разработано в соответствии с
Федеральным Законом “О промышленной безопасности опас-
ных производственных объектов” от 21 июля 1997 года № 116-
ФЗ, “Правилами проведения экспертизы промышленной без-
опасности ПБ 03-246-98", утвержденными постановлением
Госгортехнадзора России от 06.11.1998 г. № 64, зарегистриро-
ванными Минюстом России 08.12.1998 г. № 1656 (сборник до-
кументов, выпуск 9, часть 1), “Правилами безопасности при экс-
плуатации дымовых и вентиляционных промышленных труб ПБ
03-445-02, а также на основе обобщения опыта практической
работы ряда специализированных экспертных организаций [II].
1.2. Настоящее положение устанавливает унифицированный
состав параметров и порядок работ при проведении специализи-
рованными экспертными организациями экспертизы промыш-
ленной безопасности таких объектов экспертизы, как вентиля-
ционные и дымовые трубы со стволами различной конструкции
— железобетонными, металлическими, кирпичными, определяет
правила, методики и критерии, на основе которых определяет-
ся их соответствие требованиям промышленной безопасности, а
так же дает рекомендации по облику документации как в обес-
печение проведения экспертизы, так и с ее результатами.
Работы при экспертизе следует делить на обследовательские
и расчетные, в результате которых устанавливаются фактиче-
ские значения ряда параметров, которые характеризуют объект
экспертизы как с точки зрения конструкции, обеспечивающей ее
функционирование в качестве газоотводящего устройства (пер-
вая группа параметров), а так же параметры, характеризующие
степень безопасности эксплуатации объекта (вторая группа па-
раметров).
152
Глава 2
1.3. Параметром называется единица информации о соору-
жении и характеризуется наименованием.
1.4. Параметр может быть количественным и качественным.
1.5. Количественный параметр имеет единицу измерения и
величину.
1.6. Качественный параметр имеет только наименование, на-
пример, “Исправное” — все элементы трубы удовлетворяют тре-
бованиям действующих нормативных документов и проектной
документации.
1.7. Параметры в зависимости от источника получения дан-
ных классифицируются на установленные из проектной, эксплу-
атационной или иной документации на сооружение; замеренные
в результате обследования; вычисленные.
1.8. Все параметры труб делятся на две группы.
1.8.1. К первой группе относятся параметры, которые харак-
теризуют трубу как газоотводящее устройство и относятся ко
всем типам промышленных труб, а именно:
1.8.1.1. Наименование дымовой трубы (кирпичная,
железобетонная, металлическая) и её номер;
1.8.1.2. Организация, эксплуатирующая дымовую трубу
(Область, край, город, где эксплуатируется дымовая труба);
1.8.1.3. Дата начала и окончания сооружения трубы;
1.8.1.4. Дата ввод трубы в эксплуатацию;
1.8.1.5. Высота от уровня земли Н, м;
1.8.1.6. Диаметр устья Do, м;
1.8.1.7. Количество проемов под газоходы, их сечение и от-
метка, на которой находится низ каждого проема;
1.8.1.8. Половина центрального угла 0 (рад), ограничиваю-
щего зону проёма;
1.8.1.9. Нагревательные устройства и теплоагрегаты, под-
ключенные к трубе;
1.8.1.10. Температура отводимых газов, поступающих в трубу
выше газохода Т, °C (минимальная, максимальная);
1.8.1.11. Объём отводимых газов TV, м3/с;
1.8 1.12. Влажность, г/м3;
1.8.1.13. Содержание серы, %;
1.8.1.14. Зольность, г/м3;
Экспертиза промышленной безопасности ...
153
1.8.1.15. Коэффициент избытка воздуха;
1.8.1.16. Температура точки росы, °C;
1.8.2. Ко второй группе относятся параметры трубы, которые
влияют на безопасность её эксплуатации:
1.8.2.1. Нормативное значение ветрового давления Wo,
кгс/м2 или номер ветрового района по карте ветрового райони-
рования (обязательное приложение 5) по СНиП 2.1.07-85;
1.8.2.2. Толщина стенки ствола;
1.8.2.3. Физико-механические характеристики материала
ствола;
1.8.2.4. Механические повреждения конструкций ствола;
1.8.2.5. Отклонение оси ствола от вертикали, направление
наклона;
1.8.2.6. Верхний и нижний уровень расположения грунтовых
вод от поверхности земли, их химический состав, агрессивность;
1.8.2.7. Другие параметры, связанные с типом трубы, будут
представлены в соответствующих разделах;
1.9. Нормы, правила и критерии приводятся в соответствую-
щих разделах, относящихся к конкретному типу трубы.
1.10. Организация, проводящая экспертизу трубы, должна
иметь соответствующую лицензию Госгортехнадзора России.
1.11. Результатом экспертизы является заключение, которое
должно содержать:
1.11.1 Наименование заключения экспертизы;
1.11.2. Вводную часть, включающую основание для проведе-
ния экспертизы, сведения об экспертной организации, сведения
об экспертах и наличии лицензии на право проведения экспер-
тизы промышленной безопасности;
1.11.3. Перечень объектов экспертизы, на которые распро-
страняется действие заключения экспертизы;
1.11 4. Данные о заказчике;
1.11.5. Цель экспертизы;
1.11.6. Сведения о рассмотренных в процессе экспертизы
документах (проектных, конструкторских, эксплуатационных,
ремонтных, декларации промышленной безопасности), оборудо-
вании и др. с указанием объема материалов, имеющих шифр, но-
154
Глава 2
мер, марку или другую индикацию, необходимую для идентифи-
кации (в зависимости от объекта экспертизы);
1.11.7. Краткую характеристику и назначение объекта экс-
пертизы;
1.11.8. Результаты проведенной экспертизы;
1.11.9. Заключительную часть с обоснованными выводами, а
также рекомендациями по техническим решениям и проведению
компенсирующих мероприятий;
1.11.10. Приложения, содержащие перечень использованной
при экспертизе нормативной технической и методической доку-
ментации, актов испытаний (при проведении их силами эксперт-
ной организации), результаты обследования и результаты необ-
ходимых расчетов;
1.11.11. Результаты обследования и расчетов в обеспечение
экспертизы промышленной безопасности (ЭПБ) трубы следует
представлять в следующих документах:
Карта замеров (ЭПБ-КЗ). В ЭПБ-КЗ приводятся результа-
ты замеров параметров трубы необходимых и достаточных для
определения вычисляемых параметров;
Результаты расчетов нагрузок, нагрева, прочности и ресурса
(ЭПБ-РР). В ЭПБ-РР приводятся результаты расчетов вычис-
ляемых параметров трубы и выводы;
Технические решения на усиление результаты расчета нагру-
зок, нагрева, прочности и ресурса (ЭПБ-ТР). В ЭПБ-ТР при-
водятся результаты расчетов вычисляемых параметров с учетом
усиливающих конструкций.
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ТРУБЫ
2.1. Конструктивные особенности металлической дымовой
трубы:
2.1.1. К металлическим дымовым и вентиляционным отно-
сятся трубы, газоотводящий ствол которых выполнен в виде ме-
таллической оболочки. Металлические дымовые трубы по спо-
собу их крепления разделяются — на свободностоящие и метал-
лические дымовые трубы в металлическом каркасе ферменной
Экспертиза промышленной безопасности .. 155
конструкции. Свободностоящие дымовые трубы иногда устанав-
ливают с вантовыми оттяжками. Высота металлических дымо-
вых труб не превышает 135 м. Ствол металлической дымовой
трубы состоит из секций. Секция металлической дымовой тру-
бы представляет собой тонкостенную круговую цилиндрическую
оболочку, подкрепленную по торцам кольцевыми фланцами.
Оболочка секции в основании трубы может быть выполнена в
виде кругового усеченного конуса. Оболочка секции в случае
необходимости подкрепляется продольными рёбрами (стринге-
рами), которые соединяются с оболочкой секции сваркой пре-
рывистым сварным швом. Оболочка секции выполняется из ли-
стовой стали, при этом в основании ствола толщина стенки обо-
лочки больше толщины стенки оболочки в верхней части. Сек-
ции при монтаже соединяются фланцами, которые стягиваются
болтами, а фланцы обваривают по периметру. Фланцы и обо-
лочка секции в местах их соединения имеют радиальные реб-
ра, скрепленные с оболочкой секции и с фланцем. Характерным
повреждением металлической дымовой трубы является поверх-
ностная коррозия внутренней поверхности оболочки ствола, ко-
торая приводит к уменьшению толщины стенки оболочки.
2.2. Параметры металлической дымовой трубы из проектной
документации и справочной литературы:
2.2.1. Диаметр оболочки секции Dltnp,.
2.2.2. Длина секций Ll>np;
2.2.3. Высота от уровня земли до стыка секции Z2jnp,
2.2.4. Толщина оболочки секции Дпр;
2.2.5. Материал ствола металлической дымовой трубы:
2.2.5.1. Предел прочности сгь;
2.2.5.2. Предел текучести о-02’,
2.3. Параметры металлической дымовой трубы, замеряемые
при обследовании:
2.3.1. Диаметр оболочки секции Д.обсл,
2.3.2. Длина секций Д)Обсл;
2.3.3. Высота от уровня земли до стыка секции Д,обсл;
2.3.4. Толщина оболочки секции ^1ОбсЛ;
2.3.5. Повреждение в виде отклонения от круговой формы
оболочки секции, которое характеризуется местной погибью,
156
Глава 2
превышающей толщину £пр оболочки;
2.3.6. Число лет эксплуатации т, отсчитываемое от года вво-
да трубы в эксплуатацию до года проведения замеров.
2.4. Параметры металлической дымовой трубы, вычисляе-
мые при экспертизе:
2.4.1. Эффективная толщина оболочки секции £г>эф, опреде-
ляется по формуле
^г,эф = (^г,1ПП1 ’ ^г,ср)
где ^1П1|П = £г,Ср — ZD^s — минимальная статистическая толщи-
N
на оболочки; £гср = (1/N) £2 ^,обсл ~ среднее арифметическое
г=1
значение замеров толщины 1г стенки оболочки секции; Dls =
N
[i/(A'-i)E(f,,обсл ~ ^г,ср)2]0’5 — среднее квадратическое откло-
г=1
нение замеров от среднего значения; Z = 1.65 • (1 + 1.28/?/° 5 +
1.5/7V)—коэффициент, учитывающий объем выборки при N >
20;
2.4.2.___Скорость коррозии t\Kop, определяется по формуле
_________ С,пр С,эф .
^'г,кор — ?
ТП
2.4.3. Ветровая нагрузка IV (кгс/м2) на ствол металлической
дымовой трубы на высоте Z (м) от поверхности земли определя-
ется по аппроксимирующей формуле (коэффициент надежности
принят равным 1,4) IV = 0ZnWo, где величины коэффициентов
/5 и п для гладких оболочек и для оболочек секций с наружны-
ми ребрами приведены в табл. 2.1 для местностей типов А, В,
С, здесь местность типа А — открытое побережье морей, озер и
водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра; местность ти-
па В — городские территории, лесные массивы и другие местно-
сти, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;
местность типа С — городские районы с застройкой зданиями
высотой более 25 м; IVO — нормативные значения ветрового дав-
ления (кгс/м2), табл. 2.2, в зависимости от ветрового района по
Экспертиза промышленной безопасности ...
157
карте ветрового районирования (обязательное приложение 5) по
СНиП 2.1.07-85;
Таблица 2.1
Гладкие оболочки Bi Оболочки секций с наружными ребрами N Тип местности
V п V п —
1.0 0.25 1.5 0.25 А
0.86 0.25 1.3 0.25 В
0.75 0.28 1.2 0.28 С
Таблица 2.2
Номер ветрового района 1а I II III
Wo, кПа (кгс/м2) 0.17(17) 0.23(23) 0.30(30) 0.38(38)
Номер ветрового района IV V VI VII
Wo, кПа (кгс/м2) 0.48(48) 0.60(60) 0.73(73) 0.85(85)
2.4.4. Изгибающий момент M(Z) (кгс • м) и поперечная сила
Q(Z) от ветровой нагрузки IV для местности типа А в стыке сек-
ции ствола металлической дымовой трубы с постоянным наруж-
ным диаметром без наружных продольных ребер определяют-
ся по аппроксимирующим формулам M(Z) = 4/9DW0Zk 25(1 +
Z225 - 1.8Z); Q(Z) = 0.8DWoZlk 25(1 - Z125), где Wo “ нор-
мативное ветровое давление (кгс/м2), табл. 2.2 в зависимости
от ветрового района по карте ветрового районирования (обяза-
тельное приложение 5) по СНиП 2.1.07-85; D — наружный диа-
метр (м) ствола металлической дымовой трубы; Zfc — высота (м)
расположения верхнего торца ствола, отсчитываемая от поверх-
ности земли; Z = Z/Zk, здесь Z — высота расположения стыка
секции, отсчитываемая от поверхности земли;
2.4.5. Изгибающий момент M(Z) (кгс • м) и поперечная сила
Q(Z) от ветровой нагрузки W для местности типа А в стыке сек-
ции ствола металлической дымовой трубы с постоянным наруж-
158
Глава 2
ным диаметром и имеющий секции с наружными продольными
ребрами определяются по аппроксимирующим формулам
кс
M(Z)=4/9DW0Z22^(3tx
i=N
х 22к 25 [1 + 2} 2\1SZn -2t)~ 1.8Zn]
Kc
Q(Z) = Q.WWoZl25 25(i - 25)
i=N
где Kc — число секций ствола металлической дымовой трубы;
N — номер секции, в нижнем сечении которой определяют изги-
бающий момент; 2k = —ZN = —2г = (к — 1, если
^г + 1 + 1
секция с номером г без наружных продольных ребер; /Зг = 1.5,
если секция с номером г с наружными продольными ребрами;
2.4.6. Изгибающий момент M(Z) (кгс • м) и поперечная си-
ла Q(Z) от ветровой нагрузки W для местности типа А в стыке
секции ствола металлической дымовой трубы с постоянным на-
ружным диаметром и имеющий секции с наружными продоль-
ными ребрами и секцию в виде усеченного конуса определяются
по аппроксимирующим формулам
i=Af
4/(Z)=4/9W'0ZA2 25
i=N
х Z2 25[l + 2\ 2\\.8Zn - 2г) - 1.8Zn\
1<С
Q(Z) = Q 8iy0ZAL25 Dt(3t2} 25(1 - Z,125)
i=N
где Dl = D + O.3(Do - D), здесь Do — наружный диаметр в
основании усеченного конуса оболочки секции; D — наружный
диаметр верхней части усеченного конуса оболочки секции; для
секции с цилиндрической оболочкой Dt = D\
2.4.7 Напряжение сжатия сгс в оболочке секции ствола опре-
деляется по формуле
МШ
а,~ ~ 1 F
* v И31 1
Экспертиза промышленной безопасности ...
159
где M(Z), G(Z) — изгибающий момент от ветровой нагрузки и
осевая сжимающая сила от веса конструкций ствола в нижнем
стыке секции на высоте Z от поверхности земли; WH3r = F(D/£)
и F = 7гР/эф — момент сопротивления изгибу и площадь попе-
речного сечения оболочки секции;
2.4.8. Ветровая нагрузка W (кгс/м2) на ствол металлической
дымовой трубы в металлическом каркасе на высоте Z(м)от по-
верхности земли определяется по аппроксимирующей формуле
п. 2.4.3,
2.4.8.1. Ветровая нагрузка W\ (кгс/м2) на металлический
каркас на высоте Z (м) от поверхности земли определяется по
аппроксимирующей формуле Wi = 2CZ° 25Wo, где С — аэроди-
намический коэффициент лобового сопротивления площади
контура грани ферменной конструкции металлического каркаса
с наветренной стороны, определяемый по [5].
2.4.9. Изгибающий момент M(Z) (кгс • м) и поперечная сила
Q(Z) на ствол металлической дымовой трубы в металлическом
каркасе определяются с использованием метода конечных эле-
ментов.
2.4.10. Ресурс /?,,рес (годы) оболочки секции, величина кото-
рого определяется по правилам округления до целого по форму-
ле Rt рес = ------ьдое, где доп — допустимая толщина оболоч-
^7, кор
ки секции, которая вычисляется по ниже приведенным методи-
кам из условия её прочности (устойчивости), которая зависит от
конструктивных особенностей трубы.
2.4.11. Допустимая толщина оболочки секции ДдОП:
2.4.11.1 Для свободностоящей трубы с круговыми цилин-
дрическими оболочками секций постоянного диаметра по всей
высоте ствола трубы, для которой выполняется условие G(Z) <
, допустимая толщина оболочки секции tlMon опреде-
ляется по формуле
Д доп АдДд- (1 Д)? Д доп 2 ММ, еСЛИ Ддоп — 2 мм
где /<д = 0.406 • lO-2Hzo 5(ДуДу)“° 5; п = 1.125 - для местно-
сти типа А; Кд — 0.375 • lO“2Hzo 5(/Д/<Д_0 5; п = 1.125 — для
160
Глава 2
местности типа В; Кд = 0.348 • lO-2Wo 5(/Су/С/)-0 5; п = 1.14;—
для местности типа С; Zk — высота (м) расположения верхнего
торца ствола, отсчитываемая от поверхности земли; Z = Z/Zk,
здесь Z — высота расположения стыка секции, отсчитываемая
от поверхности земли; местность типа А — открытое побережье
морей, озер и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тунд-
ра; местность типа В — городские территории, лесные массивы
и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высо-
той более 10 м; местность типа С — городские районы с застрой-
кой зданиями высотой более 25 м; Wo—нормативные значения
ветрового давления (кгс/м2), табл. 2.2, в зависимости от ветро-
вого района по карте ветрового районирования (обязательное
приложение 5) по СНиП 2.1.07-85; Ку — коэффициент устой-
чивости, табл. 2.3; Kf — коэффициент, учитывающий влияние
начальных несовершенств оболочки секции (Kf = 1 — началь-
ные несовершенства формы поверхности (погиби) не превыша-
ют толщину оболочки секции, Kf = 0.5 — превышают);
2.4.11.2. В практической работе толщину tZiflOn для различ-
ных ветровых районов и различных высот труб определяют по
графикам рис. 2.1 ... рис. 2.7;
2.4.12. Для свободностоящей трубы с круговыми цилиндри-
ческими оболочками секций для которых не выполняется усло-
2.
t м Zk=60M Z|,=55m Zl=50m Z|,=45m Zk=40m Zk=35m
8.
6.
6.
5.
3.
3.
D
-Р,м —
X —*
ч
—
ч
- N
-
*- ч !
х X ч
X. X Х^_
4
Z, м
Рис 2 1 Толщина С,доп оболочки секции для 1-ого ветрового района
Экспертиза промышленной безопасности ...
161
Таблица 2.3
Р/(2^эф) 100 200 300 400 600
л; 0.22 0.18 0.16 0 14 0.11
800 1000 1500 2500
Ку 0.09 0.08 0.07 0.06
2-
О
В
6
5
3
tjon- м 7к=60м Zk=55M Zk=50M Zk=45M Zk=40M Zk=35M
ID
- ♦ D. м Л
— ►
•х
- N
- N
"X 1 ям 1 F
""х
ч Л-. 'х
20
30
40
50
Z, м
5........lb
Рис 2.2 Толщина Л,доп оболочки секции для П-ого ветрового района
tJOII, м Zk=60M Zk=55M Zk=50M Zk=45M Zk=40M Zk=35M
Рис 2 3 Толщина t, доп оболочки секции для Ill-ого ветрового района
162
Глава 2
Рис. 2.4 Толщина <г>ДОп оболочки секции для I V-oro ветрового района.
Рис 2 5 Толщина 6,доп оболочки секции для V-oro ветрового района
вие
G(Z) < 0.15^
допустимую толщину £г>доп определяют
из выражения, приняв в обозначениях tnon вместо 1эф
Экспертиза промышленной безопасности
163
Рис 2 6 Толщина доп оболочки секции для VI-ого ветрового района
t,0ll, м Zk=60M Zl=55m Zk=50M Zk=45M Zk=40M Zk=35M
Рис 2.7. Толщина +,доп оболочки секции для Vll-oro ветрового райо-
на
где
сгкр = min
. О'Г) 9 \
(О 00025 + 0.95)
164
Глава 2
здесь сто 2, Е — предел текучести и модуль упругости материала
оболочки секции (для стали Е = 20 000 кгс/мм2), здесь Ку =
/2/ \044
1.66 ( —~ \ - коэффициент устойчивости; Kf — коэффици-
ент, учитывающий влияние начальных несовершенств оболочки
секции (Kf = 1 — начальные несовершенства формы поверхно-
сти не превышают толщину оболочки секции, К j = 0 5 — пре-
вышают).
