Железобетонные дымовые трубы

Железобетонная дымовая труба

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ДЫМОВЫЕ ТРУБЫ, инженерные сооружения из железобетона, служащие для отвода продуктов горения промышленных топок в высшие слои атмосферы. Железобетонные дымовые трубы получили в последнее время значительное распространение, особенно в США для особо высоких труб, стоимость выполнения которых из кирпича была бы слишком велика. Достоинствами железобетонных дымовых труб, по сравнению с кирпичными, являются: 1) легкость, а, следовательно, меньшие требования, предъявляемые к грунту; 2) монолитность трубы и ее фундамента, а потому особая прочность и повышенная безопасность при землетрясениях; 3) возможность возведения труб значительной высоты; 4) малая воздухопроницаемость стенок и отсутствие, при правильной постройке, трещин и щелей; 5) во многих случаях значительная экономия при постройке. Недостатками являются: 1) большая теплопроводность стенок, 2) чувствительность к химическим агентам. Данные об условиях тяги в железобетонных дымовых трубах и коэффициенте теплопроводности см. Дымовые трубы.

Обычная конструкция монолитных железобетонных дымовых труб состоит из ствола трубы цилиндрической или же слегка конической формы, соединенного жестко с железобетонной фундаментной плитой. На фиг. 1 изображена железобетонная дымовая труба системы К. Вебера (Weber Steel Concrete Chimney C°) высотой в 101,34 м.

Железобетонная дымовая труба системы К. Вебера (Weber Steel Concrete Chimney C°)

Верхняя часть трубы на высоте около 70 м - одинакового сечения, с толщиной стенок, повсюду равной 18 см. Арматура состоит из фасонного железа таврового профиля 32х32х5 мм; число стержней возрастает книзу, где они собраны в пучки по нескольку десятков штук. Нижняя часть трубы - двойная, наружная стенка 23 см толщиной, а внутренняя - 13 см; между ними лежит воздушный слой в 10 см. Поперечная арматура состоит из колец из таврового железа 25х25х2 мм, расположенных на расстояниях в 90 см. Квадратная фундаментная плита имеет двойную - поперечную и диагональную арматуру. Бетон для постройки употреблялся землистовлажный, из 1 ч. цемента и 3 ч. песка. Ежедневно возводилось от 0,9 до 1,8 м трубы.

Расчет железобетонных дымовых труб должен вестись по двум основным направлениям: 1) статический расчет прочности и устойчивости под действием собственного веса и давления ветра и 2) на добавочные напряжения, возникающие в составляющих элементах вследствие разности температур в толще стенок трубы и различных термических коэффициентов расширения железа и бетона. Последнее напряжение в виду почти полного равенства обоих коэффициентов настолько ничтожно, что обычно отбрасывается. Зато добавочные напряжения, возникающие вследствие разности температур различных слоев бетона, обычно превышают напряжения, возникающие под действием статических нагрузок. В дальнейшем t1 и t2 обозначают температуры на внутренней и на наружной поверхностях железобетонного тела трубы, tf - температуру железной арматуры, tн - температуру в области нейтральной оси предполагаемой плоской стенки железобетонных дымовых труб; sb и sf - температурные напряжения, a Sb и Sf - результирующие напряжения в бетоне и железе, аb и af - термические коэффициенты линейного расширения бетона и железа. Под действием разности температур в толще стенки слои материала претерпевают различные расширения, результатом чего должен явиться изгиб стенки, а при невозможности этого, как в случае железобетонных дымовых труб, возникают соответствующие напряжения:

Jelez dymov truby 2

где Еb и Ef - модули упругости бетона и железа. Подставляя средние значения постоянных, имеем:

Jelez dymov truby 3

где х - отстояние нейтральной оси от внутренней поверхности, h - толщина стенки, а - расстояние от наружной стенки до центра железной арматуры, и Δt = t1—t2. В нормальных условиях

Jelez dymov truby 4

В общем случае для подветренной (сжатой) стороны имеем:

Jelez dymov truby 5

где f - площадь сечения железной продольной арматуры на 1 м периметра сечения железобетонной дымовой трубы и σb - напряжение сжатия бетона от одной статической нагрузки, и

Jelez dymov truby 6

В этих уравнениях положительное напряжение принимается для бетона - на сжатие, а для железа - на растяжение. Формула (3) справедлива лишь для того случая, когда нейтральная ось лежит в толще стенки, т. е. при

Jelez dymov truby 7

При меньшем Δt формула (3) заменяется:

Jelez dymov truby 8

Для наветренной (растянутой) стороны, при

Jelez dymov truby 9

где σf - напряжение растяжения в железе под влиянием одной статической нагрузки, могут применяться формулы (3) и (4), причем в формуле (3) под корнем h2σb необходимо заменить hσf/100. При значениях Δt, меньших указанных формулой (6), теоретически температурные напряжения в бетоне равны 0, и Sf = σf. Следует отметить, что приведенные выше формулы выведены на точном основании закона Сен-Венана; в виду того что в бетоне при изгибе линейный закон изменения напряжений не имеет места, получающиеся в действительности напряжения меньше вычисленных.

Постройка железобетонных дымовых труб производится двумя способами - без опалубки, с помощью особых формовых камней, и с опалубкой. Первый способ дешевле и быстрее в работе, но при нем труба отчасти теряет одно из главнейших достоинств - монолитность. Некоторые системы формовых камней изображены на фиг. 2.

Системы формовых камней

При постройке железобетонной дымовой трубы с опалубкой последнюю, в целях удешевления всей конструкции, делают обычно подвижной, состоящей из двух барабанов - наружного и внутреннего, между которыми заливается бетон; по мере схватывания бетона их передвигают выше. Американские строители обычно делают монолитные железобетонные дымовые трубы цилиндрической формы, что плохо приемлемо для европейского вкуса, поэтому в последнее время выработаны способы постройки труб, суживающихся кверху. На фиг. 3 изображена опалубка системы Гейне (The Heine Chimney С°, Chicago); внутренний барабан (a) закрепляется клиньями на обручах (б) из круглого железа, а наружный барабан (в) стягивается обручами (г) с обыкновенной винтовой стяжкой.

Опалубка системы Гейне (The Heine Chimney С°, Chicago)

В верхней части строящейся трубы на деревянном кране подвешены два кольца из углового железа (д), соединенные вместе бугелями из железа и служащие реперами при возведении постройки. На кольцах укреплен ряд винтов (е), по которым ходят гайки (ж), несущие на роликах кольцо из полосового железа (з); к кольцу (з) подвешены отдельные части наружного барабана, состоящие из железных листов, подкреплённых на наружной поверхности уголками. Описанное устройство позволяет точно установить наружную опалубку, а по ней и внутреннюю при каждой перестановке барабанов. Конусность достигается тем, что листы опалубки заходят более или менее один за другой. Получающиеся при этом отпечатки швов удаляют, пока бетон еще не вполне окреп.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 7 - 1929 г.