2.5. Критерий безопасной эксплуатации ствола металличе-
ской дымовой трубы
Д,рес Д 6.
2.6. Алгоритм определения параметров силовых элементов
оболочек секций, усиленных по критерию минимальной массы:
2.6.1. В случае если ресурс оболочки секции ствола металли-
ческой дымовой трубы равен нулю, то рекомендуется продление
срока её эксплуатации путем его увеличения за счет усиления
оболочек секций ребрами (стрингерами);
2.6.2. Для ствола трубы, имеющего секции с ресурсом рав-
ным нулю, по согласованию с заказчиком определяется опти-
мальный по трудоемкости и по стоимости реализации срок уве-
личения ресурса Дрес;
2.6.3. На основе зависимостей для подкрепленных оболочек
проводятся расчеты по определению количества и типа подкреп-
ляющих ребер, при минимальном количестве которых достига-
ется заданное увеличение ресурса;
2.6.4. Особенностью подкрепленной оболочки секции ство-
ла трубы является то, что параметры набора оболочки секции,
продольного (стрингеры) и поперечного (шпангоуты) могут быть
только дискретными;
2.6.5. Задача оптимизации по массе усиленной секции сво-
дится к последовательному проектированию секций, параметры
силовых элементов которых принимают ряд дискретных значе-
ний, и к последующему выбору из этого множества секций мини-
мальной массы, при этом все множество проектируемых секций
Экспертиза промышленной безопасности ...
165
должны удовлетворять требованиям устойчивости
®р Е &kp> ^р — ^kpoj Тр — Про-
где стр — максимальное расчетное осевое сжимающее напряже-
ние в стрингерах; akp — минимальное критическое осевое напря-
жение для стрингеров; <укро — критическое напряжение для обо-
лочки при действии осевой силы; тр — максимальное расчетное
касательное напряжение в оболочке с учетом подкрепляющих
элементов; ткро — критическое касательное напряжение для обо-
лочки секции
2.6.5.1. Критическое осевое сжимающее напряжение <ykp по-
тери устойчивости стрингера определяются как минимальная
величина из выражения
^кр = ^kpl' ^kpi^kpd,} i
где Kmp — коэффициент, учитывающий местную потерю устой-
чивости оболочки; Ктр = 0.85 — оболочка между стрингера-
ми теряет устойчивость; Ктр = 1.0 — оболочка между стрин-
герами не теряет устойчивость; a^pi = Е<,(тг i/L^2 — критиче-
ские напряжения потери устойчивости стрингера между смеж-
ными шпангоутами; cr^ = KsEm — критические напряжения
местной потери устойчивости стрингера, о^рз ~ критические на-
пряжения потери устойчивости стрингера с учетом жесткости
промежуточных усиливающих шпангоутов, Е, — модуль упруго-
сти стали стрингера, / = (J/F,)05 — радиус инерции поперечного
сечения стрингера; Fs, J — площадь и момент инерции попереч-
ного сечения стрингера; £s — длина оболочки секции (расстоя-
ние между смежными шпангоутами; Кт = 0.435 • (Е/Ь)2 и ts —
ширина и толщина полки стрингера;
2.6 5.2. Критические напряжения crkpi потери устойчивости
стрингера с учетом жесткости промежуточных шпангоутов опре-
деляются по схеме сжатого стержня, связанного посредине с
упругой опорой с жесткостью KS (при Лги, = 1, — количе-
ство промежуточных шпангоутов) или как для стержня, лежа-
щего на упругом основании с коэффициентом жесткости KS/La
(при ЛГШ > 2),
СГкрЗ, = CTkelN2 + r/(akeN2)],
166
Глава 2
где (Jke = E^-kiIпри ЛГШ = 1 имеем N = 1 и г = 3 •
•LsKS/(16Fs); при ЛГШ > 2; г = K5^/(Fs7r2) N = 1 при 1 <
г < 4, N = 2 при 4 < г < 36, N = 3 при 36 < т < 144);
2.6.5.3. При отсутствии взаимного влияния усилий от стрин-
геров на деформацию шпангоутов, что правомочно при наличии
оболочки, выражение для KS можно записать в виде
KS = 23.8ЕШ7Ш/^П,
где Еш, Jm, Rul — модуль упругости, момент инерции, радиус
инерции поперечного сечения шпангоута.
2.6.5.4 Сжимающие критические напряжения для оболочки
akpo определяются как для панели согласно выражения
(Rpo = Ео[3 6(Е/Ьр)2 + 0.3tv/D],
где Ео — модуль упругости стали секции; tv — tef — Res • fl —
прогнозируемая толщина оболочки секции; fl = (tp — tef)/m —
средняя скорость поверхностной коррозии (или fl — норматив-
ная скорость коррозии); m — время (годы) эксплуатации тру-
бы; tp — проектная толщина оболочки секции; tcj — эффективная
толщина оболочки секции; bp = Da/2 — cz — ширина панели; о —
угловое расстояние между смежными стрингерами;
cz — расстояние в окружном направлении между сварными шва-
ми, крепящими стрингер к оболочке;
2.6.5.5. Критические напряжения потери устойчивости обо-
лочки между сварными швами определяются согласно выраже-
ния
<ykpz = о 32Eot2J{tz - dz)2,
где tz — шаг между сварными швами в продольном направлении
для прерывистого сварного шва; dz — длина участка шва;
2 6 5.6. Критические касательные напряжения для оболочки
определяются как для панели из выражения
Tkpo = Eo[5(tv/bp)2 + 0.2F/F]
Экспертиза промышленной безопасности ... 167
2.6.5.7. Максимальные расчетные осевые сжимающие на-
пряжения в стрингерах определяются из выражения
°Р = Gp/Fp + M(Z)/Wp,
где Gp — вес ствола с учетом подкрепляющих элементов;
M(Z) = 4/9DlV0Z225 Ё &Z^[1 + Z}‘2\1.8ZN-Zt)-1.8ZN]-
изгибающий момент от ветровой нагрузки; здесь D — наружный
диаметр оболочки секций ствола металлической дымовой тру-
бы; Wo — нормативные значения ветрового давления (кгс/м2),
табл. 2.2, в зависимости от ветрового района по карте ветрового
районирования (обязательное приложение 5) по СНиП 2.1.07-
85; Zk — высота (м) расположения верхнего торца ствола, отсчи-
тываемая от поверхности земли; Кс - число секций ствола ме-
таллической дымовой трубы; N — номер секции, в нижнем сече-
нии которой определяют изгибающий момент; Zk — Z\> =
Zk
ZN = zt
——; z, = ——; рг = 1, если секция с номером 1 без наружных
A+i A+i
продольных ребер; = 1.5, если секция с номером i с наруж-
ными продольными ребрами; Fp = NS(FS + bprtv~) — приведенная
площадь поперечного сечения оболочки, bp7 = 1.9tv(Eo/akp)05 +
+ cz — приведенная ширина оболочки; JV, — количество стрин-
NS
геров; Wp = 0 bD{Fk + bprtL) cos2(o'J — приведенный момент
;=i
сопротивления изгибу поперечного сечения подкрепленной обо-
лочки; а — угловое расстояние до стрингера от принятого начала
отсчета;
2.5.6.8. Максимальные расчетные касательные напряжения
в оболочке учетом подкрепляющих элементов определяются из
выражения
т = 0.5QSp/(Jpt.t!),
где Q — поперечная сила от ветрового давления; Sp = O.bD{Fb +
NS/2
+ bp,tv) cos(oj — приведенный статический момент полови-
i=i
ны поперечного сечения подкрепленной оболочки,
168
Глава 2
NS
J = 0.25D2(Fs + bprtv) cos2(aj — приведенный момент инер-
1=1
ции поперечного сечения подкрепленной обломки.
2.7. Техническая документация в обеспечение проведения
экспертизы:
2 7.1. Карта замеров (ЭПБ-КЗ) с замеряемыми параметра-
ми, которые следует установить при экспертизе;
2.7.2. Результаты расчетов нагрузок, прочности и ресурса
(ЭПБ-РР) с вычисляемыми параметрами, которые следует
определить при экспертизе;
2.7.3. Результаты расчетов нагрузок, прочности и усиления
(ЭПБ-ТР), которые при необходимости следует определить при
экспертизе.
Приведенный материал по расчетам нагрузок, прочности и
ресурсу, а также усилению оболочек секций охватывает весь
цикл расчетных работ в системе экспертизы промышленной без-
опасности металлических дымовых труб.
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ТРУБЫ
3.1. Конструктивные особенности железобетонной трубы:
3.1.1. Железобетонными называются дымовые и вентиляци-
онные трубы, в которых ствол выполнен в виде железобетонной
оболочки. Известны конструкции железобетонного ствола, ко-
гда железобетонная оболочка одновременно выполняет две
функции — газоотводящего ствола и силовой несущей конструк-
ции. Другой вид конструкции железобетонного ствола, когда
железобетонная оболочка выполняет функцию ограждающей
конструкции, внутри которой размещен один или несколько га-
зоотводящих стволов, например, металлических. Все другие
конструктивные особенности железобетонных труб определяют
способы защиты железобетонной оболочки ствола от воздей-
ствий агрессивной среды отводимых газов и техногенного воз-
действия внешней среды. От агрессивного воздействия отводи-
мых газов железобетонная оболочка ствола предохраняется
различными видами футеровки, от чрезмерного нагрева бетона
ствола применяется теплозащита, а от техногенного воздействия
Экспертиза промышленной безопасности .. 169
внешней среды применяются различные защитные покрытия.
Высота ствола железобетонной дымовой трубы может быть от
60 м до 250 м и более.
3.2. Параметры железобетонной трубы из проектной доку-
ментации и справочной литературы
3.2.1. Количество секций бетонирования 7V;
3.2.2. Высота расположения нижнего торца г-ой секции бе-
тонирования Z2np, м;
3.2.3. Наружный радиус по бетону нижнего торца г-ой секции
бетонирования гг, м;
3.2.4. Толщина железобетона у нижнего торца г-ой секции
бетонирования ^>пр, м;
3.2.5. Коэффициент теплопроводности бетона секции
Лг, Вт/(м • град);
3.2.6. Класс прочности бетона на сжатие в секции бетониро-
вания:
3.2.6.1. Расчетное сопротивление бетона сжатию в i-ой сек-
ции бетонирования (призменная прочность) Rtn,пр;
3.2.7. Класс вертикальной арматуры в г—ой секции бетони-
рования:
3.2.7.1. Диаметр вертикальной арматуры в секции бетониро-
вания dijnp;
3.2.7.2. Шаг вертикальной арматуры в секции бетонирования
Д,1Пр У наружной поверхности;
3.2.7.3. Шаг вертикальной арматуры в секции бетонирования
Si’ пР У внутренней поверхности;
3.2.8. Класс горизонтальной арматуры в i-ой секции бетони-
рования
3.2.8.1. Диаметр горизонтальной арматуры в секции бетони-
рования rfj.rip;
3.2.8.2. Шаг горизонтальной арматуры в секции бетонирова-
ния S^;
3.2.9. Толщина защитного слоя;
3.2 10. Материал футеровки:
3.2 10.1. Количество звеньев футеровки N$,
3.2 10.2. Высота нижнего торца j-oro звена футеровки Д^ф;
3 2.10.3. Толщина стенки 7-ого звена футеровки 5?ф;
170
Глава 2
3.2.10.4. Коэффициент теплопроводности материала футе-
ровки секции Лг, Вт/(м • град),
3.2.11. Материал теплоизоляции (тип теплоизоляции):
3.2.11.1. Толщина материала j-ого звена теплоизоляционной
прослойки тепл;
3.2.11.2. Коэффициент теплопроводности материала тепло-
изоляции секции Ли Вт/(м • град).
3.3. Параметры железобетонной трубы, замеряемые при об-
следовании:
3.3.1. Количество секций бетонирования У;
3.3.2. Высота расположения нижнего торца ?-ой секции бе-
тонирования Z, обсл, м;
3.3.3. Наружный радиус по бетону нижнего торца г-ой секции
бетонирования гг, м;
3.3.4. Проба бетона (выбуренный керн) из стенки г-ой секции
железобетонного ствола:
3.3.4.1. Диаметр пробы бетона dnpo6a > 80 мм;
3.3.4.2. Длина пробы бетона 1г проба;
3.3.4.3. Образец из пробы бетона изготавливается по ГОСТ
28570-90.
3.3.4.4. Диаметр образца г/г,образец ~ с/проба;
3.3.4.5. Длина образца 2.0(/Образец > Добразец Д 0-8г/обРазец,
3.3.4.6. Разрушающая нагрузка при испытании образца из ?-
ОЙ СеКЦИИ СЖИМаЮЩеЙ СИЛОЙ F, образец;
3.3.5. Толщина железобетона в г-ой секции бетонирования
^г.обсп Ц, проба>
3.3.6. Класс вертикальной арматуры в г-ой секции бетониро-
вания:
3.3.6.1. Диаметр вертикальной арматуры в секции бетониро-
вания r/щобсл, е^.обсл У внутренней и наружной поверхности со-
ответственно;
3.3.6.2. Шаг вертикальной арматуры в секции бетонирования
5,,обсл У наружной поверхности;
3.3.6.3. Шаг вертикальной арматуры в секции бетонирования
5г',обсл У внутренней поверхности;
3.3.7. Класс горизонтальной арматуры в г-ой секции бетони-
рования:
Экспертиза промышленной безопасности ...
171
3.3.7.1. Диаметр горизонтальной арматуры в секции бетони-
рования Д)Обел,
3.3.7.2. Шаг горизонтальной арматуры в секции бетонирова-
ния
3.3.8. Толщина защитного слоя;
3.3.9. Материал футеровки:
3.3.9.1. Количество звеньев футеровки
3.3.9.2. Высота нижнего торца j-ого звена футеровки
Zj,(J) обсл,
3.3.9.3 Толщина стенки j-ого звена футеровки 5лфобсл;
3.3.10. Материал теплоизоляции (тип теплоизоляции):
3.3.10.1. Толщина теплоизоляционной прослойки <57ТСПЛобсл-
3.4. Параметры железобетонной трубы, вычисляемые при
экспертизе
3.4.1 Класс прочности бетона на сжатие в секции бетониро-
вания:
3.4.1.1. Расчетное сопротивление бетона сжатию в секции
бетонирования (призменная прочность) определяется по форму-
ле
(, X О 28
'г,образец \ jr>
3 I ^г, образец,
образец /
4F к
__ г,образец ,
г, образец — То ,
'77(1
'* ,хг образец
3.4.2. Относительный эксцентриситет приложения нормаль-
х Л/(Д)
ных сил определяется по формуле Со, = — ----, где A/(ZJ =
_ О(27г)Г(1Ср
4/9I4/0D*Z^ 25(1 + 0 8Z225 - 1 8Z,), здесь Но — нормативные
значения ветрового давления (кгс/м2), табл. 2.2, в зависимости
от ветрового района по карте ветрового районирования (обяза-
тельное приложение 5) по СНиП 2.1 07-85; где D* = D +
+ 0.3(D( — D), здесь D — наружный диаметр в сечении ство-
ла на отметке с координатой ZA, отсчитываемой от поверхности
земли; D, — наружный диаметр в сечении ствола на отметке с
координатой Z,, отсчитываемой от поверхности земли; Zk ~ рас-
стояние от поверхности земли до верхнего торца трубы; Z, = —,
Zk
172
Глава 2
G(Zt) — вес конструкций ствола железобетонной трубы на от-
метке с координатой Z,, отсчитываемой от поверхности земли;
, обсл о
= гг+ —j— - средний радиус;
3 4 3. Температуры поверхностей ствола трубы, соприкасаю-
щихся с теплоносителями, определяются по формулам
, _ , <?ь . , _ , Ql
< 1 - ] 1 ^n+l *ВОЗД I 7
7Г(Уг(11 ТГ^возд^п-!-!
где qi — плотность теплового потока (Вт/м); tr — температу-
ра отводимого газа; температура наружного воздуха; о,
(Вт/(м2- град) — коэффициент теплоотдачи отводимого газа в
трубе; <71 (м) — диаметр внутренней поверхности футеровки; Лг
и б7,+] (м) — соответственно диаметры внутренней и наружной
поверхностей г-го слоя многослойной стенки дымовой трубы; Л,
(Вт/(м • град) — коэффициент теплопроводности материала г-
го слоя стенки; авозд (Вт/(м2 • град) — коэффициент теплоотда-
чи воздуха, обтекающего дымовую трубу снаружи; dHap — dn+i
(м) — наружный диаметр дымовой трубы; п — число слоев в мно-
гослойной стенке дымовой трубы с различными теплофизиче-
dt 4- (7?+i <7г+1 (1г
скими характеристиками; а,1Ср = --------, ф = ---------(м) —
соответственно средний диаметр и толщина г-го слоя стенки
ствола дымовой трубы;
3.4.3. 1. Плотность теплового потока (Вт/м) определяется по
формуле
71" (7Г ^ВО!д)
1 п <5 1
— + Е - + —-—
р(7] (=] 2А1(7?ср О^возд^п + 1
3 4 3.2 Коэффициент теплоотдачи о, (Вт/м2- град) отводи-
мого газа в канале дымовой трубы определяется по аппрокси-
мирующей формуле
160 V08 \
(7Г + 273)°^ <7} 746 L0 051J ’
Экспертиза промышленной безопасности ...
173
где L (м) — высота секции; V (м3/с) — объем отводимого газа;
tr — температура отводимого газа; (м) — внутренний диаметр
газоотводящего ствола;
3.4.3. 3. Коэффициент теплоотдачи авозд (Вт/м2- град) от
окружающего воздуха к наружной стенке трубы определяется по
аппроксимирующей формуле
щ)ОЗЛ = 12.23VV"
где РК0 — нормативные значения ветрового давления (кгс/м2),
табл. 2.1, в зависимости от ветрового района по карте ветрового
районирования (обязательное приложение 5) по СНиП 2.1.07-
85; Z, — расстояние от поверхности земли до нижнего торца
секции;
3.4.3. 4 Температура на наружной поверхности слоя стенки
ствола трубы определяется по формуле tl+i
2тгс/г,СрЛг ’ ГДе
С — температура на внутренней поверхности слоя стенки ствола
трубы;
3.4.4. Температура точки росы тр определяется по аппрокси-
мирующей формуле тр = (t + 273) (^/100)^ — 273, где ( = 0.054 —
для диапазона температур от минус 10°С до 26°С; С = 0.06 — для
диапазона температур от 26°С до 100°С; С, = 0.086 — для диа-
пазона температур от 100°С до 190°С; tp — относительная влаж-
ность отводимого газа в %;
3.4.5. Характеристика сечения оц, железобетонной стенки
определяется по формуле
/^1 г,обсл ^2г,обсл \
О 1г, обе л — д I q Г I 7^,
обсл \ 'Э? *^? / ^бет
где Еч, Ева ~ модуль упругости материала вертикальной арма-
туры и начальный модуль упругости бетона соответственно;
3.4.6. Половина угла /Зг (рад), ограничивающего сжатую зону,
определяется по аппроксимирующей формуле
1.784<1П Л 0.26
---7ч-----гае ( =
и0г Н
174
Глава 2
3.4.7. Напряжение сжатия в бетоне секции ствола трубы без
проемов от ветровой нагрузки и веса конструкций ствола опре-
деляется по формуле
04, бет
7г(1 4~ Лщобсл)
при СОг > 0.4;
Пг,бет(1 + Ct);) /пл
<тг,бет = -у—-----------------г, при СОг < 0.4;
7Г(1 -|- <Т1г,обСл,)
G(^)
где пг бет = -------------
г,ср^г,обсл
гг,Ср — средний радиус железобетонной
оболочки ствола; ф,обсл — толщина стенки железобетонной обо-
лочки ствола;
3.4.8. Напряжение растяжения в вертикальной арматуре
секции ствола трубы без проемов от ветровой нагрузки и веса
конструкций ствола определяется по формуле
(с -Д
Щ.бет I еДг - J
\ sin /Зг /
------при СОг >0.5
^бет 1 +
™lw6Cn л т-»
4ES
,2
I ^г,бет
ГДе = 57—;
I ср
3.4.9. Напряжение сжатия в бетоне секции ствола трубы при
наличии проемов от ветровой нагрузки и веса конструкций ство-
ла определяется по формуле
Л , 7Г - Д - 0 Л
^г,бет I L'O; ,-> л "Г -1 I
\ sin рг — sin U J
(7Г — 20)(1 + О'!, обсл)
3.4.10. Напряжение растяжения в вертикальной арматуре
секции ствола трубы при наличии проемов от ветровой нагруз-
Экспертиза промышленной безопасности ...
175
ки и веса конструкций ствола определяется по формуле
0г |
О? — ТГ J- I
__________Sln^ J.
(тг-20)а1г,обсл^ ’
3.4.11. Допускается напряжение сжатия в бетоне секции
ствола трубы без проемов от ветровой нагрузки и веса конструк-
ций ствола определять по аппроксимирующей формуле
<тг бет = 0.292—,
ш
где^ = 0.567Q1’, р = 2.25Со\ ш = а^17С”1;
3.4.12. Напряжения сжатия в бетоне секции ствола трубы от
нагрева ствола определяется по формуле <тг>темп =
= 0.25абет-ЕбстД7\ где »бет — коэффициент линейного расши-
рения бетона при его нагреве; ДТ — разница между температу-
рой нагрева внутренней поверхности стенки бетона и её наруж-
ной поверхности.
3.5. Критерий безопасной эксплуатации ствола железобе-
тонной дымовой трубы
Т,бет + Т ,темп < 0.85Дьгобсл, — 0.85(Tq25
где <7о 2 — предел текучести материала вертикальной арматуры.
КИРПИЧНЫЕ ТРУБЫ
4.1 . Конструктивные особенности кирпичной трубы.
Кирпичными называются дымовые и вентиляционные трубы,
в которых ствол выполнен в виде полой усеченной круговой ко-
нической кирпичной оболочки. Уклон наружной образующей в
пределах 1.5—3%. Отношение высоты к нижнему наружному
диаметру не превышает 20. Ствол трубы состоит из поясов, име-
ющих различную толщину стенок. Высота каждого пояса нахо-
дится в пределах 12—15 м. Переход от одного пояса к друго-
му выполняют путем уменьшения толщины кирпичной кладки на
176
Глава 2
полкирпича с образованием уступа с внутренней стороны. Кир-
пичные трубы не превышают высоты 120 м Для защиты кирпич-
ного оболочки ствола от воздействий агрессивной среды отво-
димых газов с внутренней поверхности устраивается футеровка
из глиняного, огнеупорного или кислотоупорного кирпича. Для
безопасной эксплуатации кирпичной дымовой трубы на ствол
устанавливают стяжные кольца с шагом 0.7 м .. 1 5 м. К ха-
рактерному повреждению кирпичной трубы относится образо-
вание вертикальных трещин. Изменение технологического про-
цесса, которое приводит к увеличению температурного перепа-
да на стволе кирпичной трубы, является причиной образования
вертикальных трещин.
4.2 Параметры кирпичной трубы из проектной документации
и справочной литературы:
4.2.1. Количество звеньев N;
4.2.2 Высота расположения нижнего торца *-ого звена
Д пр, М,
4.2.3. Наружный радиус по кирпичному стволу нижнего тор-
ца 1-ого звена гг, м;
4.2.4. Толщина кирпичной стенки ствола у нижнего торца
7-ого звена 81пр, м;
4.2.5. Коэффициент теплопроводности кирпича ствола звена
Лг, Вт/(м • град);
4.2.6. Класс прочности кирпича ствола на сжатие в звене'
4.2.6.1. Расчетное сопротивление кирпичной кладки сжатию
в 1-ом звене Лы.пр',
4 2 6.2. Расчетное сопротивление кирпичной кладки растя-
жению в 7-ом звене Дгпр;
4.2.7. Количество стяжных колец/Г;
4.2.8. Шаг установки стяжных колец Н,
4.2.9. Толщина и ширина стяжного кольца 8 и b соответствен-
но;
4 2.10 Коэффициент линейного температурного расширения
кирпичной кладки «клтр;
4.2.11. Материал футеровки'
4.2.111. Количество звеньев футеровки Мф;
4.2.11.2. Высота нижнего торца у-ого звена футеровки Д^ф;
Экспертиза промышленной безопасности ...
177
4.2.11.3. Толщина стенки j-ого звена футеровки <5лф,
4.2.11.4. Коэффициент теплопроводности материала футе-
ровки секции Xi, Вт/(м • град);
4.2.12 Материал теплоизоляции (тип теплоизоляции):
4.2.12.1. Толщина материала у-ого звена теплоизоляционной
прослойки ^,тепл;
4.2.12.2. Коэффициент теплопроводности материала тепло-
изоляции секции Хг, Вт/(м • град);
4.3. Параметры кирпичной трубы, замеряемые при обследо-
вании.
4.3.1. Количество звеньев М;
4.3.2. Высота расположения нижнего торца ?-ого звена
М,
4.3.3. Количество стяжных колец /7обсл;
4.3.4. Шаг установки стяжных колец Нгобсл,
4.3.5. Число стыков в стяжном кольце п0;
4.4. Вычисляемые параметры:
4.4.1. Температуры поверхностей ствола трубы, соприкасаю-
щихся с теплоносителями, определяются по формулам п 3.4.3;
4.4.2. Температура точки росы тр определяется по аппрокси-
мирующей формуле п. 3.4.4;
4.4.3. Площадь поперечного сечения стяжного кольца
4.4.4 Усилие затяжки определяется по формуле
Qkoh = 6-Ккол, где Гкол — площадь поперечного сечения стяжного
кольца (мм2),
4.4.5 Характеристика сечения aRl кирпичной стенки ствола
определяется по формуле c\Rl = где гь, г2, ~ радиусы
внутренней и наружной поверхностей стенки кирпичного ствола,
4.4.6. Характеристика сечения кирпичной стенки ствола
определяется по формуле
£1 = г/0.392"я'. где ту = 10168;
4 4 7. Характеристика сечения £2 кирпичной стенки ствола
определяется по формуле
G = 3 737<Тд-)|9;
178
Глава 2
Рис 4 1 Зависимость параметров стяжного кольца и параметров кир-
1 КОЛ /
личного ствола у = ------— от = п г2 при различных темпера-
27ГГ2гЯг
турных перепадах по толщине стенки
4 4 8. Модуль упругости кирпичной кладки Екллп определя-
ется по формуле
Екллд — бООЯ/и.пр,
4.4.9. Характеристика сечения кирпичнои стенки ствола
определяется по формуле
F
1 КОП
Нг обсл ^*2 z
/ 170т? \
где Е = Екллд/Екол; Екоп = EJ I И------- ); »о “ число стыков
\ /
в стяжном кольце; г2! - наружный радиус кирпичного ствола в
месте установки стяжного кольца (мм);
4 4.10. Параметры стяжного кольца, обеспечивающие проч-
ность кирпичной кладки ствола, определяют из выражения
Е\тл - > — - [дтй -11,
27ГГ21Нг 2тг L R
1-5 Rtl пр
где R = —---------=— — приведенное допустимое напряжение
Екоп А'КПТР
растяжения кирпичной кладки;
Экспертиза промышленной безопасности . .
179
Рис 4 2 Зависимость параметров стяжного кольца и параметров кир-
Ко. /
пичного ствола у = -----— от ал = при различных темпера-
27ГГ2гЛг
турных перепадах по толщине стенки
Рис 4 3 Зависимость параметров стяжного кольца и параметров кир-
1 КОЛ /
пичного ствола у — ------— от ал = г^гч при различных темпера-
2тГГ2г'Л
турных перепадах по толщине стенки
4.4 II. Практически параметры стяжного кольца, обеспечи-
вающие прочность кирпичной кладки ствола, определяют
по графикам на рис 4 1-4.3;
4.4 Г2. Критерий прочности кирпичного ствола определяется
по формуле
1
1 5
4г,пр 1
где ДТ — разница между температурой нагрева внутренней по-
180
Глава 2
верхности стенки кирпичного ствола и её наружной поверхности;
/zi = 0.25 — коэффициент Пуассона кирпичной кладки ство-
ла; Ri^np — расчетное сопротивление кирпичной кладки растя-
жению в ?-ом звене кирпичного ствола; «клтр ~ коэффициент
линейного температурного расширения кирпичной кладки.
ГЛАВА
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложения
183
3.1 Справочный материал
Физико-механических характеристик применяе-
мых конструкционных материалов.
Для стволов кирпичных дымовых труб применяют кирпич
глиняный обычного пластичного прессования (ГОСТ 530-71 )по
прочности не ниже марки 100, по морозостойкости — не ниже 35
с водопоглощением в пределах 6-15%. Кирпичную кладку вы-
полняют из цементно-известковых растворов марок не ниже 25
(в верхних сечениях и для сейсмичных районов не ниже 50). Кир-
пичи марок 75, 100, 125, 150 200 относятся к кирпичам средней
прочности, а марки 250 — высокой прочности. Расчетные сопро-
тивления 7? (Мпа) сжатию кладки из кирпича приведены в таб-
лице 3.1 1.
Таблица 3.1.1. Расчетные сопротивления сжатию 7? (Мпа)
кладки из кирпича
№ п/п Марка кирпича Марка раствора
200 150 100 75 50 25
1 300 3.9 3.6 3.3 3.0 2.8 2.5
2 250 3.6 3.3 3.0 2.8 2.5 2.2
3 200 3.2 30 2.7 2.5 2.2 1.8
4 150 2.6 2.4 22 2.0 1.8 1.5
5 125 — 2.2 2.0 1.9 1.7 1.4
6 100 — 2.0 1.8 1.7 1.5 1.1
Расчетные сопротивления кладки сжатию, приведенные в
табл. 3.1.1, следует умножать на коэффициент условий работы
7с = 0.6, величина которого принята как для элементов круглого
сечения, выполняемых из обыкновенного (нелекального) кирпи-
ча. Расчетные сопротивления осевому растяжению 7?( (МПа) и
растяжению при изгибе 7% (МПа) кладки из кирпича приведены
в таблице 1.1.2.
Модуль упругости (начальный модуль деформаций) кладки
Ео при кратковременной нагрузке принимается для неармиро-
184 . Глава 3
Таблица 3.1.2 Расчетные сопротивления растяжению 7?t и 7?(b
(Мпа) кладки из кирпича
Вид напря- женного со- стояния Обозна- чение Марка кирпича
200 150 100 75 50 25
Осевое рас- тяжение R{ 0.25 0.2 0.18 0.13 0.1 0.08
Растяжение при изгибе Rib 0.4 0.3 0.25 0.2 .16 0.12
ванной кладки принимается равным
Eo = aRu, (3.1.1)
где а = 1000 — упругая характеристика кладки из кирпича при
марках раствора 25-200; /?и = kR — временное сопротивление
(средний предел прочности) сжатию кладки; к = 2 для кладки из
кирпича; R — расчетное сопротивление сжатию кладки, прини-
маемое по табл. 3.1.1 с учетом коэффициента условий работы 7с-
Модуль деформаций кладки Е при расчете конструкций по
прочности кладки для определения усилий в кладке, вызывае-
мых температурными деформациями следует принимать равным
Е — 0.5Ео(Ео — начальный модуль деформаций). Модуль сдви-
га кладки следует принимать равным G = 0ЛЕо. Величина ко-
эффициента линейного расширения для глиняного кирпича рав-
на а( = 5 • 10-6.
В расчетах стволов монолитных железобетонных
дымовых труб для оценки их несущей способности можно ис-
пользовать физико-механические свойства бетонов различных
классов по прочности на сжатие, приведенные в табл 3.1.3.
(<^клтр ~ коэффициент линейного температурного расширения
материала).
Класс прочности бетона на сжатие является одним из основ-
ных показателей качества бетона. В расчетах по предельному
состоянию первой группы в качестве критерия прочности желе-
зобетонных конструкций принимаются :
хрупкое, вязкое или иного характера разрушение (расчет по
прочности),
усталостное разрушение;
Приложения 185
Таблица 3.1.3. Характеристики бетона
Класс проч- ности бетона на сжатие Расчетное сопро- тивление бетона для предельных состоя- ний первой группы Началь- ный мо- дуль упругости Е„ 10"\ МПа (кгс/см2) Коэффи- циент Пуассо- на, V Модуль сдвига бетона G «клтр 1/°С
Сжатие (призмен- ная прочность Rb, МПа (кгс/см2) Осевое растяже- ние Rbt, ' МПа (kic/cm2)
BI5 8 5 (86 7) 0 75 (76) 23(235) 0 2 0 4 Еь 1 г'
В20 11 5 (117) 09(92) 27(275)
В25 145 (148) 1 05 (Ю7) 30(306)
потеря устойчивости формы тонкостенных конструкций.
В качестве критериев по предельному состоянию второй
группы принимаются:
образование трещин, а также их чрезмерное и (или) продол-
жительное раскрытие;
чрезмерные перемещения (прогибы, углы поворота, колеба-
ния).
Основной характеристикой прочности бетона на сжатие яв-
ляется его призменная прочность, определяемая на образцах в
форме призмы с отношением ее высоты к ее стороне, равном 4.
Упругие свойства бетона при сжатии оцениваются началь-
ным модулем упругости бетона, определяемого по результатам
испытания бетонных призм при значении напряжений равных
0.2 от призменной прочности бетона.
В стволах монолитных железобетонных дымовых труб наи-
большее распространение нашла стержневая арматура классов
А-П, А-Ш A-IV, физико-механические свойства которых при-
ведены в табл. 3.1.4.
Стержневая арматура класса А-П изготавливается из угле-
родистой стали ВСт5сп2 или ВСт5сп2. Стержневая арматура
класса А-Ш изготавливается из сталей 25Г2С, 35ГС и 18ГС.
Стержневая арматура класса A-IV изготавливается из сталей
186 Глава 3
Ью.нщаЗ 1 4 Характеристики арматуры
Класс стерж- невой арма- туры Расчетное сопро- тивление арматуры для предельных состояний первой группы Модуль упругости Еь 10!, МПа (кгс/см2) Коэффи- циент Пуассо- на, м Модуль сдвига G «КЛТР, 1/°С
Растя- жение 7?s, МПа (кге/см2) Сжатие Rsc. МПа (ki е/см2)
А-П 280 (2850) 280 (2850) 021 (2 1) 0 3 0 38 Еь 1 2 10“
A-1II 355 (3600) 355 (3600)
A-1V 510 (5200) 400 (4000)
20ХГ2Ц и 80С.
Таблица 3.1.5. Нормативная ветровая нагрузка
Номер ветрового района 1а 1 11 III IV V VI VII
Wo, Па 170 230 300 380 480 600 730 850
В табл. 3.1.5 приведены величины нормативного ветрового
давления для ветровых районов России, а в табл. 3.1.9 — ве-
личины нормативных снеговых нагрузок для снеговых районов
Росиии.
В табл. 3 1 бдля регионов России приведены характеристики
вытровых и снеговых нагрузок
Приложения
187
Таблица 3.1.6.
Наименование региона, города Номер района Иф, Па So, кПа V, м/с t°C
Ветровой Снеговой
Республика (Город)
Адыгея (Майкоп) V II 600 0.7 5 0
Башкортостан (Уфа) II IV 300 1.5 5 -15
Бурятия (Улан-Удэ) III II 380 1.0 2 -25
Алтай (Горно- Алтайск) III IV 380 1.5 2 -30
Дагестан V I 600 0.5 5 0
Ингушетия V I 600 0.5 5 -5
Кабардино- Балкария V I 600 0.5 5 -5
Карачаево- Черкессия V I 600 0.5 5 -5
Карелия II IV 300 1.5 4 -10
Коми I IV 230 1.5 4 -15
Марий Эл (Йошкар-Ола) II IV 300 1 5 5 -10
Мордовия (Саранск) II III 300 1 0 5 -10
Саха (Яку- тия) Якутск II III 300 1.0 2 -40
Северная Осетия V II 600 1 0 5 -5
Татарстан (Казань) II IV 300 1.5 5 -15
Тыва III 380
Удмуртия (Ижевск) I IV 230 1.5 4 -15
Хакасия (Абакан) III IV 380 1 5 2 -20
188
Глава 3
Приложения
189
Таблица 3.1.6.
Наименование региона, города Номер района Ио, Па So, кПа V, м/с t°C
Ветровой Снеговой
Чечня V 11 600 0.7 5 -5
Чувашия (Чебоксары) II IV 300 1.5 5 -15
Край (Город)
Алтайский (Барнаул) III III 380 1 0 5 -20
Краснодарский V I 600 0.5 5 0
Красноярский (Красноярск) III IV 380 1.5 3 -20
(Норильск) III V 380 2.0 5 -30
Побережье V-VII II 600- 0.7 5-7 -35
Приморский: (Владивосток) V II 600 5 -10
Побережье V-VI1 111—IV 600-850 1 0-1 5 5 -15
Ставропольский V I 600 05 5 -5
Хабаровский' (Хабаровск) IV III 480 1.0 3 -25
Побережье V—VII III—IV 600-850 1.5 3 -25
Область (Город)
Амурская (Благовещенск) III II 380 0.7
Архат ел некая (Архат ельск) II IV 300 1 5 5 -15
Побережье 111-1V IV 380-480 1.5 6 -15
Белгородская II II 300 0,7 5 -10
Брянская I III 230 1 0 4 -10
Владимирская I III 230 1 0 4 -10
Волгоградская ш II 380 07 5 -10
Волоюдская I IV 230 1.5 5 -10
Воронежская II III 300 1.0 5 -10
Еврейская III I 380 05 3 -25
автоиомная
Ивановская 1 1 IV 230 1 5 d -10
Таблица 3.1.6.
Наименование региона, города Номер района Wo, Па So, кПа V, м/с t°C
Ветровой Снеговой
Иркутская III II 380 1.5 2 -20
Калининградская (Калининград) Побережье II IV I 380 480 0.5 4 -5
Калужская I III 230 1.0 5 -10
Камчатская III—VI V-V1 380-730 2 0-2 5 2-5 -15 ...-20
Кемеровская III IV 380 1.5 4 -20
Кировская I IV 230 1.5 4 -15
Костромская I IV 230 1.5 4 -15
Курганская 11 III 300 1.0 4 -20
Курская II III 300 1.0 5 -10
Ленинградская Санкт-Петербург II II III III 300 300 1.0 1.0 4 4 -10 -10
Липецкая II III 300 1.0 5 -10
Магаданская VI IV 730 1.5 5 -20 -30
Московская (Москва) I III 230 1.0 4 -10
Мурманская (Мурманск) Побережье IV VI IV-V 480 730 1 5-2 0 5 -10
Нижегородская II IV 300 1.5 4 -15
Новгородская 1а III 170 1.0 4 -10
Новосибирская III III 380 1.0 5 -20
Омская III II 380 0.7 5 -10
Оренбургская III IV 380 1.5 5 -15
Орловская II III 300 1.0 5 -10
Пензенская II III 300 1.0 5 -10
Пермская II V 300 2.0 3-4 -15
Псковская I III 230 1.0 4 -10
Ростовская III I 380 0.5 5 -5
190
Глава 3
Таблица 3.1.6.
Наименование региона,города Номер района Ж, Па So, кПа V, м/с t°C
Ветровой Снеговой
Ря ганская I III 230 1.0 5 -10
Самарская III IV 380 1.5 5 -15
Саратовская III III 380 1.0 5 -10
Свердловская III IV 380 1.5 3 -15
Смоленская I III 230 1.0 5 -10
Тамбовская II 111 300 1.0 5 -10
Тверская I III 230 1.0 4 -10
Томская III IV 380 1.5 5 -20
Тульская I III 230 1.0 5 -10
Тюменская II III 300 1.0 4 -20
Ульяновская II III 300 1.0 5 -15
Челябинская II III 300 1.0 4 -10
Читинская III I 380 0.5 2 -25
Ярославская I III 230 1.0 4 -10
В табл. 3.1.1 приведены величины плотности воздуха при раз-
личных температурах.
Таблица 3 1 7 Плотность воздуха при различных температурах
7, °C -50 -40 -30 -20 -10 0
Pt, кг/м3 1.58 1.52 1.45 1.39 1.34 1.29
t, °C 10 15 20 30 40 50
Pt, кг/м3 1.25 1.23 1.20 1.16 1.13 1.09
Величины массовых характеристик некоторых материалов по-
крытий приведены в табл. 3.1.8.
Величины теплофизических характеристик некоторых мате-
риалов приведены в табл. 3.1.10.
Физические свойства сухого воздуха при 760 мм рт. ст при-
ведены в табл. 3.1.11.
Приложения
191
Таблица 3 1 8. Характеристики покрытия
Номер слоя Наименование слоя кровли Вес 1 м2, кг
1 Гравий, втопленный в мастику 24
2 Рубероидный ковер — 7 слоев 17
3 Деревоплита 110
4 Металлические прогоны 25
5 Сетка Рабица 2
6 Цементная стяжка — 50 мм 94
7 Железобетонная плита ПКЖ 1.5 х 6 170
8 Утеплитель — минеральная вата 42
9 Пенобетон — 200 мм 220
Таблица 3.1.9. Нормативная снеговая нагрузка
Номер снегового района I II III IV V VI
So, кПа 0.5 0.7 1.0 1.5 2.0 2.5
So, кгс/м2 50 70 100 150 200 250
192
Глава 3
Таблица 3.1.10. Телофизические характеристики
Материал Темпера- тура, °C Плотность р, KI /м2 Коэффициент теплопровод- ности А, Вт/(м |рад Удельная теп- лоемкость Cj, КДж(К| ipa’j)
Желе юбетон 0 2200 I 55 0 84
Кирпич крас- ный 0 1800 0 77 0 88
Песок речной мелкий сухой 0-160 1520 0 3-0 38 08
Песок речнон мелкий влажный 20 1650 1 13 2 09
Шлак котельный 0 1000 0 29 0 75
Плиты мине- раловатные на синте- тической связке 0 200 0 07 0 18
Керам hit 0 900 04 02
0 500 021 02
0 300 0 16 02
Перлит вспу- ченный 0 250 0 09 02
Вермикулит вспученный 0 300 0 14 0 2
Таблица 3.1.11.
Л °C р, кг/м2 С3, кДж/ кг•град А- 102 Вт/(м • град) р 106 (Н • с/м?) Рг
-40 1.515 1.013 2.12 15.2 0.728
-20 1.395 1.009 2.28 16.2 0.716
0 1 293 1 005 2 44 17.2 0 707
20 1 205 1 005 2 59 18.1 0.703
50 1.093 1.005 2 83 19.6 0.698
100 0.946 1.009 3.21 21 9 0.688
160 0 780 1.017 3.64 24 5 0.682
200 0.746 1.026 3 93 26 0 0 680
300 0.615 1.047 4 60 29.7 0.674
Приложения
193
Утверждаю
Руководитель работ
экспертной огранизацни
"__"2005 г
Экспертиза промышленной безопасности
Монолитная железобетонная дымовая труба
№№ предприятия “”
3.2 Результаты расчетов (ЭПБ-РР)
Нагрузки и прочность
Архивный №
Исполнитель
от экспертной организации
Москва • 2004
Железобетонная дымовая труба Н = 250 м d0 = 9 0 hi Предприятие
194
Глава 3
Содержание
Введение 195
1 Исходные данные для расчета по результатам ана- лиза проектной документации 197
1.1 Группы параметров 197
1 2 Общие характеристики дымовой трубы 198
1.3 Общие характеристики местности расположения дымовой трубы 200
1.4 Газо-расходные характеристики дымовой трубы 201
1 5 Конструктивные размеры ствола дымовой трубы 202
1.6 Конструкция стенки ствола дымовой трубы 203
2 Результаты обследования ствола дымовой трубы 207
2.1 Результаты ни зуального обследования ствола дымовой трубы 207
2.2 Требования к пробе бетона из ствола дымовой трубы 208
2.3 Карта мест отбор проб бетона 210
2.4 Результаты испытаний контрольных образцов, по- лученных из проб бетона 214
2.5 При змеиная прочность бетона 216
2.6 Фактические толщины бетона и ра змеры арматуры ствола трубы 218
2.7 Фактические параметры ствола дымовой трубы, принятые для проведения расчетов на прочность 220
3 Натру зкн на ствол дымовой трубы 222
3.1 Методика расчета изгибающих моментов в стволе дымовой трубы 222
3.2 Результаты расчетов нагрузок в стволе дымовой трубы 223
4 Нагрев ствола дымовой трубы 224
4.1 Результаты расчетов тепловых режимов при фак- тических параметрах 225
4.2 Результаты расчетов тепловых режимов при фак- тических параметрах 226
5 Прочность ствола дымовой трубы 230
5.1 Методика расчета иа прочность 230
5.2 Результаты расчетов прочности при проектных параметрах 232
53 Результаты расчетов прочности при фактических параметрах 235
6 Обоснование возможности проведения ремонтных работ 237
Выводы 240
Железобетонная дымовая труба И = 250 м do = 90 in Предприятие
Приложения
195
Введение
Как следует из федерального закона 116-ФЗ “О промышленной
безопасности опасных производственных объектов” экспер-
тиза промышленной безопасности (далее экспертиза)
определяется, как оценка соответствия объекта экспертизы
предъявляемым ему к нему требованиям промышленной безо-
пасности. При проведении экспертизы выполняется комплекс
обследовательских и расчетных работ, по результатам
которых формируется и документально оформляется заключе-
ние экспертизы — документ, содержащий обоснованные вы-
воды о соответствии или несоответствия объекта экспертизы
требованиям промышленной безопасности и могут быть даны
рекомендации по их дальнейшей эксплуатации.
В данном отчете приведены результаты расчетов нагрузок и
прочности ствола монолитной железобетонной дымовой трубы
Н = 250м d0 — 9м в обоснование возможности её без-
опасной эксплуатации.
Для осуществления проведения этих расчетов использова-
ны методические материалы [ 1 ], устанавливающие порядок про-
ведения расчетов, необходимый и достаточный объем исходных
данных (параметров) для их осуществления, фактические значе-
ния которых определяются, в том числе и при проведении обсле-
довательских работ при экспертизе.
Необходимый и достаточный объем расчетов и параметров
определен на основе анализа конструктивных особенностей
объекта экспертизы, анализа характера дефектов и поврежде-
ний, выявляемых при экспертизе, анализа проектной документа-
ции, так же физико-механических характеристик применяемых
конструкционных материалов.
Железобетонная пямовня труба Н = 250 м df> = 90ш Предприятие
196
Глава 3
Проектные параметры железобетонной дымовой трубы оп-
ределен по результатам анализа проектной документации [2]
Фактические параметры ствола железобетонной дымовой
трубы установлены по результатам обследования [3] и иссле-
дования проб бетона, полученных выбуриванием их из бетона
ствола [4].
Железобетонная дымовая труба Н = 250 м rf0 = 9 0 m Предприятие
Приложения
197
Исходные данные для расчета по результатам анализа
проектной документации
1.1. Группы параметров
Параметры железобетонной дымовой трубы, характеризую-
щие ее как строительное сооружение, а так же параметры, до-
статочные и необходимые для проведения расчетов нагрузок,
тепловых режимов и прочности ствола в обеспечение эксперти-
зы, можно представить в виде групп. Перечень групп параметров
ствола железобетонной дымовой трубы приведен в табл 1.1.
Таблица 1.1. Группы параметров, устанавливаемых при экс-
пертизе
№ п/п Наименование группы па- раметров Назначение группы пара- метров Приведены в табл №
1 Общие характеристики дымовой трубы Характера гуют дымовую трубу как строительное сооружение 2.1
2 Общие характеристики местности расположения дымовой грубы Часть исходных данных тля расчета ветровой нагрузки н тепловых режимов 3 1
3 Газорасходные характери- стики Часть исходных данных для расчета тепловых режимов 4.1
4 Конструктивные размеры ствола дымовой трубы Часть исходных данных для расчета ветровой и весовой на 1 рузок 5.1
5 Конструкция стенки ство- ла дымовой трубы Часть пехотных данных для расчета весовой на- 1 ру 1ки, тепловых режимов и прочности ствола 6.1
6 Физико-механические ха- рактеристики материалов слоев стенки тымовон тру- бы Часть и с х<) д 11 ы х да иных для расчета весовой на- ipy-зки. тепловых режимов и прочности ствола 7.1
Железобетонная дымовая груба Н = 250 м do = >) 0 hi Предприятие
198
Глава 3
1.2. Общие характеристики дымовой трубы
Общие характеристики дымовой трубы, характеризующие ее
как строительное сооружение, приведены в табл. 1.2, а вид на
трубу в ее основании приведен на рис. 1.1.
Таблица 1.2. Общие характеристики дымовой трубы
№ п/п Наименование параметра Значение параметра и раз- мерность
1.1 Наименование трубы Монолитная железобе- тонная дымовая труба №2
1.2 Наименование предприятия Норильский горно- металлургический комби- нат, Надеждинский завод, плавильный цех №1
1.3 Наименование, города и об- ласти (края) местонахожде- ния трубы Норильск, Красноярский край
1.4 Высота ствола, м 250
1.5 Диаметр выходного отвер- стия ствола, м 9.0
1.6 Аэродинамический коэффи- циент 0.7
1.7 Год ввода трубы в эксплуата- цию 1981 г.
Железобетонная дымовая труба Н = 25(1 м. «7ц = 9.0 in Предприятие
Приложения
199
Рис. 1.1. Монолитная железобетонная дымовая труба
Железобетонная дымовая труба Н = 250 м. da = 9.1) in Предприятие
200
Глава 3
1.3. Общие характеристики местности расположения
дымовой трубы
Общие характеристики местности расположения дымовой
трубы, используемы ниже в качестве исходных данных при про-
ведении расчетов ветровой нагрузки и тепловых режимов, полу-
ченные в результате анализа проектной документации, приведе-
ны в табл. 1.3.
Таблица 1.3. Общие характеристики местности расположе-
ния дымовой трубы
№ п/п Наименование параметра Обозначение параметра и размерность Величина парамет- ра
2.1 Номер ветрового района — VII
2.2 Ветровое давление Wo, кгс/м2 85
2.3 Тип местности — А
2.4 Коэффициент надеж- ности на ветровую нагрузку 7/ 1.5
2.5 Предельная 1-ая частота /1 1.9
2.6 Средняя температура наиболее холодной пятидневки / °C (возд, -3.5
Желе юбетонная дымовая труба Н = 250 м do = 9 0 m Предприятие
Приложения
201
1.4. Газо-расходные характеристики дымовой трубы
Газорасходные характеристики дымовой трубы, используемы
ниже в качестве исходных данных при проведении расчетов теп-
ловых режимов, полученные в результате анализа проектной до-
кументации, приведены в табл. 1.4.
Таблица 1.4. Газо-расходные характеристики дымовой трубы
№ п/п Наименование параметра Обозначение параметра и размерность Величина параметра
3.1 Температура отводимо- го газа у ввода в ствол трубы для минимального расхода газа tm,n, С° 180
3.2 Температура отводимо- го газа у ввода в ствол трубы для максимально- го расхода газа tmax, С0 180
3.3 Объём уходящих газов для минимального рас- хода газа при 0 С° и 760 мм рт.ст. w,niri, 10~3 нм3/час 800
3.4 Объём уходящих газов для максимального рас- хода газа при 0 С° и 760 мм рт.ст. 103 нм3/час 800
Желеюбетопная дымовая труба Н = 250 м do = 9 0 m Предприятие
202
Глава 3
1.5. Конструктивные размеры ствола дымовой трубы
Конструктивные размеры ствола дымовой трубы, используе-
мые ниже в качестве исходных данных при проведении расчетов
ветровой и весовой нагрузок, полученные в результате анализа
проектной документации, приведены в табл. 1.5
Таблица 1.5. Конструктивные размеры ствола дымовой трубы
№ п/п Наименование параметра Обозначение параметра и размерность Величина параметра
4.1 Координата верхнего торца Z/,, м 250.00
4.2 Координата нижнего торца Zo, м 7.50
4.3 Наружный диаметр верхнего торца ство- ла на отм. 250.00 Dk, м 9 72
4.4 Наружный диаметр нижнего торца ствола на отм. 7.50 Do, м 26.97
4.5 Характеристики проемов для газохо- дов- отм./ количе- ство/диаметр м/шт./мм 20.30/2/6700 39.30/1/6500
Железобетонная тымовая труба Н = 250 м do = 9 0 in Предприятие
Приложения
203
1.6. Конструкция стенки ствола дымовой трубы
Описание конструкции стенки ствола дымовой трубы (табл.
1 6) получено в результате анализа проектной документации, и
на его основе можно определить исходные данные (табл. 1.7 и
табл. 1.8), используемые ниже при проведении расчетов ветро-
вой и весовой нагрузок.
Таблица 1.6. Конструкция стенки ствола дымовой трубы
№ п/п Наименование слоя стенки ствола Обозначение параметра Значение па- раметра
5 1 Бетон Марка (класс прочности бетона на сжатие) М300(В22,5)
52 Наружный слой верти- кальной арматуры Класс прочности А-Ш
5.3 Внутренний слой верти- кальной арматуры Класс прочности А-Ш
54 Теплоизоляция Тип Плита мине- раловатная
5.5 Футеровка Тип Кислото- упорный кир- пич
5.6 Воздушный зазор меж- ду футеровкой и стен- кой ствола Есть/ отсут- ствует Отсутствует
Железобетонная дымовая труба II = 250 м da = 9 0 tn Предприятие
204
Глава 3
Таблица 1 7 Физико-механические характеристики слоев
стенки ствола
№ п/п Наименование слоя стенки ствола Наименование параметра Обозначение параметра и размерность Величина параметра
6.1 Бетон Нормативное сопротивление бетона осевому сжатию (призменная прочность) кгс/см2 170
6.2 Коэффициент изменения модуля упру- гости бетона от средней тем- пературы сече- ния ствола /^бет 0.85
6.3 Ко эффициент теплопровод- ности вт/(м град) 1.550
64 Наружный слой вертикальной арматуры Нормативное напряжение по пределу текучести кгс/см2 4000
6.5 Суммарная площадь наружной и внутренней вертикальном арматуры со средним радиусом установки 0.5(гНар “Ь /вн) в сечениях по высоте ствола S,, см2 см. табл. 1
6.6 Коэффициент изменения модуля упру- гости арматуры от средней температуры сечения ствола Зарм 1.0
Железобетонная дымовая труба Н = 250 м do = 9 0 m Предприятие
Приложения
205
Таблица 1.7. Продолжение
№ п/п Наименование слоя стенки ствола Наименование параметра Обозначение параметра и размерность Величина параметра
6.7 Внутренний слой вертикальном арматуры Нормативное напряжение по пределу текучести кгс/см2 4000
6.8 Коэффициент изменения модуля упру- гости арматуры от средней температуры сечения ствола /ЛфМ 1.0
6.9 Теплоизоляция Коэффициент теплопровод- ности вт/(м град) 0.720
6.10 Футеровка Коэффициент теплопровод- ности вт/(м град) 0.070
Согласно принятой расчетной схеме ствол дымовой трубы
при расчете нагрузок от ветрового воздействия условно делит-
ся на участки длиной ~ 10 м. В качестве расчетных сечений с
координатой Z (м) по высоте ствола, для которых определяется
ветровая нагрузка, принимаются нижнее сечение ствола на отм
7.500 м и все нижние границы последующих участков, для кото-
рых в табл. 1 8 приведены значения координат Z, толщин слоев
стенки ствола дымовой трубы и размеры (диаметр и шаг) верти-
кальной арматуры.
Железобетонная дымовая труба Н = 250 м, do = 9 О in Предприятие
206
Глава 3
Таблица 1.8 Размеры слоев стенки трубы
Z, м Толщины слоев стенки ствола трубы, м Размеры вертикаль- ной арматуры, мм
Бетон 1СПЛО- и w- ляция Футе- ровка Наружная Внутренняя
Диа- метр Шаг Дна- метр Шаг
240 30 0 200 0.050 0 из 20.0 167.0 20.0 200.0
230.60 0 200 0.050 0 из 20.0 167.0 20.0 200.0
220 90 0 200 0 050 0 113 20 0 167 0 20 0 200 0
211.20 0 200 0.050 0.113 20.0 167.0 20 0 200.0
201.50 0 220 0.050 0.113 22.0 167.0 22 0 200 0
191.80 0 240 0.050 0.113 22.0 167.0 22.0 200.0
182 10 0 260 0 050 0 113 22.0 167.0 22 0 200.0
172.40 0 280 0.050 0 113 25.0 125.0 25 0 200 0
162 70 0 300 0.080 0.113 25.0 125 0 25 0 200 0
153.00 0 320 0.080 0.113 25.0 125 0 25 0 200.0
143.30 0 340 0.080 0 из 28.0 1250 28 0 200 0
133.60 0 360 0.080 0.113 28.0 125.0 28.0 200.0
123 90 0 380 0.080 0.113 28.0 125.0 28.0 200.0
114.20 0 400 0.080 0.113 32 0 125.0 32 0 200.0
104 50 0.420 0.080 0.113 32 0 125.0 32.0 200.0
94 80 0 440 0 100 0 из 32.0 125.0 32.0 200.0
85.10 0 460 0.100 0 из 32 0 125 0 32.0 200.0
75.40 0 48С 0.100 0 230 32.0 125.0 32.0 200.0
65 70 0 500 0.100 0.230 32 0 125.0 32.0 200.0
56.00 0.550 0.120 0.230 36.0 125.0 36.0 200 0
46 30 0 550 0.120 0.230 36 0 1250 36 0 200.0
36.60 0 750 0.120 0.230 32.0 150 0 32 0 200 0
26.90 0 750 0.120 0 230 32.0 150.0 32 0 200 0
17 20 0 750 0.120 0.230 32 0 150 0 32 0 200.0
7.50 0 750 0.120 0.230 32 0 150.0 32 0 200.0
Же к-зобе гонпая дымовая труба Н = 250 м de = 9.0 111 Предприятие
Приложения
207
2. Результаты обследования ствола дымовой трубы
Обследование бетона ствола дымовой трубы проводилось
путем визуального осмотра наружной поверхности и внутренней
на участках вскрытия футеровки Проведено так же исследова-
ние свойств бетона путем испытания образцов, полученных пу-
тем выбуривания из ствола трубы В местах отбора проб бето-
на и на участках вскрытия футеровки устанавливалось фактиче-
ское состояние теплоизоляции Полные результаты обследова-
ния приведены в [1].
Ниже приведен анализ результатов обследования, на осно-
ве которого установлены фактические значения параметров, ис-
пользуемых ниже при проведении расчетов.
2.1. Результаты визуального обследования ствола дымовой
трубы
При вскрытии футеровки на участке от отм. 236 000 м до отм.
180.000 м установлено, что в результате коррозионного повре-
ждения бетона внутренняя арматура полностью по всей поверх-
ности потеряла сцепление с бетоном ствола. При вскрытии фу-
теровки от отм 7.500 до отм 180.000 м установлено, что в ре-
зультате коррозионного повреждения бетона внутренняя арма-
тура на 20% поверхности потеряла сцепление с бетоном ствола.
Результаты обследования показали, что коррозионное по-
вреждение стенки бетона ствола выше отм. 236 000 м состави-
ло более 50% её толщины Фотографии фактического состоя-
ния бетона и арматуры внутренней поверхности ствола на этом
участке ствола дымовой трубы приведены на рис. 2.1 и 2 2, а так-
же на рис. 1-4 в приложение 1
Осмотр теплоизоляции в местах извлечения проб бетона и на
участках вскрытия футеровки позволил установить, что по всей
высоте ствола дымовой трубы произошло её полное разрушение,
при этом наблюдалось истечение избытка конденсата через от-
верстие после извлечения пробы бетона [9].
/Келе юбетоппая дымовая Iруба Н = 25U м = 9 0 in Предприятие
208
Глава 3
Рис. 2.1. Коррозионное повреждение бетона на внутренней поверхно-
сти Между отм. 250 и отм. 236 м
Характерное состояние швов бетонирования приведено на
фотографиях, рис. 1 н 2. в приложении 3. Из фотографий на
рис. I и 2 видно, что выход конденсата из шва бетонирования
носит локальный характер, при этом общая протяженность ло-
кальных выходов конденсата из шва бетонирования не превы-
шает <5% от длины шва бетонирования.
2.2. Требования к пробе бетона из ствола дымовой трубы
В основу определения параметров проб бетона (технология
получения и размеры) из стенки ствола железобетонной дымо-
вой трубы положены требования к контрольному образцу для
определения прочности бетона на сжатие, получаемому из про-
бы. Согласно [8] при определении прочности бетона на сжатие
Же.'кчобетопиая цлмовая труба Н 250 м. Щ = 9.0 m Предприятие
Приложения
209
Рис. 2.2. Оголенная арматура на внутренней поверхности между отм.
250.000 и отм 236.000 м.
допускается в качестве контрольного образца использовать ци-
линдр с размерами: г/ = (0.96 . 1.04)(44.
150) мм, L/d = 0.8 . .. 2.0 (г/, L — диаметр и длина соответствен-
но), при jtom отклонения от плоскости его опорных поверхно-
стей, прилегающим к плитам пресса при испытаниях на сжатие,
не должны превышать 0.1 мм, а минимальный размер контроль-
ного образца должен превышать максимальный номинальный
размер крупного заполнителя (щебня) в 2 раза.
При обследовании дымовой трубы отобраны пробы бетона
щаметром ~94 мм с использованием бурильной установки с
кольцевым сверлом (рис. 2.3) В зависимости от состояния вы-
буренных проб бетона из них изготавливались от одного до че-
тырех контрольных образцов.
Железобетонная дымовая труба И = 250 м. </() = 9.0 in 11реднрпятне
210
Глава 3
Рис. 2.3. Бурильная установка после окончания бурения.
2.3. Карта мест отбор проб бетона
Расчеты показывают, что для железобетонных дымовых труб
при выбуривании в одном сечении трех отверстий диаметром не
более 95 мм, прочность ствола снижается незначительно (на
2%). Это обстоятельство позволяет проводить отбор проб бе-
тона практически в любом сечении ствола.
С другой стороны при возведении стволов монолитных желе-
зобетонных с использованием переставной опалубки дымовых
труб, как правило, через 2-2.5 м имеется горизонтальный шов
бетонирования. Участок трубы между двумя соседними горизон-
тальными швами бетонирования рассматривается как секция
бетонирования. Для бетонирования каждой последующей сек-
ции переставляют опалубку с предыдущей, после того, как бетон
Желе.пюет<>||цая дымокая труба Н = 250 и. Иц = 9.1) m Предприятие
Приложения
211
Рис. 2.4. Проба бетона на отм. 161.000, образующая </> — ().
наберет необходимую прочность. Так как бетонирование в пре-
делах каждой секции, как правило, проводится за один прием, то
механические свойства бетона в ее пределах получаются прак-
тически одинаковыми. Так как при возведении железобетонно-
го ствола технология бетонирования каждой секции может хоть
и незначительно отличаться друг от друга, то можно предполо-
жить, что отличия между механическими свойствами бетона мо-
гут наблюдаться так же между отдельными секциями.
Поэтому при экспертизе важно так же установить наличие
или отсутствие отличии механических свойств между образцами
бетона, полученных их различных секций ствола.
Фотография пробы бетона из ствола дымовой трубы приве-
дена на рис. 2 4. Фотографии всех проб бетона приведены на
рис. 1-42 в приложение 2.
С учетом изложенного, в табл. 2.1 и на рис. 2.5 приведены
координаты мест выбуривания проб бетона (карта отбора проб
Железобетонная дымовая труба Н . 250 м, Jo — 9.0 ш Предприятие
212
Глава 3
Рис 2 5 Карта отбора проб бетона
/KuiL4o6eToiiii;iH u.iMouau труба Н = 250 м da — <) 0 in Пре шрпятис
Приложения
213
Таблица 2.1.
№ пробы бетона Координаты мест отбора проб бетона из ствола № пробы бетона Координаты мест отбора проб бетона из ствола
Нотб, М град -^отб» М град
1 236 240 34 126 240
3 231 0 36 121 0
4 226 240 37 116 24
6 221 0 39 111 0
7 216 240 40 101 240
9 211 0 42 98.5 0
10 206 240 43 91 240
12 201 0 45 88.5 0
13 196 240 46 81 240
15 191 0 48 78.5 0
16 186 240 49 76 240
18 181 0 51 71 0
19 176 240 52 66 240
21 171 0 54 61 0
22 166 240 55 53 240
24 161 0 57 49 0
25 156 240 58 36 240
27 151 0 60 31 0
28 146 240 61 26 240
30 141 0 63 9 0
31 136 240 66 1 0
33 131 0
бетона) из ствола дымовой трубы. Угол = 0° в табл. 2.1 соот-
ветствует образующей на стволе дымовой трубы, ориентирован-
ной на запад. Нотб — высота места отбора пробы бетона из ство-
ла дымовой трубы. Так как в процессе отбора проб было при- .
нято решение не отбирать пробы бетона на образующей с углом
= 120°, то в нумерации образцов отсутствуют те номера, кото-
рые соответствуют пробам на этой образующей
Жечезобетопния шмоная труба Н = 250 м с/ц = 9 0 in Предприятие
214
Пиша 3
В швах бетонирования проба бетона была выбурена на отм.
225.000 м и на отм. 205.000 м па образующей с углом = 240°
[9]. Также проба бетона была выбурена из консоли па отм.
179.000 м ствола дымовой трубы [9].
2.4. Результаты испытаний контрольных образцов,
полученных из проб бетона
В испытаниях на осевое сжатие контрольного образца диа-
метром d определялась разрушающая нагрузка F по показани-
ям снлоизмерителя испытательной машины, а прочность бетона
на сжатие — по формуле
гюбр =
7Г(12
Затем прочность бетона на сжатие /?о6р приводилась к проч-
ности бетона 7? на сжатие образца базового размера и формы
(за базовый образец во всех испытаниях принимается образец с
размерами рабочего сечения 150 х 150 мм [8]) по формуле
В = В'^а/ц
где о — масштабный коэффициент, учитывающий форму и раз-
меры контрольного образца (для ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО об-
разца диаметром 95 мм, используемого Инжремтехстроем, ко-
эффициент о = 1); //! — коэффициент, учитывающий отношение
длины (//) цилиндра к его диаметру и для конкретных отношений
0.96... 1.14, что согласуется с [8], в котором //j = (J.96 ... 1.2 для
отношения длины цилиндра к его диаметру (h/d), находящегося
в диапазоне 0.85... 2.0.
Изготовление контрольных образцов, их испытание и опре-
деление прочности бетона В на сжатие образца базового разме-
ра и формы проведены специализированной организацией.
>Ke.ric.!ii6vi<iiiiiasi дымовая труба Н = 250 м. </(, = 9.0 m 1 Ipc.Tiipiistrne
Приложения
215
Рис. 2.6. Контрольный образец из пробы бетона.
В [9] отмечено, что бетон проб (кернов) имеет плотную струк-
туру. Разрушения в зоне контакта цементной матрицы и круп-
ного заполнителя отсутствуют. По торцам кернов, являющими-
ся внутренней поверхностью трубы, присутствует коррозия це-
ментного камня в виде рыхлых новообразований, не обладаю-
щих прочностными свойствами.
В графе 4 табл. 2.2 приведены результаты определения проч-
ности бетона Z? на сжатие образца базового размера [9], при этом
в табл. 2.2 помещены минимальные значения прочности бетона,
если испытывалось более одного контрольного образца из одной
пробы бетона.
Анализ результатов исследования пробы бетона из консоли
на отм. 179.000 м показал, что прочность бетона R на сжатие
образца базового размера [9] не менее 54 МПа.
Прочность бетона в швах бетонирования на отм. 225.000 и на
отм. 205.000 м установить нс удалось, так как размеры фрагмен-
тов пробы бетона существенно меньше требуемых для изготов-
ления контрольного образца [9].
Фотография контрольного образца, изготовленного из пробы
бетона, приведена на рис. 2.6.
Железобетонная тымовая груба Н = 250 м. </[> = 9.0 m Предприятие
216
Глава 3
2.5. Призменная прочность бетона
В соответствии с [4] главным критерием прочности бетона
ствола железобетонной дымовой трубы является неравенство
а < RbPhci
где Rb — призменная прочность бетона; fl — коэффициент усло-
вия работы [5], 7с — коэффициент надежности по бетону на сжа-
тие
При принятом в качестве базового образца куба, норматив-
ная кубковая прочность бетона определяется по формуле [10]
Rn = о 7787?, а призменная прочность бетона на сжатие опреде-
ляется по формуле [ 10] Rb — 0 727?” и тогда Rb = 0.547?. Следует
отметить, что призменную прочность бетона можно определить
по формуле Rb — (0 5 0.7)7?обр, при этом для длины цилиндра
к его диаметру (h /сГ), находящегося в диапазоне 0.85... 2.0 приз-
менную прочность можно определить по формуле Rb =
, , \ О 28
= 0 54 ( ) 7?обр.
\"/
Фактическая призменная прочность бетона ствола дымовой
трубы, полученная по результатам исследования проб бетона,
приведена в графе 5 табл. 2.2.
Анализ результатов исследовании проб бетона из ствола ды-
мовой трубы, приведенных в табл. 2.2, показал, что по всей вы-
соте ствола дымовой трубы фактическая призменная прочность
бетона не ниже проектной (17 МПа)
Фактическая призменная прочность бетона в консоли на отм.
179 составляет Rb — 29 МПа, что выше проектной величины
(17 МПа).
Железобетонная шмоная труба И = 2г>0 м rfo = 9 0 in Предприятие
Приложения
217
Таблица 2 2 Призменная прочность бетона
№ пробы бетона Координаты мест отбо- ра проб бетона из ствола дымовой трубы Прочность бетона базового образца Призменная прочность бетона
Нотб, М град R, МПа Rb, МПа
1 236 240 42.3 22 8
3 231 0 45 2 24 4
4 226 240 65.5 32 75
6 221 0 45.6 24 6
7 216 240 35 189
9 211 0 34.4 185
10 206 240 36.8 19 8
12 201 0 44.7 24 1
13 196 240 50 1 27
15 191 0 — —
16 186 240 67.6 33.8
18 181 0 57.5 31
19 176 240 — —
21 171 0 47.3 25.5
22 166 240 63.7 34 3
24 161 0 38.3 20 6
25 156 240 60 2 32.5
27 151 0 57 2 30.8
28 146 240 43 1 23.2
30 141 0 31 8 17 7
31 136 240 48.3 26
33 131 0 38.3 20 6
34 126 240 69.3 37 4
36 121 0 48 6 26 2
37 116 24 31 6 17
39 111 0 48 25 9
40 101 240 41 1 22 1
/Ке.пезобетопная и |М<>иая Iрубя // = 250 м <7() = 9 О ni 11редпрняти
218
Глава 3
Таблица 2.2. Продолжение
№ пробы бетона Координаты мест отбо- ра проб бетона из ствола дымовой трубы Прочность бетона базового образца Призменная прочность бетона
Нотб, м град Е, МПа Еь, МПа
42 98.5 0 35.3 19
43 91 240 65.7 35.4
45 88.5 0 52.6 28.4
46 81 240 59.2 31.9
48 78.5 0 49.1 26.5
49 76 240 54.2 29.2
51 71 0 48 25.9
52 66 240 48.8 26.3
54 61 0 35.8 19.3
55 53 240 56.5 30.5
57 49 0 66.5 35.9
58 36 240 58.5 31.5
60 31 0 63.1 34
61 26 240 49 26.4
63 9 0 58.8 31.7
66 1 0 52.2 28.1
2.6. Фактические толщины бетона и размеры арматуры
ствола трубы
Фактические толщины стенки бетона ствола дымовой трубы
приведены в табл. 2.3.
Фактическая толщина стенки бетона ствола определялась
как разница между длиной керна (пробы бетона) и величиной
глубины коррозионного износа, определенные при исследовании
пробы бетона В табл 2.3 также приведены величина длины про-
бы бетона [9], глубина коррозионного повреждения [9] и толщина
стенки бетона из проектной документации [ 1 ].
Железобетонная дымовая труба Н = 250 м do = 9 0 m Предприятие
Приложения
219
Таблица 2.3. Фактические толщины стенки бетона ствола
№ про- бы бе- тона Координаты мест отбора проб Длина керна Глубина кор- рози- онного повре- ждения бетона Факти- ческая тол- щина бетона стенки ствола Толщина бетона по про- ектной докуме- нации Корро- зионный износ бетона ствола
<Р, град мм мм мм мм %
1 236 240 155 25 130 200 35
3 231 0 230 30 200 200 0
4 226 240 210 20 190 200 5
6 221 0 250 40 210 200 —
7 216 240 195 20 175 200 22
9 211 0 220 22 198 200 1
10 206 240 210 10 200 220 9
12 201 0 275 30 245 220 —
13 196 240 240 20 220 240 8
15 191 0 235 5 230 240 4
16 186 240 270 25 245 260 6
18 181 0 370 20 350 260 —
19 176 240 185 185 0 280 —
21 171 0 350 40 310 300 —
22 166 240 330 20 310 300 —
24 161 0 380 50 330 320 —
25 156 240 350 10 340 320 —
27 151 0 380 20 360 340 —
28 146 240 340 18 322 340 5
30 141 0 360 10 350 360 3
31 136 240 360 10 350 360 3
33 131 0 400 40 360 360 —
34 126 240 415 15 400 380 —
36 121 0 460 78 392 380 —
37 116 24 370 25 345 400 13
39 111 0 — — — — —
40 101 240 410 15 395 420 6
Железобетонная дымовая труба Н = 250 м do = 9 0 iti 11редирпятис
220
Глава 3
Таблица 2.3. Продолжение
№ про- бы бе- тона Координаты мест отбора проб Длина керна Глубина кор- рози- онного повре- ждения бетона Факти- ческая тол- щина бетона стенки ствола Толщина бетона по про- ектной докуме- каны п Корро- зионный износ бетона ствола
-^016» М уз, град мм мм мм мм ° о
42 98.5 0 — — — — —
43 91 240 455 10 445 440 —
45 88.5 0 — — — — —
46 81 240 600 10 590 460 —
48 78.5 0 — — — — —
49 76 240 530 10 520 480 —
51 71 0 — — — — —
52 66 240 560 30 530 500 —
54 61 0 — — — — —
55 53 240 575 10 565 550 —
57 49 0 595 5 590 550 —
58 36 240 750 45 705 750 6
60 31 0 670 8 668 750 и
61 26 240 710 15 695 750 7
63 9 0 715 10 705 750 6
66 1 0 — — — — —
Если данные по замерам длины керна не представлены, то в
табл. 2.3 в соответствующей строке ставится прочерк. Глубина
коррозионного износа внутренней поверхности ствола видна на
фотографии рис. 2.7.
2.7. Фактические параметры ствола дымовой трубы,
принятые для проведения расчетов на прочность
Фактические толщины бетона ствола дымовой трубы приве-
дены в табл. 2.4, при этом уменьшение толщины бетона ствола
принято не меньше чем на 10%.
Железобетонная дымовая труба Я = 250 м, do = 9 0 m Предприятие
Приложения
221
Рис. 2.7. Проба бетона на отм. 231.000, образующая — у? = 0°.
Вместо теплоизоляции в виде минераловатных плит по про-
екту рассмотрена теплоизоляция в виде воздушного зазора той
же толщины с параметрами невентилируемого зазора.
Учитывая, что износ арматуры имеет не регулярный характер
(в швах бетонирования износ достигает максимального значе-
ния, а в стенке ствола износ практически отсутствует) для расче-
тов прочности (в запас прочности) для арматура с отм. 180.000 м
до отм. 250.000 принят износ 50%, что соответствует уменьше-
нию каждого диаметра стержня арматуры в два раза. Для ар-
матура с отм. 7.500 м до 180.000 м принят износ 20%, что со-
ответствует уменьшению каждого диаметра стержня арматуры
на 20%.
Дефект швов бетонирования учитывается путем уменьшени-
ем сжатой зоны на величину 3.5 м, что соответствует суммарной
Железобетонная дымовая труба Н = 250 м </(> = 9.0 m Предприятие
222
Глава 3
максимальной величине длин щелей (для одного шва бетониро-
вания) через которые истекает конденсат.
Разброс призменной прочности бетона Нь по результатам ис-
пытаний контрольных образцов из проб бетона ствола от
17.7 МПа до 30 МПа показал, что призменную прочность бе-
тона можно принять по проекту (17 МПа). С учетом изложен-
ного в табл. 3.2 приведены фактические толщины слоев стенки
ствола дымовой трубы и размеры арматуры, установленные при
обследовании дымовой трубы.
3. Нагрузки на ствол дымовой трубы
3.1. Методика расчета изгибающих моментов в стволе
дымовой трубы
Для такого высотного сооружения, к которому относится же-
лезобетонная дымовая труба, изгибающий момент М в горизон-
тальном сечении складывается из изгибающего момента Мизг
от ветрового потока и дополнительного изгибающего момента
Мдоп , вызванного весом ствола М' вследствие его прогиба и
крена фундамента М"оп [ 1 ].
Изгибающий момент от ветрового потока М„зг в сечениях
ствола дымовой трубы с можно определять по аппроксимиру-
ющей формуле [ 1]
Мизг = 4/9A'D*H/qZa2 25(1 + 0 8Z2 25 - 1 8Z)
где К = 1.0 если высота дымовой трубы менее 150 м, К = 1 08,
если высота дымовой трубы более 150 м и менее 300 м, I\ = 1 15,
если высота дымовой трубы более 300 м, IV() (кгс/м2) — норма-
тивное значения ветрового давления для соответствующего вет-
рового района; Z/, (м) расстояние от поверхности земли до торца
ствола дымовой трубы; Z = Z/Z*,; D* = D + 0.3(Z?0 — D) (м);
D (м) — наружный диаметр ствола на расстоянии Z (м) от по-
верхности земли; D{> (м) — наружный диаметр ствола на рассто-
янии Zk от поверхности земли.
Железобетонная дымовая труба Н = 250 м =90 m Предприятие
Приложения
223
Таблица 3.2. Фактические параметры ствола дымовой трубы
Z, м Толщины слоев стенки ствола трубы, м Размеры вертикаль- ном арматуры, мм
Бетон 1епло- 11 10- ляцпя Футе- ровка Наружная Внутренняя
Диа- метр Шаг Диа- метр Ulai
240.30 0 100 0.050 0.113 100 167 0 10.0 200.0
230.60 0 130 0.050 0.113 10.0 167.0 10.0 200.0
220.90 0 175 0.050 0 из 10.0 167 0 10.0 200.0
211.20 0 175 0.050 0.113 10.0 167.0 100 200.0
201.50 0 200 0.050 0.113 11.0 167.0 И 0 200.0
191.80 0 220 0.050 0.113 11 0 167.0 11 0 200.0
182.10 0 230 0.050 0.113 11.0 167.0 11.0 200 0
172.40 0 25Q 0.050 0.113 25.0 125.0 20.0 200.0
162.70 0.270 0.080 0.113 25 0 125.0 20.0 200.0
153 00 0 290 0.080 0.113 25 0 125.0 20.0 200.0
143.30 0310 0.080 0 из 28 0 125 0 23.0 200.0
133.60 0 330 0.080 0.113 28.0 125.0 23.0 200.0
123.90 0 340 0.080 0.113 28 0 125.0 23 0 200 0
114.20 0 360 0.080 0.113 32 0 1250 26.0 200 0
104.50 0 380 0.080 0.113 32 0 125.0 26.0 200.0
94.80 0 400 0.100 0.113 32.0 125.0 26 0 200.0
85.10 0 429 0.100 0.113 32.0 125 0 26.0 200 0
75.40 0 440 0 100 0.230 32.0 125.0 26.0 200.0
65.70 0 45С 0.100 0.230 32 0 125.0 26 0 200.0
56.00 0 500 0.120 0.230 36 0 1250 30.0 200.0
46.30 0 500 0 120 0 230 36.0 125.0 30.0 200.0
36.60 0 680 0 120 0.230 32.0 150 0 26 0 200.0
26 90 0 680 0.120 0.230 32 0 150 0 26.0 200.0
17 20 0 680 0 120 0.230 32.0 150.0 26.0 200.0
7.50 0 680 0.120 0 230 32 0 150.0 26.0 200 0
Результаты исследования показали, что отношение дополни-
тельного изгибающего момента М'чоп , вызванного весом ствола
вследствие его прогиба к изгибающему моменту от ветрового по-
тока Мизг в нижнем сечении трубы не менее 0 3
Железобето!шая тымопая труба Н = 250 м da = 90 in Предприятие.
224
Глава 3
Дополнительный изгибающий момент М"оп в горизонталь-
ном сечении ствола трубы от крена фундамента определяется ве-
личиной tg</>(</> — угол крена фундамента), величина которого не
должна превышать значения 0.004 [ 1 ].
Расчеты для ряда монолитных железобетонных дымовых
труб, проведенные по методике [ 1 ] показали, что для нижнего се-
чения ствола отношение дополнительного изгибающего момен-
та МДО11, вызванного весом ствола вследствие его прогиба М'(ОП
с учетом дополнительного изгибающего момента М"оп от крена
фундамента, к изгибающему моменту от ветрового потока Мизг
в нижнем сечении трубы может быть принято равным 0.5.
С учетом этого, что идёт в запас прочности, изгибающий мо-
мент М, учитывающий изгибающий момент от ветровой нагрузки
Мизг и дополнительные изгибающие моменты, вызванные мас-
сой ствола вследствие её прогиба М'1ОП и креном фундамента
М"оя, можно вычислять по аппроксимирующей формуле
А/ = К^1ИЗГ
где = 1.5; Мизг — изгибающий момент от ветрового потока.
3.2. Результаты расчетов нагрузок в стволе дымовой трубы
Результаты расчетов изгибающих моментов MH3rj, тс • м и
нагрузкок Nj, тс от веса конструкций дымовой трубы в сечениях
ствола дымовой трубы приведены на рис. 3.1
Железобетонная дымовая труба Н = 2г>0 м, dn = 9 0 in Предприятие
Приложения
225
D-9 72м
Отм 240 30 I
Отм 182 00 I
Отм 153 00
Отм 123 90
Отм 94 80 «
Отм 65 70
Отм 36 60 мима
Отм 7 50
Ми,.-.), ТС-М Nj, ТС
169 215
9094 1943
19366 3300
34025 5076
53395 7324
77722 10358
107148 14540
141615 19831
Рис. 3.1. Изгибающие моменты MH3rj и осевые силы N3 в сечениях
ствола дымовой трубы
4. Тепловые режимы ствола дымовой трубы
4.1. Результаты расчетов тепловых режимов при
проектных параметрах
Расчеты нагрева бетона ствола дымовой трубы проведены
при максимальной температуре отводимого газа у ввода в ствол
дымовой трубы равной 270°, при этом температура наружного
воздуха принята равной —35°, соответствующая минимальной
для района г. Норильска. Средняя скорость ветра Ко за зимний
период принимается 5 м/с.
Величины параметров теплообмена приняты, как для типо-
вых дымовых труб:
Коэффициент теплоотдачи газа —8 вт/(м2- град);
Железобетонная дымопая труба Н = 250 м, dp = 9 0 m Предприятие
226
Глава 3
Плотность отводимого газа — 0.65 кг/м3 (при температуре
газа 270°С);
Коэффициент теплоотдачи наружной стенки бетона ствола
трубы (вт/м2 • град) определяется по формуле <твозд = 5 8 +
+ 11 б^/Козд, где 14<>зд = 5 - скорость ветра, К - коэф-
фициент изменения ветрового давления по высоте ([2], табл.6)
Величины коэффициентов теплопроводности материалов
слоев стенки ствола дымовой трубы приведены в табл. 1.7 и при-
няты постоянными по всей высоте ствола Результаты расчетов
приведены в табл. 4.1-4.3.
В последней графе табл 4.3 приведен перепад температуры
(температурный напор Д/) по толщине бетона ствола дымовой
трубы, который используется в дальнейшем для расчетов напря-
жений сжатия в бетоны ствола.
4.2. Результаты расчетов тепловых режимов при
фактических параметрах
Расчет нагрева ствола при фактических параметрах прове-
ден по методике п.4 1. Значения температурного напора Д/ в бе-
тоне ствола приведены в виде графика на рис. 5.1. На рис. 4.1
так же приведена графическая зависимость температурного на-
пора Д£ в бетоне (табл. 4.3) ствола по его высоте для проектных
параметров дымовой трубы.
Из приведенных результатов расчета температурного напора
Д^ на рис. 4.1 видно, что температурный напор в стенке ство-
ла дымовой трубы при фактических параметрах дымовой трубы
примерно в 2 раза превышают температурный напор, определен-
ный при проектных параметрах дымовой трубы
Анализ параметров ствола дымовой трубы установил, что
причиной увеличения температурного напора в бетоне ствола
дымовой трубы явилось разрушение минераловатных теплоизо-
ляционных плит, так как в этом случае коэффициент теплопро-
водности теплоизоляции ствола изменился с 0.07 до 0.39 вт/(м
град)
Железобетонная 1ымовая iруба Н = 250 м </() = 9 0 ш 11рсдирият1к
Приложения
227
Таблица 4 1. Результаты расчетов
Z, м Скорость отводи- мого газа, м/с Критерии Коэффициент теплоотдачи газа, вт/м2 град
Re Nu
240.30 5.80 1713519.0 2766.8 16.87
230.60 5.05 1599778.0 2628 6 15.87
220.90 4.45 1500197 0 2505.5 1503
211 20 3.94 1412286.0 2395 1 14.33
201 50 3.54 1338414.0 2301.1 13.76
191.80 3.20 1271885 0 22152 13.27
182 10 2.90 1211657.0 21364 12.84
172.40 2.64 1156875.0 2064.0 12.47
162 70 2.44 11112800 2003 0 12.16
153.00 2.24 1065026.0 1940 4 11.87
143.30 2.06 1022468.0 1882.3 11 60
133.60 1.91 983180.3 1828.1 11.36
123 90 1.77 946800.3 1777.4 11.15
114 20 1.65 913016.4 1729.8 10.95
104 50 1.53 881560.6 1685.2 10 78
94.80 1.44 853954.5 1645 7 10.63
85 10 1.35 826375 2 1605 8 10.48
75 40 1.29 809663.1 1581 6 10.40
65 70 1.22 784828.9 1545 2 10.27
56.00 1.16 764983.8 1516.0 10.17
46 30 1.09 741449.3 1481 1 10.05
36.60 1 06 732014 8 1467.0 10.01
26 90 1.00 710436 6 1434 6 9.91
17.20 0 94 690094.1 1403.8 9.81
7 50 0 89 670884 3 1374 6 9 73
Железобетонная ii.imoiiosi труба И = 250 м du = 9.0 m Предприятие
228
Глава 3
Таблица 4.2
Z, м Термические сопротивления м град/вт
Наруж- ным воз- дух Бетон Тепло- изоля- ция Футе- ровка Отводи- мый газ Общее
240 30 0 002014 0 012640 0 071727 0 016022 0 006122 0 108525
230 60 0 001900 0011841 0 067089 0 014970 0 006077 0 101878
220 90 0 001799 0 011138 0 063015 0 014048 0 006015 0 096015
211 20 0 001710 0 010513 0 059407 0 01 32 32 0 005941 0 090804
201 50 0001631 0 010967 0 056367 0 012547 0 005862 0 087374
191 80 0 001561 0011377 0 053623 0 011928 0 005777 0 084265
182 10 0 001497 0 011748 0 051134 0 011368 0 005686 0 081434
172 40 0 001440 0 012086 0 048866 0 010858 0 005593 0 078843
162 70 0 001389 0 012395 0075012 0 010433 0 005506 0 104735
153 00 0 001342 0 012678 0 071950 0 010002 0 005410 0 101383
143 30 0 001 300 0 012939 0 069128 0 009605 0005312 0 098286
133 60 0 001262 0013181 0 066519 0 009239 0 005215 0 095417
123 90 0 001228 0 013405 0064100 0 008899 0 005119 0 092751
114 20 0001198 0013613 0 061851 0 008583 0 005023 0 090268
104 50 0 001170 0 013807 0 059754 0 008289 0 004929 0 087950
94 80 0001146 0 013988 0 072317 0 0080 31 0 004842 0 100324
85 10 0 001 126 0 014157 0070018 0 00777 3 0 004751 0 097826
75 40 0 001 108 0 014316 0 067862 0015416 0 004694 0 103397
65 70 0 001095 0 014466 0 065834 0 014949 0 004607 0 100949
56 00 0 001085 0 015469 0 076984 0 014575 0 004534 0 112647
46 30 0 001081 0 015019 0 074676 0014131 0 004445 0 109351
36.60 0 001084 0020065 0 073749 0 013953 0 004408 0 113259
26 90 0 001098 0 019508 0 071628 0 013545 0004322 0 110102
17 20 0 0011 33 0 018982 0 069625 0013161 0 004239 0 107140
7 50 0 001226 0 018482 0 067732 0 012798 0 004158 0 104396
Железобетонная дымовая груба Н = 250 м Др = 9 0 гп I [редприятие
Приложения
229
Таблица 4.3,
Z, м Темпе- ратура отводи- мого газа, град Температура нл рева поверх- ности, 1 рад Перепад темпе- ратур ПО lO.’llllHlIl бетона
Футеровка Бетон ствола Толщина бетона л л/ = Тн — Гв
Внутр 1 lap Внутр Пар
240 30 261 9 245 1 201 3 5 1 -29 5 0 200 34 6
230 60 262 2 244 5 200 8 5 1 -29 5 0 200 34 5
220 90 262 5 243 9 200 3 5 1 -29 4 0 200 34 5
211 20 262 9 243 4 200 0 5 1 -29 4 0.200 34 5
201 50 263 2 243 2 200 4 80 -29 4 0 220 37 4
191 80 263 6 243 2 200 9 108 -29 5 0 240 40 3
182 10 264 0 243 2 201 4 13 6 -29 5 0 260 43 1
172 40 264 5 243 2 202 0 164 -29 5 0 280 45 9
162 70 264 8 249 0 219 1 4 4 -31 0 0 300 35 5
153 00 265 1 249 1 2195 65 -31 0 0 320 37 5
143 30 265 4 249 2 2198 85 -31 0 0 340 39 6
133 60 265 8 249 3 220 2 105 -31 0 0 360 41 5
123 90 266 1 249 5 220 6 12 5 -31 0 0 380 43 5
114 20 266 5 249 7 221 0 14 5 -31 0 0 400 45 5
104 50 266 9 249 9 221 5 164 -31 0 0 420 47 4
94 80 267 2 252 6 228 4 106 -31 5 0 440 42 1
85 10 267 5 252 8 228 8 123 -31 5 0 460 43 8
75 40 267 8 254 1 208 9 102 -31 8 0 480 41 9
65 70 268 2 254 3 209 4 11 7 -31 7 0 500 43 4
56 00 268 5 256 3 2170 96 -32 1 0 550 41 7
46 30 268 8 256 4 2172 9 7 -32 0 0 550 41 7
36 60 269 1 257 2 2198 21 8 -32 1 0 750 53 9
26 90 269 4 257 4 220 0 22 0 -32 0 0 750 53 9
17 20 269 7 257 6 220 2 22 2 -31 8 0 750 54 0
7 50 270 0 257 9 220 5 22 6 -31 4 0 750 54 0
Железобетонная дымовая труба Н = 250 м </|> = 9 0 in 11редприятне
230
Глава 3
Рис 4 I Результаты расчета температурного напора Af в стенке бето-
на ствола дымовой трубы
5. Прочность ствола дымовой трубы
5.1. Методика расчета на прочность
Максимальное напряжение а сжатия в бетоне реализуются
на внутренней поверхности стенки ствола па его подветренной
стороне, и определяется как сумма напряжения Об — от весовой
нагрузки N и изгибающего момента Л/ и напряжения сгб, — от
температурной деформации в результате неравномерного нагре-
ва стенки ствола отводимыми газами
Напряжение в бетоне от весовой и ветровой нагрузок можно
определить по аппроксимирующей формуле
Об = Нб(7б,
_ 0 292 • 0 567° • 2 2.5е- N
где сгб = ------п..; ?/б = д—; h ~ толщина стенки
«1 2т/,
ствола; Со = — — безразмерный параметр для участка ство-
ЖелезоОетоиная дымовая труОа Н = 250 м Д, = 90 m 11ре яipiш гш.
Приложения
231
ла, г = 'н '1311 — средний радиус ствола, гп, ? В|1 — радиусы
наружной и внутренней поверхности ствола соответственно; Л/,
N — изгибающий момент и осевая сжимающая сила, определен-
л ЕЛ А. А
пые для участка ствола, гц = 4/ц ——-, , А, — площадь
Ес Ik t>h
всей вертикальной арматуры в расчетном сечении при его ши-
рине b = 100 см; — модуль упругости арматуры, Ес — началь-
ный модуль упругости бетона, /k — коэффициенты, учиты-
вающие влияния температуры на модуль упруюсти арматуры и
бетона соответственно.
Напряжение сжатия сгб/ в бетоне в зависимости от перепада
температуры Д/ по толщине стенки ствола трубы определяется
по формуле
cjc.t = Koic&t[3cE6,
где К = 0 25 при температуре нагрева не более чем на 200°С
и К = 0 17 при температуре нагрева более чем на 200°С, аб =
10~5 //град — коэффициент линейного расширения бетона; /?б =
1 при температуре нагрева до 100°С, /?б = 0 85 при температуре
нагрева бетон не более 200°С, = 0.68 при температуре нагрева
бетон более чем на 200°С
Напряжение растяжения ста в вертикальной арматуре ствола
г, А'
равны нулю, если выполняется условие Со < —
Если выполняется условие Со > —, то напряжение растя-
жения ста в вертикальной арматуре ствола от изгибающего мо-
мента М и осевой сжимающей силы N определяется по аппрок-
симирующей формуле
«б___
CT.S = —0's.
АО
где = 0.31 а/101 • С/ 2 при 0 04 < а, < 0.2; = 0 259 •
1 758
qo.27-> . при 0.2 < а, < 1 0.
Железобетонная намокая труба Н = 250 м d{i = <) 0<п Предприятие
232
Глава 3
Влияние повреждении в бетоне в виде отверстий на несущую
способность ствола можно учесть коэффициентом увеличения
напряжений у в бетоне ствола в зависимости от половины цен-
трального угла 0, между сторонами которого заключено сквоз-
ное отверстие Коэффициент у можно вычислить по аппрокси-
мирующей формуле
у = 1 02й,
где 6 (град.) — половина центрального угла, между сторонами
которого заключено сквозное отверстие в стволе трубы
Прочность горизонтальных сечении ствола достаточна если
выполняется условие = 0 9 • 0 85 • 0 9 • 0 9 •
170 = 95, 0 кгс/см2, э/,2, 7&з, 7ы>- 7и — коэффициенты условий ра-
боты [7], Rb — расчетное сопротивление осевому сжатию бетона
ствола дымовой трубы (призменная прочность бетона)
Прочность арматуры (горизонтальных сечений) ствола до-
статочна, если выполняется условие < Rb, где Rb — расчет-
ное сопротивление растяжению стали арматуры
5.2. Результаты расчетов прочности при проектных
параметрах
Результаты расчетов напряжений в ствола дымовой трубы по
проектным параметрам приведены в табл. 5.1.
Как видно из результатов расчета напряженно-деформи-
рованного состояния ствола дымовой трубы, приведенных в
табл 6.1, напряжения сжатия в бетоне ствола и напряжения в
арматуре (растяжения и сжатия) не превышают допустимых зна-
чений для бетона 95.0 кгс/см2 и 2500 кгс/см2 для стали армату-
ры на растяжение
Проведенные расчеты по изложенной методике показали, что
ствол железобетонной дымовой трубы при ее проектных пара-
метрах удовлетворяет требованиям прочности.
Железобетонная дымовая труба Н = 250 м, da = 9 0 m Предприятие
Приложения
233
Таблица 5 1 Результаты расчетов напряжений в стволе по
проектным параметрам
J Zj, м При С о; < — растяжение в арматуре от- 1J сутствует
r»j rj /5, рад.
1 240.3 0.153 0.491 3.14
2 230.6 0.282 0.491 3.14
3 220.9 0.391 0.492 3.14
4 211.2 0.485 0.492 2.11
5 201.5 0.558 0.492 2.03
6 191.8 0.614 0.491 1.96
7 182.1 0.655 0.491 1.91
8 172.4 0 686 0.491 1.92
9 162.7 0 707 0.491 1.90
10 153.0 0 721 0.491 1.88
И 143.3 0.729 0.490 1.89
12 133.6 0 733 0.490 1.88
13 123.9 0.733 0.490 1.88
14 114.2 0 730 0.490 1.90
15 104.5 0.725 0.490 1.90
16 94.8 0.718 0.490 1.90
17 85 1 0710 0.489 1.90
18 75.4 0.691 0.489 1.91
19 65 7 0.673 0.489 1.92
20 56 0 0.654 0.489 1.95
21 46.3 0.636 0.489 1.97
22 36 6 0.611 0.485 1.93
23 26 9 0.586 0 486 1.96
24 17.2 0 564 0.486 1.98
25 7.5 0.546 0.486 2.00
Железобетонная дымовая труба Н = 250 м </(> =90 in Предприятие
234
Глава 3
Таблица 5.1 Продолжение
J Напряжения в бетоне, кгс/см2 Напря- жение растя- жения в арматуре, кгс/см2 Напря- жение сжатия в арматуре, кгс/см2
Допустимое напряжение для бетона
1 2.44 23 77 26.21 95.0 0.0 79.0
2 5.26 23.75 29.00 95.0 0.0 169.0
3 8.32 23.73 32.04 95.0 0.0 268.0
4 12.29 23.71 36.00 95.0 0.0 396.0
5 14.30 25.74 40.04 95.0 189.6 414.0
6 17.17 27.72 44.89 95.0 263.9 497.0
7 19.95 29.66 49.61 95.0 341.9 577.0
8 19.00 31.56 50.55 95.0 317.3 650.0
9 21.26 24.39 45.65 95.0 373.0 728.0
10 23.42 25.80 49.22 95.0 427.6 801.0
11 23.03 27.19 50.23 95.0 409.8 788.0
12 24.88 28.56 53.44 95.0 451.6 851.0
13 26.64 29.92 56.56 95.0 489.0 912.0
14 25.02 31.26 56.27 95.0 436.1 856.0
15 26.52 32.58 59.10 95.0 463.5 908.0
16 27.96 28.97 56.93 95.0 488.2 957.0
17 29.35 30.10 59.45 95.0 5109 1004.0
18 30.85 28.83 59.68 95.0 525.4 1056.0
19 32.29 29.87 62.15 95.0 537 8 1307.0
20 29.48 28.65 58.13 95.0 459.0 1194.0
21 31.29 28.68 59.97 95.0 472.0 1267.0
22 42.23 37.04 79.27 95.0 666 2 1535.0
23 44.70 37.08 81.78 95.0 664 3 1624.0
24 47.14 37.11 84.25 95.0 661.8 17130
25 49.53 37.12 86.65 95.0 661.9 1800.0
Приведенная методика позволяет учитывать изменения па-
раметров ствола дымовой трубы, которые устанавливаются при
обследовании
Железобетонная иямонаи труба Н = 250 м = 9 0 hi Предприятие
Приложения
235
5.3. Результаты расчетов прочности при фактических
параметрах
Результаты расчета напряженно-деформированное состоя-
ние ствола монолитной железобетонной дымовой трубы пред-
ставлены в виде графиков напряжений сжатия в бетоне ствола
(рис. 5.1), и напряжений сжатия (рис.5.2) и растяжения
(рис. 5.3) в вертикальной арматуре. На рис. 5.1,5.2 и 5.3 также
приведены напряжения при проектных параметрах ствола ды-
мовой трубы.
Z„ м
— Пл {ЬяК’ТИЧРГКиМ
L 1AJ ClJCllv 1 ri V 1\ Г11VI
VI
. I Лл ППАРУТНкП
11 г 1 ара tv! ci рам
ч <х''—_
*
во во 1ОО 120
CT,.L;, кгс/см
Рис 5 1 Результаты расчета напряжении сжатия в бетоне ствола
Из приведенных результатов на рис 5.1 видно, что напряже-
ния сжатия в бетоне ствола дымовой трубы при фактических па-
раметрах дымовой трубы примерно на 28% превысили допусти-
мое значение (95 кгс/см2) и на 35% напряжения, реализуемые в
бетоне ствола дымовой трубы при её проектных параметрах.
Анализ параметров ствола дымовой трубы установил, что
основной причиной увеличения напряжений сжатия в бетоне
ствола дымовой трубы явилось увеличение в 2 раза температур-
ного напора в бетоне ствола дымовой трубы при фактических её
параметрах, установленных при обследовании
Железобетонная тымовая труба Н = 250 м 3(| = 9 0 in Предприятие
236
Глава 3
Рис 5 2. Результаты расчета сжимающих напряжений ар в верти-
кальной арматуре ствола дымовой трубы.
Рис 5.3 Результаты расчета растягивающих crpaj напряжений в верти-
кальной арматуре ствола дымовой трубы.
Железобетонная дымовая труба Н = 250 м, do = 9 0 in Предприятие
Приложения
237
Из приведенных результатов на рис. 5.2 видно, что напря-
жения сжатия в вертикальной арматуре ствола дымовой трубы
при фактических параметрах дымовой трубы примерно на 22%
превысили напряжения сжатия реализуемые в вертикальной ар-
матуре ствола дымовой трубы при её проектных параметрах, при
этом не превысили допустимое напряжение 2500 кгс/см2.
Из приведенных результатов на рис. 7.3 видно, что напряже-
ния растяжения в
Из приведенных результатов на рис. 5.3 видно, что напряже-
ния растяжения в вертикальной арматуре ствола дымовой трубы
при фактических параметрах дымовой трубы составили
1200 кгс/см2 и не превысили допустимое напряжение
2500 кгс/см2.
6. Обоснование возможности проведения ремонтных
работ
Расчеты прочности ствола железобетонной дымовой трубы
проведены для 5-и вариантов конструктивного исполнения
ствола железобетонной дымовой трубы. Эти варианты испол-
нения реализуются при ведении ремонтных работ (нагрев ство-
ла дымовой трубы отводимыми газами отсутствует) по разбор-
ке футеровки и усилению швов бетонирования ствола дымовой
трубы:
Вариант 1. Все параметры дымовой трубы удовлетворяют
проекту;
Вариант 2. Все параметры дымовой трубы удовлетворяют
проекту, при этом демонтирована футеровка с отм. 180.00 до отм.
250.00 м;
Вариант 3. Все параметры дымовой трубы удовлетворяют
проекту, при этом демонтирована футеровка с отм. 0.00 до отм.
250.00 м;
Вариант 4. Все параметры дымовой трубы удовлетворяют
проекту, при этом демонтирована футеровка с отм. 180.00 до отм
250.00 м и коррозионный износ арматуры составляет: 50% — на
Желе «’бетонная дымовая труба Н = 250 м, Д) = 9 0 in Предприятие
238
Глава 3
zr м
анты z
Вари И
J/ч
/ л'
к4
з ариант я 1.2 3 S
.
S 1 3 ' ' ’ 1 5 ’ ’ '2 ? 2 Ь '3 3 ’3 4 » ч 5 ’ ' 5 s 3 S Г"4
а кгс/см
Рис 6 1 Сжимающие напряжения в бетоне Допустимые напряжения
для бетона — 95 кгс/см2
участке ствола с отм. 180.00м до отм. 250.00м; 20% — на участке
ствола с отм 0.00 м до отм. 250.00 м;
Вариант 5. Все параметры дымовой трубы удовлетворяют
проекту, при этом демонтирована футеровка с отм 0.00 до отм.
250.00 м и коррозионный износ арматуры составляет: 50% — на
участке ствола с отм. 180.00 м до отм. 250.00 м; 20% — на участ-
ке ствола с отм. 0.00 м до отм. 250.00 м;
На рис.6.1...6.3 приведены результаты расчетов напряже-
ний соответственно — сжимающих напряжений в бетоне, сжи-
мающих и растягивающих напряжений в арматуре.
Как видно из графиков действующие напряжения для
всех вариантов конструкций не превышают допускаемых для
них величин при условии отсутствия нагрева ствола отводимыми
газами.
Железобетонная дымовая труба Н — 250 м do = 90 hi Предприятие
Приложения
239
Zj, м
к
л ианты 4
// Ddp И J
ан гы 1 V'\\ /
Д'
'2 3d ' ' 'дМ ’ 'а Ьб ' ' 'а D6 ' ibdD' ’1 20о' ' ' utto’ ' ' 1 вао' ’ г Вб<Г ’2000 2 ado
ст,», кгс/см
Рис 6 2 Сжимающие напряжения в арматуре Допустимые напряже-
ния для арматуры — 2500 кгс/см2
Рис 6 3 Растягивающие напряжения в арматуре Допустимые напря-
жения для арматуры - 2500 кгс/см2
Железобетонная гымоная труба Н = 250 м do = 90 in Предприятие
240
Глава 3
Выводы
В настоящем отчете приведены результаты расчетов нагру-
зок и прочности ствола дымовой трубы в обеспечение эксперти-
зы промышленной безопасности.
Согласно [4] экспертиза промышленной безопасности опре-
деляется как комплекс обследовательских и расчетных работ
При обследовательских работах устанавливались фактиче-
ские значения параметров ствола, необходимые и достаточные
для проведения расчетных работ.
В качестве этих параметров при обследовании дополнитель-
но к концепции ЭПБ [4], учитывая уникальность обследуемого
объекта (высота 250 м), дополнительно были получены проч-
ностные характеристик из проб бетона ствола.
Анализ напряженно-деформированного состояния ствола
дымовой трубы позволил разработать карту отбора 42 проб бе-
тона на всю толщину стенки бетона ствола в виде цилиндриче-
ских кернов диаметром 95 мм.
Получена аналитическая зависимость, связывающая разру-
шающее напряжение пробы бетона и призменную прочность бе-
тона. Согласно этой зависимости призменная прочность бетона
составляет (0.5... 0.7) от прочности образца пробы бетона.
На основании исследования проб бетона установлены также
фактическая толщина стенки бетона ствол, диаметр арматуры (в
случае её попадания в пробу), а также степень коррозионного
износа бетона.
Визуальный осмотр при обследовании позволил установить,
что через швы бетонирования практически по всей высоте ство-
ла истекает конденсат, при этом суммарная длина щелей вдоль
каждого шва бетонирования не превышает 3.5 м и находится в
пределах от 4% до 10% от длины шва. С отм. 236.00 и выше кор-
розионный износ бетона составил 50%, что соответствует
уменьшению его толщины в 2 раза.
Установлено, что теплоизоляция имеет 100% разрушение по
всей высоте ствола дымовой трубы, т.е. теплоизоляция отсут-
ствует.
Железобетонная 1ымоная труба Н = 250 м do = 9 0 m Предприятие
Приложения
241
Износ арматуры имеет не регулярный характер (в швах бето-
нирования износ достигает максимального значения, а в стенке
ствола износ практически отсутствует), поэтому с отм.
180.000 м до отм. 250.000 износ арматуры принят 50%, что со-
ответствует уменьшению диаметра каждого стержня арматуры в
два раза. Для арматура с отм. 7.500 м до 180.000 м износ принят
20%, что соответствует уменьшению диаметра каждого стержня
арматуры на 20%.
Разброс фактических значений призменной прочности бето-
на Нь, по результатам испытаний контрольных образцов из проб
бетона ствола, находится в пределах от 17.7 МПа до 32 МПа, т.е.
фактическая призменная прочность бетона не менее призменной
прочности по проекту равной 17 МПа.
Проведены расчеты нагрузок от воздействия ветра, веса кон-
струкций ствола и нагрева ствола отводимыми газами, при этом
нагрузки определены как при проектных параметрах, так и при
фактических значениях параметров ствола дымовой трубы.
Учитывая то, что в проектной документации отсутствуют
расчеты нагрузок и прочности ствола дымовой трубы в данном
отчете для анализа прочности приводятся результаты расчетов
прочности ствола при проектных параметрах по методике [5].
Результаты расчетов показывают, что прочность ствола же-
лезобетонной дымовой трубы №2 при проектных параметрах
при действии ветровых, весовых и тепловых нагрузок и при про-
ектной призменной прочности бетона 17 МПа обеспечена, те.
действующие напряжения в стволе дымовой трубы не превыша-
ют допустимых для них значений.
Также проведен расчет прочности ствола при фактических
его параметрах на действие ветровых, весовых и тепловых на-
грузок. Фактическое состояние ствола учтено тем, что в качестве
исходных данных используются следующие фактические пара-
метры:
— фактические толщины стенки бетона получены путем за-
меров проб бетона с учетом их коррозионного повреждения;
Железобетонная дымовая труба Н = 250 м d0 = 9 0 <н Предприятие
242
Глава 3
— фактическое значение призменной прочности бетона ство-
ла, принято на основе испытания контрольных образцов проб
бетона для каждого сечения ствола и находится в пределах от
17 до 32 МПа;
— для арматуры с отм. 180.000 м до отм. 250.000 износ при-
нят 50%, а для арматура с отм 7 500 м до 180.000 м износ принят
20%;
— теплоизоляция отсутствует и вместо нее принят воздушный
невентилируемый зазор равный по величине толщине теплоизо-
ляции;
— футеровка учитывается по проектным параметрам.
Прочность ствола железобетонной дымовой трубы №2 при
фактических параметрах и фактической призменной прочности
бетона ствола обеспечивается.
Следует отметить, что при замене теплозащиты из минера-
ловатных плит (по проекту) на теплозащиту в виде невентили-
руемого воздушного зазора (фактическое состояние) и принять
призменную прочность бетона ствола 17 МПа (по проекту), то
прочность ствола железобетонной дымовой трубы №2 не обес-
печивается (по бетону), при этом следует отметить, что основной
вклад в увеличение напряжений в бетоне ствола с 86 кгс/см2 до
128 кгс/см2 привносит увеличение почти в 2 раза температурно-
го напора (перепад температур между температурой на внутрен-
ней и на наружной стенках бетона ствола).
Расчеты ствола дымовой трубы при работах по разборке фу-
теровки и без его нагрева отводимыми газами показали, что от-
сутствие футеровки (частичном или полном) приводит к неко-
торому повышению растягивающих напряжений в арматуре, но
при этом действующие напряжения в бетоне и в арматуре (арма-
тура с коррозионным её износом 20 —50%) не превышают допу-
стимых величин и, следовательно, прочность ствола железобе-
тонной дымовой трубы №2 обеспечивается при работах по раз-
борке футеровки.
Железобетонная дымовая труба Н = 250 м do = 9 0 in Предприятие
3.3 Экспертиза проектной
документации на стволы
металлических дымовых труб
В результате проектирования должны быть определены проект-
ные параметры ствола металлической дымовой трубы (ДТр), пе-
речень которых приведен в табл.3.3.1
Таблица 3 3.1. Определяемые проектные параметры ствола
металлической ДТр
№ п/п Наименование параметра Обозначение параметра Размерность параметра
1 Допустимая толщина оболочки ствола мм
2 Проектная высота фундамента нФ м
3 Проектное количество резьбовых элементов в основании ствола ДТр пт шт
4 Проектная толщина плиты основания <5г,п мм
При проектировании используются исходные данные, пере-
чень которых приведен в табл.3.3 2. Кроме того в табл.3.3.2 при-
ведены и числовые значения исходных данных, которые ниже
будут использованы при проведении проектного расчета.
Проектные параметры определяются по выражениям, при-
веденным в табл.З 3.3.
Ниже приведен вывод проектных зависимостей.
Расчет ветровой нагрузки проводиться по СНиП 2.01.07-85 ,
“Нагрузки и воздействия”, согласно которому для каждого вет-
рового района задается нормативное значение ветрового давле-
ния И'о, при этом вся территория России поделена на восемь
ветровых районов (карта 3 обязательного приложения 5 в СНиП
2.01.07-85). В разделе (1.3) настоящей книги приведен вывод
244
Глава 3
Таблица 3.3.2. Исходные данные для проектирования ствола
металлической ДТр
№ п/п Наименование параметра Обозначение параметра и величина Размерность параметра
1 Номер ветрового района (соответственно la, I, VII) I
2 Индекс ветрового района (0,1,..., 7 соответственно для ветровых районов 1а, I, ..VII) N = 1.0
3 Нормативное ветровое давление (см. табл. 1.1) Ио = 23 кгм/м2
4 Тип местности располо- жения ДТр(А/В/С) А
5 Высота ствола ДТр Я = 35 м
6 Расстояние от поверхно- сти земли до верхнего торца ствола ДТр (Zk = Я, если нижний торец совпадает с поверхностью земли) Zk = 35 м
7 Наружный диаметр ство- ла ДТр D = 1.6 м
8 Предельная частота ко- лебаний ствола ДТр (см. табл.1 2) fP = 2.9 Гц
9 Допустимый срок без- опасной эксплуатации оболочек ствола ДТр т = 25 год
10 Прогнозируемая ско- рость коррозии оболочек ствола ДТр <’кр = 0.1 мм/год
Приложения
245
Таблица 3.3.2.
№ п/п Наименование параметра Обозначение параметра и величина Размерность параметра
11 Коэффициент запаса устойчивости от опроки- дывания ствола с фунда- ментом А-Уф = 1.0
12 Фактическая высота фун- дамента яфаК1 = 1 Q м
13 Сторона квадратной (диаметр круговой) по- дошвы фундамента йф ~ 5,2(7/ф) м
14 Удельный вес материала фундамента 7ф = 2000 кгс/м3
15 Удельный вес материа- ла ствола металлической ДТр 7дтр — 7900 кгс/м!
16 Коэффициент, учи- тывающий отсутствие коэффициента динамич- ности и надежности на ветровую нагрузку кг = 0.56
17 Коэффициент, учитываю- щий в конструкции ство- ла наличие светофорных площадок, ходовых лест- ниц, а так же учитыва- ющий разнотолщинность оболочек ствола и нали- чие или отсутствие тепло- изоляции А’дтр — 0.8
246
Глава 3
Таблица 3.3.2.
№ п/п Наименование параметра Обозначение параметра и величина Размерность параметра
18 Наибольшая толщина оболочки ствола ДТр 5 = 0.008 м
19 Коэффициент запаса прочности по усталости для резьбовых элементов ТМ = 25
20 Предел выносливости ма- териала резьбового эле- мента = 24 кгс/мм2
21 Коэффициент концен- трации напряжений для резьбы = 7.45
22 Фактическое количество резьбовых элементов в основании ствола ДТр ^Флк, = 14 шт
23 Наружный диаметр попе- речного сечения резьбо- вого элемента d = 42 мм
24 Шаг резьбы р = 4.5 мм
25 Диаметр установки резь- бовых элементов в осно- вании ствола ДТр D, = 2.6 м
26 Предел текучести матери- ала плиты основания fo 2 = 21 кгс/мм2
27 Фактическое толщина плиты основания = 30 мм
Приложения
247
Таблица 3.3.3. Формулы для проектных параметров ствола
металлической ДТр______________________________________
№ п/п Наименование параметра Формула
1 Допустимая толщина оболочки ствола £д = 105АдХД1-Й)(мм), где Ад = (7.5 + 1.3А;)1()2, (для местности типа А = 1 125), Z (м); N = 0,1,...7 соответственно для ветровых районов la, I,.. , VII
ЯФ = где для '0.555Д,Ф/ЗЯ _ /Зф ~ О'ф б^фА'уф параллелепипеда «Ф?ф (м),
— V - 4.8WO[3DIP гб7дтрА’дтр о.ф
2 Проектная высота фун- дамента РФ — аф (м); 7дтр( к для ци. 4.8 /ЗИДЯ0 25’ Ио (кгс/м2); D (м); Я ( гс/м3); Дм); ИД,( м3); F линдра тг^фТф ' м); 7ф и Ф (м2)
б>ф — . 7 /Д> — _25.6И7оРЯ12Ч-УФ г57дтр7’дтр <7Ф , 6 4 И^Я0-25’ а >(м)
Проектное количество резьбовых элементов в основании ствола ДТр и, — <7-1 32/ЗД ИДDH2 25
3 9Д7г(</- 1 227р)2’ _ ЭудтрАдтр^дД. ’ ~ 16/3 ДИД Я125 ’ ст~ ИД (—Р(м); Я(м); </(мм X м2 / / К1 с \ 7дтр (—г ); д (м); Dr (м) \ м ’ / -i(^); мм- ; Р (мм);
248
Глава 3
Таблица 3.3.3.
№ п/п Наименование параметра Формула
4 Проектная толщина плиты осно- вания £пл>( —[1-/МГ(мм), О’о 2 5.44 х /ЛСоОН225 где tv пл у-. 1 D, п, 1.767 х 7дтр^дтр$-£\ Л'л " /Wo Я125 / \ / КГС \ Wo (—Г)' (м)’ (м7дтр (—г); \ м2 / \ м,( / , /кгс\ ° (м); (То,2 7 X мм2 /
выражения для ветровой нагрузки, которое имеет вид
W = [3ZnW0 (3.3.1)
где Z (м) — расстояние от поверхности земли до рассматрива-
емого сечения; значения коэффициента /3 для гладких и ребри-
стых оболочек секций приведены в табл. 3.3.4.
Наличие оттяжек у металлической дымовой трубы приводит
к повышению собственных частот колебаний ствола и соответ-
ственно к уменьшению коэффициента динамичности и ветровой
нагрузки. Поэтому ветровую нагрузку ГК01 на ствол металличе-
ской дымовой трубы с оттяжками можно представить в виде
1ГОТ = 3ОТН'. (3.3 2)
где5°'г — коэффициент снижения нагрузки за счет оттяжек; W =
[3Z"W0 — полная ветровая нагрузка на ствол. Величины коэф-
фициентов /Зт при коэффициенте динамичности, равном £ = 1,
принимают значения, приведенные в табл 3 3.4.
При расчете на выносливость согласно СНиП 2.01 07-85
ветровую нагрузку следует определять при коэффициенте дина-
мичности, равном £ = 1, и при коэффициенте надежности на вет-
ровую нагрузку, равном р; = 10. Поэтому ветровую нагрузку
Приложения
249
IV1 на ствол металлической дымовой трубы при расчете на вы-
носливость можно представить в виде
IV1 = krW, (3.3.3)
где А, — коэффициент, учитывающий отсутствие коэффициентов
динамичности и надежности на ветровую нагрузку, W =
= /3Z’TV0 — полная ветровая нагрузка на ствол.
Величины коэффициентов кг при коэффициенте динамично-
сти, равном £ = 1, и при коэффициенте надежности на ветровую
нагрузку, равном у/ = 1.0, принимают значения, приведенные в
табл. 3.3.4
Таблица 3.3.4.
Тип местности Гладкие оболочки Ребристые оболочки Гладкие и ребристые оболочки
/3 п /3°т кг
А 1.0 1.5 0.25 0.78 0.56
В 0.86 1.3 0.25 0.75 0.54
С 0.75 1.2 0.28 0.7 0,5
Например, при расчете на выносливость, основываясь на
(1.3.18 и 1.3.19), для местности типа А получим выражения для
силовых факторов — изгибающих моментов Л/(Д) и поперечных
сил Q(Z) для ДТр с постоянными D для всех секций в сечении
на высоте Z (м)
3/l(Z) = 4/9/%.rDH'o^25(l+ 0.8Z225 - 1.8Д125), (3.3.4)
Q\Z) = 0 8(JkrDW0Zl 25(1 - Z125), (3.3.5)
где /7 и A, — принимаются из табл. 3.3.4.
Допустимую толщину 1д оболочки ствола, определенную из
условия прочности по выражению (1.5.3), рекомендуется при
проектировании увеличивать с учетом коррозионных потерь при
эксплуатации трубы до проектной толщины 8
Предположим, что предполагается эксплуатация трубы
в течении ?п лет, т.е должен быть обеспечен ресурс Res = т
250
Глава 3
(допустимый срок (в годах)) безопасной эксплуатации оболочек
трубы.
В этом случае допустимая толщина оболочки должна быть
увеличена на величину Af, определяемую по формуле
At = !>KpRes, (3.3.6)
мм
где цкр--— прогнозируемая скорость коррозии оболочек ство-
год
ла трубы.
Таким образом, выражение для проектной толщины прини-
мает вид
6 = ^Д + АГ (3.3.7)
Условие устойчивости (не опрокидывания) фундамента с
установленным на него стволом свободностоящей металличес-
кой дымовой трубы запишем в виде
<7 д/ куф(т м. (3.3.8)
Уе ,
где <jn = -zy — напряжения в подошве фундамента от осевой
прижимающей силы; &м = —— — напряжения в подошве фун-
дамента от изгибающего момента; — 6'ф + 6'дтр — осевая
прижимающая сила на фундамент; = Мф + Л/дтр — из-
гибающий момент на фундамент ветровой нагрузки; F® — пло-
щадь подошвы фундамента; 14ф — момент сопротивления изгибу
подошвы фундамента; Сф = 7ФУф — вес фундамента; Сдтр =
УдтрУдтр^дтр — вес ствола металлической дымовой трубы; Уф,
Удтр — объем фундамента и ствола дымовой трубы соответст-
венно; Мф = НфОдтр — изгибающий момент от равнодейству-
ющей поперечной нагрузки, вызванной воздействием ветрового
потока на ствол металлической дымовой трубы; <2дтр =
= O.8(3WoDHl 25 — равнодействующая поперечной нагрузки от
воздействия ветрового потока на ствол металлической дымовой
трубы; Мдтр = 4/9/3 Wo ОН2 25 — изгибающий момент в сече-
нии установки ствола металлической дымовой трубы на верхний
Приложения
251
торец фундамента от воздействия ветрового потока на ствол ме-
таллической дымовой трубы; остальные параметры приведены в
табл.3.3.1 и 3.3.2.
Для осевой прижимающей силы получим выражение
Ns = 7фПф + 7дтрУдтр^дтр-
(3.3.9)
Для изгибающего момента так же получим выражение
= O.8^WoDH] 25НФ + 4/9/3W0DH225 ( 3.3.10)
С учетом выражений (3.3.9) и (3.3.10) выражение (3.3.8) при-
мет вид
7фУф + ТдтрУдтр^дтр _
Дф
> 0.8ЖоДЯ125Яф + 4/9/ДУоДЯ2 25 /оо11ч
= куф-------------—--------------. (3.3.11)
Проведя преобразования (3.3.11) получим для определения
потребного объема фундамента следующее выражение
одждоя125 Яф + 4/9/ЯУоОЯ2 25
Уф — Луф
РУф
Дф _ ТдтрУдтр^дтр
7ф 7ф
(3.3.12)
Для фундамента правильной геометрической формы (напри-
мер, в виде параллелепипеда или цилиндра), для которого вы-
полняется соотношение Уф = ЯФДФ, а также, приняв для ство-
ла трубы Удтр = ЯДдтр, где Ддтр = лкдтрПб — площадь по-
перечного сечения ствола, получим после ряда преобразований
выражение для проектной высоты фундамента Яф (м)
0.555А'уфЯ (Зф
Яф =-------------------—, (3.3.13)
<Лф ГГфК'уф
_ РУф7ф 1 , _ 7г^7дТрА,дТр 4Уф
ГД6"0 “ [оД/ЖРЯ1 2^УФ ” ]’/ф - 0.8ДФ /31УОЯ0 25’
WQ (кгс/м2); D (м); Я (м ); 7ф и 7дтр (кгс/м3); 8 (м); РУф (м3),
Дф (м2).
252
Глава 3
Рассмотрим частные случаи формы фундамента — паралле-
лепипед и цилиндр.
а3
Для параллелепипеда с учетом Гф = «1 и ИД, = —, где
6
Яф(м) — сторона квадратной подошвы фундамента, получим
«Ф?ф
Пф ~ [4 8(3W0DHl ’
7ГЙ7дтр^дтр Оф
/?ф = —Те—<3'3’|4)
Для цилиндра с учетом ГФ = —и ИД = —где г7Ф (м) -
4 32
диаметр круговой подошвы фундамента, получим
__^ф7ф__________
25 бДГДЯ125АуФ
7Г^7ДТР^ДТР d®
6.4 !3W0H°
(3.3.15)
Проектное количество резьбовых элементов в основании
ствола дымовой трубы получим на основе следующего Условие
прочности болта по усталости можно записать в виде
Ла =
&ап
СТа ’
(33 16)
гт_1 / кгс \
где аап - -— —- — предел выносливости резьбового со-
ка \ мм2 /
Р, / кгс \
единения; аа — —— —- — переменные напряжения цикла,
2Д \мм2/
определяемые с учетом отсутствия затяжки резьбового элемен-
J-P
та; Р, = у2- (кгс) — растягивающее усилие в резьбовом элемен-
7ГГ/, „
те, Я, = —— (мм2) — площадь поперечного сечения резьбового
элемента по впадинам резьбы, dr = (Я - 1 227р) (мм) — диаметр
поперечного сечения резьбового элемента по впадинам резьбы;
/4ЛД1Р \
Др = I ——-------Сдтр ) (кгс) — эквивалентная растягивающая
\ )
Приложения
253
сила в сечении крепления ствола металлической дымовой трубы
с фундаментом
Выражения для напряжения в резьбовом элементе после ря-
да преобразований можно записать в виде
О'Г Г , ,
<?а = —[1 - /Л ].
^7
(33 17)
32[JkrW0DH2 25 = 97дТрА-дтр<57гР,
ГДе “ 9Д 7г(г/ - 1.227р)2 ’Z~ 16(3к7 W0Hl 25 ’
Из условия (3 3.16) с учетом равенства аап — —— для про-
ектного количества резьбовых элементов получим следующее
выражение
(1 А)
СТаПг = -------------------
сг_1
(33 18)
/ кгс X
где сг_! —- .
X ММ2 /
Проектную толщину плиты основания ствола металлической
дымовой трубы получим на основе следующего. Условие проч-
ности плиты основания по прочности можно записать в виде
условия
О"ил — ’
(3.3.19)
Г 1 ( кгс \
где од] = а0 > ( —т — расчетное сопротивление материала
\мм2/
3 06 х Р1 / кгс \
плиты основания, о-пч = ---—---- —- — напряжения в пли-
З2,, W/
jip
те основания, Р1 = — (кгс) — растягивающее усилие в резьбо-
о,
вом элементе, крепящем плиту основания к фундаменту, =
(4Л/дтр \
I —-------Сгдтг ) (кгс) — эквивалентная растягивающая сила в
сечении крепления ствола металлической дымовой трубы с фун-
даментом, А/дтр = 4/9/ЛЦ)Р)Н2'25 (кгсм) — изгибающии момент
в сечении установки ствола металлической дымовой трубы на
верхний торец фундамента от воздействия ветрового потока на
254
Глава 3
ствол металлической дымовой трубы с учетом коэффициента ди-
намичности и надежности на ветровую нагрузку.
Для напряжения в плите основания после ряда преобразова-
ний можно получить следующее выражение
= (3-3.20)
С
5.44 х/ЗИфРЯ2’25 _ 1.767 х 7дтрА:дТр<5Рг
°пл “ Drnr ’ ^пл - /ЖЯ125 ’
До (—у-4); D (м), Я (м); Dr (м); 7дтр (—5 (м).
Из условия (3.3.19) с учетом (3.3.20) для проектной толщины
<5ПЛ (мм) плиты основания получим выражение
/ \ 05
5|л — [1-/М) , (3-3.21)
/ кгс \
где сг0 2 —т •
\мм2 /
Определение проектной высоты фундамента
Здесь и далее принимаем, что для местности типа А /3 = 1.0.
Проектная высота фундамента определяется из выражения
и 0.555Д.ФЯ /Зф 0.555 х 1.0 х 35
11 ф = -------------- — --—— =-------------------
оФ О'Ф^уф 17.7
3.076
- —— = 1.097 - 0.173 = 0.924м;
17.7 х 1.0
где
«ф7Ф
"Ф |_4.814оЯЯ125куф
5.23 х 2000 1 _
4.8 х 23 х 1.6 х 35 1 25 х 1.0 “ “
_ ТГ^ДТР^’ДТР Дф _
Z Ф ~ 4.8 W0H0-25 ~
7Г х 8 х 10-3 х 7.9 х 103 х 0.8 х 5.2
= 3.076.
4.8 х 23 х 35°25
Приложения
255
Следовательно, устойчивость ствола дымовой трубы сов
местно с фундаментом обеспечена при выполнении условия
Нф > 0.924 м при аф = 5.2 м.
Поверочный расчет подтверждает правильность проектного
расчета
__ _ 58865 _ кгс
&N r-у о v л л 21 Г < у
Гф 27.04 м2
= Оф + Сдтр = 49970 + 8895 = 58865 кгс;
Гф = а2ф = 5.22 = 27.04м2;
Сгф = 7фУф = 'уфНфР'ф = 7фЯф<тф =
= 2000 х 0.924 х 5.22 = 49970 кгс;
Сдтр = 7дтр^-дтрЯтгЯ6 =
= 7900 х 0.8 х 35 х % х 1.6 х 0.008 = 8895 кгс;
50180 О1локгс
М ЖФ 23.43 м2 ’
Ms = Мф + Мдтр = 1447 + 48733 = 50180 кгсм;
„3 к оЗ
11Ф = -^ = —- 23.43 м3;
6 6
Мф = НфЗдтр = НфО.ЗИ/оРЯ1 25 =
= 0.924 х 0.8 х 23 х 1.6 х 351 25 = 1447 кгсм;
МдТР = 4/9И/0ЯЯ2 25 = 4/9 х 23 х 1.6 х 35225 = 48733 кгсм.
Условие устойчивости выполнено, т.к.
<JN = А:уф<7м(2177«2142).
Окончательно примем H*aKT = 1.0 м.
256
Глава 3
Определение проектного количества резьбовых элементов
Проектное количество резьбовых элементов определяется из
выражения
п, =
(1 - /7,) _ 2 5 х 7 45 х 20.08 х (1 - 0 212)
--------------- -------------------------------------= 12 28.
<7-1
24
где
32k,W0DH2 25
~ 9Г>,7г(Я — 1 227/1)2 “
32 х 0.56 х 23 х 1,6 х 352 25
9 х 26 х 7г(42 — 1.227 х 4 5)2 = 2°'°8’
Э^дтр^дтр^тг-Ог 9 х 7900 х 0 8 х 0 008 х тг2.6
16А-ДП0Я1 25 “ 16 х 0.56 х 23 х 35125
= 0.212.
Следовательно, прочность резьбовых элементов обеспечена
при п, > 13.
Поверочный расчет подтверждает правильность проектного
расчета.
Окончательно примем «4>акт = 14
2363.57 кгс
-----------= 1 13----;;
2 x 1045 11 мм2
СТ,г 2F,
F,
'ГР
Л = —
II,
nd2
33090 „
= ------= 2363 57 кгс;
14
7г х 36 482 ,
---------- = 1045.11 мм2,
4
(1, = <7
- 1.227/э = 42 - 1 227 х 4 5 = 36 48 мм;
Тр =
4Л/Дгр с _ 4 x 27290
~ 6дтр ~ “Уё------- 8893 ~
= 41985 - 8895 = 33090 кгс;
Приложения
257
Л/Дтр = krM,дТР = 0 56 х 48732 = 27290 кгсм,
МДТр = 4/9ИоПН2 25 = 4/9 х 23 х 1.6 х 352 25 = 48732 кгсм,
Сдтр — 7Г7д1рА:дтрд'1?Н =
= 7г х 7900 х 0 8 х 8 х 10“3 х 1 6 х 35 = 8895 кгс
Коэффициент запаса прочности не менее нормативного
аап 3 22
/?а = — = —. = 2 85,
ст, 1.13
где
—
^-1
24
7Л5
( кгс \
= 3.22 —- , = 24
\мм2 /
Определение проектной толщины плиты основания
Проектная толщина плиты основания определяется из выра-
жения
€>— [1-/U
ОД 2
16387г
=-------[1 -0 1187] = 687.8
л/687.8 = 26 2 мм,
где
О'гы
5 44 х И 0 /9//2 25
D, п,
5.44 х 23 х 1 6 х 352 2'
2 6 х 14
= 16387;
_ 1 767 х 7дтрА’дтр5Я,
' пл ~ ПщН125 =
1 767 х 7900 х 0 8 х 8 х 10"3 х 2 6
Следовательно, прочность плиты основания обеспечена при ее
проектной толщине фт„26 2 мм.
258
Глава 3
Поверочный расчет подтверждает правильность проектного
расчета
Окончательно примем = 30.
3.06 х 4720 кгс
----—-----= 16.05—- < сг0 2
302 мм2
ТР 66077
— = -------= 4720 кгс
пг 14
4МДТр г
4Э - п-----О ДТР -
4 х 48732
2.6
- 8895 =
= 74972 - 8895 = 66077 кгс.
МдТР = 4/9ГГ0£>Н2,25 = 4/9 х 23 х 1.6 х 35225 = 48732 кгсм;
Сдтр = тг'удтркдтрб DH =
= % х 7900 х 0.8 х 8 х 10“3 х 1.6 х 35 = 8895 кгс.
Рассмотрим случай, когда величина толщины плиты основа-
ния, определенная из потребного количества резьбовых элемен-
тов, превышает толщину плиты, имеющуюся в сортаменте. На-
пример, при потребном количестве резьбовых элементов пг = 14
необходимо по условиям прочности использовать плиту толщи-
ной (5гул34.76 мм, но в сортаменте имеется плита толщиной <5ЛЛ.
Плиту толщиной <5ЛЛ можно использовать при условии увели-
чения количества резьбовых элементов до величины п}.. Вели-
чина потребного количества п* резьбовых элементов, при кото-
ром по условиям прочности можно применять плиту толщиной
взамен плиты толщиной <511Л, прочность которой обеспечена
при меньшем количестве резьбовых элементов пг, можно опре-
делить по следующей формуле
/х \2
77* = П1
Приложения
Приведем численный пример.
Имеем <5^34.76 мм; пг = 14; — 30 мм. Требуется опреде-
лить п^.
1 (^пл \ .
Пг = пг VU
34.76\ 2
30 )
18.8
или можно принять пгг = 20.
260
Литература
Литература
1. Федеральный закон “О промышленной безопасности
опасных производственных объектов” от 21.07.97 № 116-ФЗ. С
изменениями и дополнениями, внесенными Федеральными зако-
нами от 07.08.00 № 122-ФЗ, от 10.01.03 № 15-ФЗ // Россий-
ская газета 1997. № 145; 200. № 155; 2003. № 5.
2 Правила безопасности при эксплуатации дымовых и вен-
тиляционных промышленных труб. ПБ 03-445-02, Госгортех-
надзор России, НТЦ “Промышленная безопасность”, Москва,
2002.
3. Федеральный закон “О техническом регулировании” от 27
декабря 2002 года № 184-ФЗ
4. Сатьянов В.Г., Пилипенко П.Б., Французов В.А., Бе-
дов А.И., Забегаев А.В., Кудишин Ю.И., Соболев Ю.В. Кон-
цепция проведения экспертизы промышленной безопасности
строительных сооружений // Монтажные и спец, работы в стр-
ве. - 1999. - №3. - С. 15-19.
5. СНиП 2.01.07 85. Нагрузки и воздействия / ЦИТП Гос-
строя СССР. - М„ 1986 Строительные нормы и правила.
6. Методика расчета ветровых нагрузок. ОСТ 92-9249-80.
7. СНиП П-23-81. Стальные конструкции / ЦИТП Госстроя
СССР - М., 1982 Строительные нормы и правила.
8. Ельшин А.М., Ижорин М.Н., Жолудев В.С., Овчарен-
ко Е.Г. под редакцией Сатьянова С.В. Дымовые трубы, - М.:
Стройиздат, 2002.
9. ВСН -286-90. Указания по расчету железобетонных ды-
мовых труб / М: ММСС СССР, 1990.
10. Волков А.И, Гаврилов И.Л, Дюжих Ф.П. Газоотводя-
щие трубы ТЭС и АЭС, Энергоатомиздат, 1987
11. Сатьянов В.Г., Пилипенко П.Б., Французов В.А., Са-
тьянов С.В. Экспертиза промышленной безопасности произ-
водственных зданий и сооружений, М : изд-во ВИСМА, 2003
12. ГОСТ 28570-90 БЕТОНЫ “Методы определения проч-
ности по образцам, отобранным из конструкций”
13. Мандриков А.П. Примеры расчета железобетонных кон-
струкций, Москва, Стройиздат, 1979.
Литература
261
14. СНиП 2.03.04-84 Бетонные и железобетонные конструк-
ции, предназначенные для работы в условиях воздействия повы-
шенных и высоких температур / ЦИТП Госстроя СССР. - М.,
1985.
Содержание
Введение 5
1 Методики 9
1.1 Факторы, определяющие состав расчетных ме-
тодик, используемых при экспертизе промышлен-
ной безопасности................................ 11
1.2 Ветровая нагрузка.......................... 19
1.3 Методика определения силовых факторов в ство-
ле дымовой трубы при действии ветровой нагрузки 24
1.4 Методика определения изгибающих моментов в ство-
ле дымовой трубы с коническим участком при дей-
ствии ветровой нагрузки......................... 34
1.5 Методика расчета несущей способности оболочек
секций металлической дымовой трубы.............. 44
1.6 Ресурс оболочек ствола металлической дымовой
трубы........................................... 48
1.7 Методика расчета усиления оболочек ствола ме-
таллической дымовой трубы в обеспечение увели-
чения ресурса................................... 49
1.8 Методика расчета нагрева стенки дымовой трубы 53
1.9 Методика расчета на прочность стволов железо-
бетонных стволов ............................... 65
1.10 Методические рекомендации по отбору проб бе-
тона из ствола железобетонной дымовой трубы . 80
1.11 Методика определения параметров стяжных ко-
лец кирпичных дымовых труб ..................... 99
1.12 Методические рекомендации по установке обору-
дования цифровой сотовой сети подвижной связи
на стволах дымовых труб ........................105
1.13 К вопросу промышленной безопасности вентиля-
ционной или дымовой промышленной трубы при
выводе её из эксплуатации ....................109
1.14 Прочность ствола железобетонной дымовой тру-
бы, усиленной железобетонной обоймой .........115
2 Экспертиза промышленной безопасности с исполь-
зованием параметров 119
2.1 Определение параметров дымовых труб......121
2.2 Карта замеров (ЭПБ-КЗ)...................129
2.3 Контроль параметров ствола монолитной желе-
зобетонной дымовой трубы .....................136
2.4 Руководство по экспертизе дымовых труб с ис-
пользованием параметров ......................151
3 Приложения 181
3.1 Справочный материал......................183
3.2 Результаты расчетов (ЭПБ-РР) Нагрузки и проч-
ность ........................................193
3.3 Экспертиза проектной документации на стволы ме-
таллических дымовых труб......................243
Литература 260
Научно-техническое издание
Сатьянов В.Г, Халонен Н.А., Пилипенко П.Б.,
Французов В.А.,Сатьянов С.В.
МЕТОДИКА РАСЧЕТА
НАГРУЗОК, ПРОЧНОСТИ И РЕСУРСА
СТВОЛОВ ДЫМОВЫХ И ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ТРУБ
Сдано в набор 20.06 2004 Подписано в печать 19 01 2005
Формат 60x90/16 Печать офсетная
Усл печ л 16,5 Тираж 500 экз.
Издательство ЦИТ «Универсум»,
113054, Москва, ул Матвеевская, д. 6
Лицензия на издательскую деятельность
ЛР № 064294 от 14 ноября 1995 г
Отпечатано в ППП «Типография «Наука»
121099, Москва, Шубинский пер ,д 6
Заказ №243